光电检测技术

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1、83 CCD 驱动电路与信号采集电路在应用CCD传感器时，要解决的两个主要问题是CCD时序的产 生和输出信号的采集处理。一 几种常用的 CCD 驱动方法CCD 驱动时序产生方法多种多样，常用的方法有以下四种： 1直接数字电路驱动方法这种方法用数字门电路及时序电路搭成CCD驱动时序电路。一 般由振荡器、单稳态触发器、计数器等组成。可用标准逻辑器件搭 成或可编程逻辑器件制成。特点是驱动频率高，但逻辑设计比较复 杂。2单片机驱动方法单片机产生 CCD 驱动时序的方法，主要依靠程序编制，直接由 单片机 I/O 口输出驱动时序信号。时序信号是由程序指令间的延时 产生。这种方法的特点是调节时序灵活方便、编

2、程简单，但通常具 有驱动频率低的缺点。如果使用指令周期很短单片机（高速单片机）， 则可以克服这一缺点。3EPROM 驱动方法在 EPROM 中事先存放驱动 CCD 的所有时序信号数据，并由计 数电路产生 EPROM 的地址使之输出相应的驱动时序。这种方法结 构简明，与单片机驱动方法相似。3 专用 IC 驱动方法利用专用集成电路产生 CCD 驱动时序，集成度高、功能强、使用方便。在大批量生产中，驱动摄像机等视频领域首选此法，但在 工业测量中又显得灵活性不好。可用可编程逻辑器件法代替“专用 IC 驱动方法”。单片机产生 CCD 驱动时序一）、 TCD1206SUP CCD 驱动原理TCD1206S

3、UP 具有一列 2160 个光敏元的光敏栅，此外还包括电荷转移栅、双相模拟移位寄存器、可复位的输出电荷检测放2111111111U SHH H55即 R）R信号边沿应对准红线位置，现按蓝线位置RRS处理是为减化编程运算。然后用硬件延时校正（反向再反向）图 8.3.1 CCD 逻辑定时信号示意图大器及补偿放大器等。入射于光敏元的光能量产生正比于光强的电荷包 （光生载流子） ，然后这些电荷包转移到模拟移位放大器，在双相时钟 的驱动下，传送到片内输出电荷检测放大器，在那里变成幅度为光信号 调制的一列脉冲因此 CCD 的驱动脉冲可以分为两类： 一类是光电转移用的光积分脉冲，另一类是自扫描用的转移脉冲（

4、包括扫描输出电荷检测放大器的复位脉冲），共需要五种逻辑定时信号（如图二所示）：p是为光敏栅施 加的光积分脉冲，p为高电平时，光照进行积分，积累电荷，产生光 生载流子，完成光电转换；p为低电平时，把光敏栅底下势阱中的光 生载流子经电荷转移栅转移到模拟移位器的栅下势阱中。SH为转移脉冲，SH为低电平时进行转移，所以为避免光敏元中电荷向四周 “弥散”， 应使 p和SH的高电平稍有重迭或同时变化，即在 P为低电平之 前或同时SH应为高电平，经过一定时间转移后，SH回到低电平，夹断转移沟道，p跳回高电平，进行下一次积分。双相转移脉冲1和2应交替变化，在时间上相差n，把光生载流子移位输出。rs复位脉冲，在

5、RS = 1时将输出前多余电荷泄漏掉，在 RS = 0时电荷完全向输 出端转移 【 6】。当SH脉冲高电平到来时，正值电极下均形成深势阱，同时SH 的高电平使1电极下的深势阱与 MOS电容存储势阱沟通。 MOS电容 中的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的电极下的势阱中。当SH由高变低时，SH低电平形成的浅势阱将存储栅下势阱与 1 电极下的势阱隔离开。存储器势阱进入光积分状态，而模拟移位寄存 器将在与2脉冲的作用下驱使转移到电极下势阱中的信号电荷 向左转移，并经输出电路由 OS 电极输出 【7】。（二）、单片机驱动 CCD 简析因为P由TCD1206SUP片内提供，实际上驱动TCD120

6、6只需要 sh、2和rs四个信号，完整的驱动时序图见图8.3.2。Ip-% _J (11fI J%rLn $njYUTrLnj LRimnAn * I LT怙 n? iTifLTLTinjn 厂LTirLTumf i n転 JUUUULWJULUMJUULWyUUUUUUULlUUUUVUUJUUL ef c ef晶才时心 斗疏皿4单元忖 I1 r-I 匚-$; I图 8.3.2 TCD1206SUP 完整驱动时序由于结构上的安排， OS 端首先输出 13 个虚设单元信号，再输出 51 个暗信号， 然后才连续输出 S1 到 S2160 的有效像素单元信号。第 S2160 信号输出后，又输出 9

7、 个暗信号，再输出 2 个奇偶检测信号，以后便是 空驱动。空驱动数目可以是任意的。由于该器件是两列并行分奇偶传输 的，所以在一个SH周期中至少要有1118个1脉冲，即Tsh 1118T【8】由于 MCS-51 系列速度相对较慢（使用 12M 的晶振时，一个机器周 期为1 口 s）。而和2时钟频率标准值为0.5MHz，RS时钟频率标准 值为1MHz，即和2的标准周期为2 口 s，RS的标准周期为1 口 s。 单片机的一条指令至少需要一个周期，最慢的要有四个周期。而驱动一 个 CCD 像元需要数条指令，所以使用单片机驱动 CCD 很难达到驱动频 率的标准值。由于单片机是靠指令产生 I/O 口的输出

8、逻辑状态来产生驱动时序， 对于在一帧中数千像元的传输来说，如果不使用转移指令，则小型单片 机难以提供的程序存储资源；如果使用逻辑转移指令，虽然可以克服上 述不足，但需要精心的配置指令，避免在驱动时序的局部造成相位上的 迟滞， 这样必然会减慢驱动频率【8】。 下面 我分别从两个思路着手， 做 CCD 的驱动时序。三） .单片机驱动 CCD 设计为了便于实验，我们这里选用具有电可擦除存储器( EEPROM )的 单片机，生产时则无此必要。(I) 、89C51 实现 CCD 的驱动1 光积分脉冲信号的产生如图8.3.3 AB段为CCD光积分时的驱动信号， P1.3输出SH 信号，P1.2输出信号，P

9、1.1输出2信号，P1.0输出rs信号。 给图示的各点赋值如表 8.3.1 所示【9】。( A) 12 34 56 78 BSH12RS- i-P1.3- ； ；- ； :-i : - ； -i -: : : : :I P1.2 门 门 门 ：一=! =! =! =i=i! i! i! iii=! =! =! =i=打 打 打 ! | P1.1i! i! i! iiii! i! i! iiii! i! i! iii!=! =! =i_j_n_rLTLJL P10图 8.3.3 CCD 光积分脉冲驱动信号示意图点10100H04H占2八、J0101H05H点31100H0CH占4八、1101H0

10、DH点51100H0CH点61101H0DH点70100H04H点80101H05H表 8.3.1 单片机光积分部分输出信号设计2 转移脉冲信号的产生在自扫描期间，驱动信号重复变化，取一个变化周期（设为 BB1段），示意图见图 8.3.4 。给图示的各点赋值见表 8.3.4 。4 B121R SSHB)1P1.3P1.2P1.1P1.0图 8.3.4 转移脉冲信号示意图点10010H02H占2八、J0011H03H点30100H04H占4八、0101H05H表 8.3.2 单片机自扫描部分输出信号设计3 程序设计在整个自扫描过程，时间至少为 2236 个像元的输出周期，即需 要 1118 个以

11、上的变化周期。一个变化周期需要给 P1 口赋四次值，而 一个 语句最短为一字节，那么一个变化周期最短也需要四字节。这 样就是自扫描过程也需要 4X 1118 = 4472字节的存储空间。而89C51 内部程序存储器为4K （即4096字节），可以看到51机的程序存储器 绝对不能存下整个程序。由于自扫描过程的驱动信号时重复变化的， 所以我们只能使用转移指令来解决这个问题。前面已经提到，为了获得精确的 CCD 驱动时序，最好不使用转移指令。因为转移指令要根据某种条件产生程序分支，而分支程序在 不同条件下执行的指令周期数是不同的，这样会造成 CCD 的驱动时 序不准确。但如前所述，对于 51 机来说

12、完全避免转移指令是不可能 的。解决的办法是避免双重循环结构，采用若干重复的单循环结构， 填补其他指令以解决不同分支入口处周期数不同的问题， 使产生的驱 动时序严格符合要求。先考虑自扫描部分的程序， 设一个变化周期对应的指令为一个指 令周期，则该指令周期的基本语句为：MOV P1,#02HMOV P1,#03HMOV P1,#04HMOV P1,#05H 由于加上转移指令，必定使第四条指令的持续时间加长，引起了 信号的不对称，我们需要参考具体的 CCD 驱动信号脉冲时序要求来 完善程序。初始程序：（设一个机器周期为 1TM ）MOV R1,#1118给寄存器 R1 赋值 11182TMLOOP:

13、 MOV P1,#02H给 P1 口赋值 0010 ，输出点 1 信号2TMNOP1TMMOV P1,#03H给 P1 口赋值 0011 ，输出点 2 信号2TMNOP1TMMOV P1,#04H给 P1 口赋值 0100 ，输出点 3 信号2TMNOP1TMINC P1给 P1 口赋值 0101 ，输出点 4 信号1TMDJNZ R1,LOOP转回 LOOP ，开始的指令新周期2TM该程序思想：自扫描过程需要输出 1118 变化周期个驱动信号， 所以给 R1 赋值 1118 ，控制输出波形的长度； MOV 和 DJNZ 指令都 需要 2 个机器周期，为了使波形对称， 使每次输出数据所用时间相

14、等， 所以对 P1 口赋值 05H 时，使用一个机器周期的 INC 指令，而其他不 对称处，用 NOP 补出。这个程序我自以为写的没什么问题，把波形 的对称性，时钟等都考虑了进去，但经过调试之后却发现有错误，用 EasyPack SLD 8052F 仿真后出现的波形也是不对称的， 究其原因， 有 以下几点：错误原因：本程序中数据 1118 是存放在工作寄存器中，它是一个八位寄存器，能存储的最大数为28二256V1118，使得程序出错。改正如下： 由于要避免双重循环结构， 所以我们采用若干重复的 单循环结构，即给 R1 重复赋值，使程序中出现重复的转移指令，以 达到需要的输出次数。1120/5

15、= 224，但如果只在程序开始给 R1赋值 224，输出信号并不等于 1120，因为使用 DJNZ R1,LOOP 指令是对 R1 所指的内容减一再判零， 当 R1 内容为零时， 就转向下一行指令而 不执行跳转，那么这里 R1 就被赋值为零，则下一个循环中，就会执 行转移指令 256 次而不是 224 次，所以输出次数大于 1118。但这里 并不会使驱动出现什么问题，因为 CCD 要求输出大于 2236 个像元， 所以只要大于 2236 就可以了，只是这样就多了一些空像元。我们这 里计算一下正好输出 2236 像元时的 R1 值：256 X 4 = 10241118 - 1024 = 94考虑

16、最后一个像元由于还要回程序首地址， 需要加转移指令， 肯 定会有不对称波形，我们这里使 CCD 多输出两个信号即给 R1 赋值 96。不对称原因： 此处我犯了一个概念上的错误， 指令周期表示 CPU 执行一条指令所需要的时间，对于 MOV 指令来说，就是把数据传送 到指定地方所用的时间。那么在开始执行一条 MOV 指令时，并没有 把数据送到指定处，而是在指令执行完后，数据才出现在指定处。那么初始程序中每个信号在 P1 口保持时间分别为：1 + 2 = 3、1 + 2 = 3、1 + 1 = 2和2 + 2 = 4。可以看出在3、4段信号输出不对称， 和示波器测出的不对称信号相符合（见图 3.2

17、.3）。2RS另外，发现一个技术性的错误： RS 的占空比不是 50 ，而约为 25以下。因为 RS 为复位脉冲，若复位脉冲（ “ 1 ”电平）过长，会 使“ 0”相对变短。只有当 RS = 0时，信号才可以输出，如果复位时 间过长输出时间过短，会使信号还没来得及完全输出就会被复位，这 样会影响 CCD 的检测效果， 所以初始程序的延时思路需要进行修正。修正后的指令单元程序：LOOP1: MOV P1,#03HINC P1NOPNOPMOV P1,#05HMOV P1,ADJNZ R1,LOOP1在该指令单元前面要给 R1 赋值 96、给 A 赋值 02H, 该指令单元 执行完后后面还有四个同

18、样的指令单元， 唯一不同的是它们的循环次 数后四个单元循环 256 次。由程序计算各数值延时时间： 03H1TM、 04H 4TM 、 05H 1TM、02H 4TM，符合占空比要求。该指令单元是把原来的点 2 作为起点， 所以在程序中要注意驱动 信号的完整性，在 LOOP1:MOV P1,#03H 前要加上 MOV P1,#02HNOP NOP 三句话；在最后的 MOV P1,A DJNZ R1,LOOP5 后要加 上 MOV P1,#03H 这句话。光积分过程的信号输出比较好处理，因为没有转移指令，所以只 需要把各句话的执行时间算准确就可以了。具体的程序见附录二由附录一知：RS 脉冲应比其

19、它三个脉冲都要提前一些，而由单片机输出的信 号全部是同步的，所以这里需要将其它三个信号延时，可以采用反相 再反相的方法来实现。89C51 驱动 CCD 的硬件如图 8.3.6 所示：图 8.3.6 89C51 驱动 CCD 硬件电路图在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 端接上 Hz 晶振作定时单元，并且 并联两个 25pF 的小电容作频率微调。在 RESET 和 Vcc 之间接一个 10 口 F的电容，而在RST与Vss之间接一个10k Q的下拉电阻，则可 实现单片机上电自动复位。 EA 端输入高电平时， CPU 执行程序，在 4KB(0000H0FFFH) 地址范围内，访问片内程序存储器

20、；在程序计数 器 PC 的值超过 4KB 地址时， 将自动转向执行片外程序存储器。 当输 入低电平时， CPU 仅访问片外程序存储器。由于本设计没有外接程序存储器， 所以 EA 端需接高电平。为防止烧坏单片机，在 EA 和 Vcc 之间接一个上拉电阻 【10 】。P1 口只用到 P1.0 P1.3 四个端口，其中 P1.1 P1.3 三个端口输 出的信号需要经过延时。利用软件使 89C51 的 P1 口输出的数字量， 为防止过渡干扰引起的数字混乱和向 CCD 各信号提供一定的驱动电 流，在 P1 口各输出端和 CCD 各信号输入端之间加上驱动器， 这些驱 动器可以是数据锁存器 74LS273（

21、8D 触发器 ）、 74LS373（8D 锁存器 ） 或功率反相器 74LS06 （反相两次），也可用线性运算放大器（例如常 用的M a741 ）,对驱动电平稍加调整 【11】。II ）、89C52 实现 CCD 的驱动由于片内程序存储器大小的影响，使得 51 单片机必须使用转移指 令，从而减慢了驱动信号的频率，于是我考虑到是否可以通过加大片 内存储器的方法来避免转移指令，提高 CCD 的驱动信号频率。由于 RS 信号在光积分和自扫描两种状态下的输出波形没有改变， 所以考虑它是否能用硬件来产生。这样就只需要单片机产生三个驱动 信号，而且指令周期的分区情况也可以得到改变，因而信号的产生就 大大简

22、化，指令的数目得到减少，频率也就可以提高了。1. 积分脉冲信号的产生光积分阶段（ AB 段）驱动信号示意图见图 3.2.5 。图中 AB 段为 CCD光积分时的驱动信号， P1.2输出1信号，P1.1输出2信号， P1.0输出RS信号。给图中所示的各点赋值，如表 3.2.3所示：（A） 123 B1111SH ! P1 2 1:P1.1P1.02图 3.2.5光积分脉冲信号示意图点10010H02H占2八、J0110H06H点30010H02H表 3.2.3 单片机光积分部分输出信号设计2. 转移脉冲信号的产生在自扫描期间， 驱动信号重复变化， 取一个变化周期 （设为 BB1段），示意图见图

23、3.2.6 。给图中所示的各点赋值，如表 3.2.4 所示：(B) 12B1;IISH12IIIP1.2P1.1P1.0图 3.2.6 转移脉冲信号示意图点10001H01H占2八、J0010H02H表 3.2.4 单片机自扫描部分输出信号设计3. 程序设计很明显的看到单片机的输出信号得到大大的简化， 自扫描阶段的 1、2信号一周期输出信号从原来的四次赋值变为现在的两次赋 值，语句至少可以减少一半，而且两信号数量正好相邻，便于程序中 的赋值。光积分阶段（ AB 段）程序如下：MOV P1,#02H2 字节 2TMMOV P1,#06H2 字节2TMMOV P1,#02H2 字节2TM自扫描阶段

24、（ BB1 段）程序单元如下：MOV A,#01H2 字节1TMMOV P1,A2 字节1TMINC P12 字节1TM从上面的标注可以看出，在重复的驱动信号部分，1TM 的指令。指令 MOV A,#01H 应放在整个程序的首端，为累加器 ACC 赋值，以后的程序单元就不在需要了。一个程序单元可以输出 一个周期的1 （或2）信号，所以一个1 （或2）周期内需要用 两条一个机器周期的指令，即1 （或2）的周期为2 口 s，频率为0.5MHz，正好满足双相转移脉冲1和2的标准频率。但这里就绝 对不能用转移指令，因为一个转移指令的工作周期为2TM，这会造成驱动信号的延时，使得驱动信号不对称、输出不稳

25、定，所以需要足 够的内存来装下所有的指令。虽然重复如此多的语句会显得很复杂， 但对于生产厂家来说，只需要一次写好程序后再写入单片机，并不会 显得太麻烦，所以对批量生产是适合的。下面计算对于 TCD1206SUP 需要多大的内存才可以装下所有指令。因为 OS 输出周期至少为 2236 个像元的输出周期，而 BB1 段可 以输出两个像元，所以整个程序里至少需要 1118 个程序单元。所以 积分过程至少需要 1118 X（ 2 + 2）= 4472字节。89C51单片机的片 内程序寄存器为4K，即4096字节，肯定装不下整个程序。查看MCS 51 系列单片机， 89C52 单片机片内程序存储器为 8

26、K 字节，足够存 储以上程序。这样 CCD的三个驱动信号SH、1和2即可通过软 件来实现，考虑到信号的连贯性和对称性等综合问题，最后的CCD驱动程序见附录三。89C52 的硬件电路和前面的 89C52 差不多，就是只用了单片机的P1.2P1.0三个端口，各输出SH、1和2这三个信号，这里就不再重画了。4. RS 信号的产生（ 1）最初的思路利用单片机的 ALE 信号产生 RS 信号ALE 是地址锁存使能输出端， 当 CPU 访问外部存储器时， ALE 的输出作为外部锁存地址的低位字节的控制信号；当不访问外部存 储器时， ALE 端仍以 1/6 时钟脉冲频率固定的输出正脉冲，因此， 它可用作对外

27、输出的时钟或用于定时。我们这里没有外接任何存储 器，所以 ALE 信号输出是稳定的方波信号。 单片机的晶振为 12MHz 则 ALE 信号的频率为 2MHz 。我们需要的是 1MHz 的复位信号，所 以我想到用 ALE 信号二分频产生 RS 信号 【12】。实验后发现，虽然 ALE 信号是占空比小于 25% ，但是分频以后，占空比变为 50。分 频器示意图见图 3.2.7 。D 触发器在时钟信号有正跳变时， Q 端输出 D 端信号，而这里 将Q信号与D相连，使得每次时钟信号正跳变来到时 Q信号就反相 一次，从而完成对时钟信号的分频。但这里只能识别正跳沿，由于 每过一个 ALE 周期才有一次正跳

28、变，所以每过一个 ALE 周期 Q 端 才会变化一次电平，这样就只能输出占空比为50 的方波，不合驱动信号的要求，此方案不能采用 【13】。ALEVss图 3.2.7 对 ALE 信号分频由于 ALE 信号不能经过分频， 设想是否可以用 6HMz 晶振驱动 另一片相同单片机以产生 1MHz 的 ALE 信号，并加以利用。 但经导 师指导，得知两片不同的单片机产生的 ALE 信号之间的相位差为随机数，很难使得该信号和其他的时序吻合，此想法也不能通过。(2)微分电路产生RS信号观察驱动信号示意图可得出RS信号和1、2的跳沿紧密相关。考虑到微分电路就是将阶跃信号的跳沿转换为尖脉冲，我们可 以将1、2

29、微分后再进行处理，得出RS信号。示意图见图328。RC微分电路必须满足电路的时间常数RCVVT/2, T为输入信号的周期。输出电压Vs与输入电压Vo的关系为：-V =RCdV /dt(3-2-1)OS当输入电压为阶跃信号时，考虑到信号源总存在内阻，在 t=0时，输出电压仍为一个有限值，随着电容器 C的充电，输出电压Vo 将逐渐地衰减，最后趋近于零。方波电压1经由微分电路，输出电压就将为一系列的正、负(a)Vo VoiVoi(d)图 3.2.8 RS 信号产生电路(a)电路图 (b)1 (2)信号(c)经RC微分电路的输出波形 Vo(d)经二极管D限幅后的正脉冲Voi相间的尖顶脉冲。尖顶脉冲经二

30、极管D接到负载电阻Rl上，则因二极管的单向导电作用，负载上就只剩下正向的尖顶脉冲，其时间 间隔等于输入波的周期 T。这里二极管把负向尖顶脉冲削去了，称 为削波或限幅，二极管和 R L构成限幅电路【14】【15】。因为R、C必须满足RCVVT/2,这里T=2 口 s,所以RCVV 1 口 s。初时，我选用RC为10 8数量级，所以R=400 Q、C = 25pF。做 试验时发现1信号经过微分后电压输出很小（不到 IV），因为输 出电压和 R、 C 乘积有关，所以我试着加大电阻，但在没达到理想 电压时，就破坏了微分电路得要求，输出信号得不到微分。经过老师指导，得知输出电压为电阻R上的分压，以上的选

31、择使得电容上的分压过多，减小了电阻上的分压，输出信号的电压自 然就小了很多；另外“VV”并不是一定小100倍数量级，只要510 倍就可以了。为了解决信号电压较小的问题，我们可以在保持 RC 乘积的基 础上适当的增加电容。因为电容越大，容抗越小，分压也越小。经 实验电容选到500pF，电阻选到300 Q左右比较合适。 2经过同样的电路后所得波形与 1最后输出波形相与，得 到信号 RS 如图 3.2.9 ：这里 RS 信号不符合附录一中的时序要求，我们可以把 RS 信号 经过延时，使之合乎要求。延时的方法前面提到过，比如利用 数据 锁存器 74LS273（8D 触发器）、 74LS373（8D 锁

32、存器）或功率反 相器 74LS06 （反相两次）等，这里再使用另一种新的方法。5. 单稳态触发器延时，调整驱动信号时序 （1）单稳态触发器原理： 未加触发信号时，电路处于稳态（低电平）。 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态（高电平） 。 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态。 输出脉冲宽度也就是暂稳态的维持时间 :，w0.7RC（3-2-2）因此可以根据需要确定 R、C 的值，以此得到需要的暂稳态时 间。（2）延时思路：如图3210示，用1信号触发 Vi信号，该信号在1有正 跳沿时触发，输出脉冲宽度可调，这里我们设定为 1需要得到的 延时时间。用Vi信号触发Vii信号，该信号在Vi有正跳沿时

33、触发， 输出脉冲宽度可调，这里我们设定为和 1同样脉冲宽度。由此看 来经过两次触发，可以得到延时后的 1信号。1ViVii图 3.2.10 单稳态 触 发器延 时波形示意图接下来的就主要是如何选用适当的R、C 以获得理想的信号。对于Vi信号这里1周期为2 口 s，可以设定Vi暂稳态时间=为0.7 口 s，由式（3-2-2 ）得：0.7RC二 0.7 u s所以可以选用 R=2K Q、C=500pF。对于Vii信号则要设定暂稳态时间为 1 u s，由式（3-2-2 ）得:0.7RC= 1u s所以可以选用 R=2.8532K Q、 C=500pF。附录： 结果分析一、光电系统结果分析 我们通过用

34、两束已知波长的单色光照射分光仪的方法进行定标， 由计算机显示可以算出两波长经过分光后在CCD 像面上的位置，用位置差除以波长差就可以得到一纳米的差距在CCD 上的反映如何。经实验得到CCD的分辨率为3.8像元/nm，因此足可以分辨十几纳米的波 长差。光电系统的思想可以付诸实践。二、89C51 驱动单片机结果分析用示波器测得单片机 P1 口输出的波形图如下：SH R(llB图 4.1.1 单片机产生驱动波形示意图ACA: 2 口 s X 2.5 格B: 2 口 s X 0.5 格C:2 口 s X 2.5 格可以看到1、2信号频率为0.1MHz , RS信号频率为0.2MHz, 占空比为 20，

35、符合驱动要求，但是频率较低，处于 CCD 驱动频率的 下沿。但单片机程序简短，接口简单，制作成本较低，适合对反应时 间要求不高的检测，并且可以和 A/D 转换速度较慢的数据处理电路配 合使用。三、89C52 驱动单片机结果分析用示波器测得单片机 P1 口输出的波形图如下SHI1II1I；i!ibiiiiIIIIII 2 !iiiIIIIIIIII- A -B -k图 4.1.2 单片机产生驱动波形示意A: 1 口 s X 1 格B: 1 口 s X 1 格可以看到1、2信号频率为0.5MHz，等于CCD的标准驱动频 率。但程序比较繁冗，占用存储空间较大，而且不能产生 RS 信号，需 要通过硬件

36、产生。硬件比较复杂，对电子元件的要求比较高，制作麻 烦，成本也相对较高。适用于对反应时间，检测质量要求较高的地方。四、试验系统及成果展示1 人民币防伪光学系统2. 单片机驱动电路（80C51和89C52焊在一块板上）3 驱动波形检测装置图4示波器波形示意图84 CCD 图象传感器的应用 一 CCD 的七个应用领域 1 小型化黑白、彩色 TV 摄像机这是面阵 CCD 应用最广泛的领域。日本松下CDT型超小型CCD彩色摄像机，直径17mm，长48 mm，使用 超小型镜头，重量54g，深受欢迎。典型TV用IS尺寸：7X9 mm2, 480X380 像元。2 传真通讯系统用10242048像元的线阵C

37、CD作传真机，可在不到一秒钟内完成A4开稿 件的扫描。3 光学字符识别IS 代替人眼，把字符变成电信号，进行数字化，然后用计算机识别。重庆大学1985年的CD-1型OCR机，识别率达99. 9%。4 广播 TV用 SSIS（Solid State Imaging Sensor 固态图象传感器）代替光导摄像管。 1986年柯达公司已推出140万素的IS,尺寸7X9 mm2，比电视图象信号多4倍以上。5. 工业检测与自动控制这是IS应用量很大的一个领域，统称机器视觉应用。 .在钢铁、木材、纺织、粮食、医药、机械等领域作零件尺寸的动态检测， 产品质量、包装、形状识别、表面缺陷或粗糙度检测。 .在自动控制方面，主要作计算机获取被控信息的手段 .还可作机器人视觉传感器。6. 可用于各种标本分析（如血细胞分析仪），眼球运动检测， X 射线摄像， 胃镜、肠镜摄像等。7 天文观测 天文摄像观测 从卫星遥感地面如:美国用5个2048位CCD拼接成10240位长取代125mm宽侦察胶卷, 作地球卫星传感器。.航空遥感、卫星侦察如：1985年欧洲空间局首次在SPOT卫星上使用大型线阵CCD扫描， 地面分辨率提高到 10m。还在军事上应用:微光夜视、导弹制导、目标跟踪、军用图象通信等。 二.尺寸测量1.微小尺寸的检测（10500/m）（一） 原理