线阵CCD通用驱动控制技术开发

论文摘要

本论文的选题来源于某企业的“大幅面高性能扫描仪”预研项目,主要研究了该项目中线阵CCD(电荷耦合器件)通用驱动控制技术的开发,对软件、硬件原理功能及其实现分别进行了讨论。课题针对目前市场上几大主流线阵CCD产品,挑选了东芝系列TCD1200D、TCD 1251UD; NEC系列UPD8884 CCD;索尼系列ILX516K CCD,设计了一套完整的CCD驱动电路来驱动不同的高速线阵CCD产品,从而实现了通用性的特点,提高了CCD的传输速度和CCD输出信号质量。在本设计中,驱动电路的核心部分是时序脉冲产生电路,采用Altera公司可编程逻辑器件CPLD/FPGA来完成这部分电路的设计,实现了该驱动系统的可靠性,可移植性特点。本系统设计流程为：首先通过单片机与上位机的串行通信,完成上位机对不同厂商不同系列线阵CCD的选择；其次单片机根据所选用器件的类型和特点,将其波形参数通过并口传给CPLD/FPGA;通过CPLD/FPGA对其进行参数配置,产生所选CCD工作所需的复杂驱动时序和扫描仪系统控制逻辑时序；设计完成后,对编写的VHDL程序进行编译、时序仿真、调试、下载；最后经过信号调理电路和滤波电路输出结果。经试验证实,该仿真结果功能正确,可靠性较强,能够很好地满足所选CCD的驱动要求。通过完成对线阵CCD的通用驱动控制电路设计,验证其具有高可靠性、灵活性、易配置性、通用性等特点,比较好得解决了大幅面高性能扫描仪中不同厂商不同系列的线阵CCD驱动兼容性问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 项目背景
• 1.2.1 线阵CCD的应用现状及发展前景
• 1.2.2 CCD驱动电路技术简介
• 1.2.3 CCD驱动电路发展概况
• 1.2.4 CCD时序脉冲产生电路设计方法
• 1.3 论文研究的内容及主要工作
• 第二章 CCD工作原理及系统总体设计
• 2.1 CCD的分类
• 2.1.1 线阵CCD
• 2.1.2 面阵CCD
• 2.2 线阵CCD的工作原理
• 2.2.1 电荷的注入
• 2.2.2 电荷移动
• 2.2.3 电荷的检测
• 2.3 CCD成像子系统
• 2.4 本系统所选CCD
• 2.5 系统总体设计
• 第三章 MCS-51单片机在CCD驱动设计中的应用
• 3.1 MCS-51单片机
• 3.1.1 AT89C52单片机的特性
• 3.1.2 AT89C52单片机的封装
• 3.2 单片机串口通信介绍
• 3.2.1 8051单片机通信方式
• 3.2.2 8051单片机的串行接口结构
• 3.2.3 8051串行口的工作方式
• 3.2.4 波特率选择
• 3.3 80C52单片机在本系统中的应用
• 3.3.1 MAX232简介
• 3.3.2 串口通信协议约定
• 3.3.3 单片机串口编程
• 第四章 线阵CCD驱动时序分析
• 4.1 TOSHIBA TCD1200D驱动时序分析
• 4.1.1 TCD1200D简介
• 4.1.2 TCD1200D驱动时序分析
• 4.2 TOSHIBA TCD1251UD驱动时序分析
• 4.2.1 TCD1251UD简介
• 4.2.2 TCD1251UD驱动脉冲时序分析
• 4.3 NEC UPD 8884驱动时序分析
• 4.3.1 NEC UPD 8884 CCD简介
• 4.3.2 NEC UPD8884驱动脉冲时序分析
• 4.4 SONY ILX516K驱动时序分析
• 4.4.1 SONY ILX516K简介
• 4.4.2 SONY ILX516K驱动脉冲时序分析
• 4.5 各线阵CCD的共性分析
• 第五章 基于CPLD/FPGA的线阵CCD通用驱动器设计
• 5.1 CPLD/FPGA简介
• 5.1.1 CPLD/FPGA的发展
• 5.1.2 FPGA的基本特点
• 5.1.3 硬件描述语言
• 5.2 CCD驱动时序电路设计流程及开发环境
• 5.2.1 CCD驱动电路设计流程
• 5.2.2 QuartusⅡ开发环境
• 5.3 驱动时序电路设计
• 5.3.1 驱动电路设计原理
• 5.4 驱动时序的VHDL编程实现
• 5.4.1 CD驱动功能模块
• 5.4.2 VHDL驱动电路的实现
• 5.5 系统仿真实现
• 第六章 CCD输出信号处理
• 6.1 CCD主要噪声
• 6.1.1 复位噪声
• 6.1.2 抑制CCD噪声的一般方法
• 6.2 信号调理电路设计
• 6.2.1 信号放大电路
• 6.2.2 AD620在本系统中接线方式
• 6.3 信号滤波电路
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献