基于單片機的線陣CCD驅動及采集系統的設計

摘要：文章介紹一種新型的基于單片機的線陣CCD驅動電路的設計。系統通過C8051F020型單片機作為下位機，完成CCD驅動、信號采集以及與計算機(上位機)通訊等工作。這種方案切實有效地解決了CCD驅動脈沖復雜、頻率要求較高，普通單片機難以實現的問題。大量反復的實驗表明，此設計具有很高的可移植性、可操作性，并己應用于一些光學實驗之中，效果良好，穩定方便。
關鍵詞：單片機；C8051F020；線陣CCD；Labview

0 引言
在如今的科研和工程上，CCD的應用越來越廣泛，但是其驅動脈沖和信號的采集的要求較高，一般需要CPLD或者DSP等比較復雜的微控制器來承擔主要控制任務。這些方案較單片機而言，操作難度大，起點高，而且成本相對較高，然而單片機因為種種限制，很少有合適的驅動和采集方案，一些己發表的論文中，雖然提出了概念，但是經測試，很難實施，所以本文提出了一種新型的利用單片機驅動CCD的方案，此方案基于C8051F020單片機，能夠對CCD進行良好、高速的驅動，同時進行采集，并通過RS232接口與電腦通訊，在電腦上重組數據，完成對光信號的分析等功能。經實驗，本方案效果良好，同時，本方案采用Labview進行人機交互界面的設計，靈活性高，能夠根據需要，將CCD改變成位置傳感器等其他用途。

1 CCD簡介
1．1 CCD基本原理
CCD(電荷耦合元件)是一種半導體器件，由許多排列整齊的電容組成，能感應光線，并將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容，最終通過脈沖的控制，逐個測量每個電容的電荷量，得到光強值。
1．2 TCD1206型線陣CCD引腳及主要參數
本設計采用的是TCD1200D型線陣CCD傳感器。TCD1200D是一種高靈敏度、低暗電流、2160像元的線陣CCD圖像傳感器。該傳感器可用于傳真、圖像掃描和OCR。該器件的內部信號預處理電路包含采樣保持和輸出預放大電路。它包含一列2160像元的光敏二極管，當掃描一張B4的圖紙時，可達到8線／毫米(200DPI)的精度。其引腳及原理如圖1所示。

TCD1200D線陣CCD傳感器特性：
·像敏單元數目：2160像元
·像敏單元大小：14×14×14 μ m(相鄰像元中心距為14 μ m)
·光敏區域：采用高靈敏度PN結作為光敏單元
·時鐘：二相(5V)
·內部電路：包含采樣保持電路，輸出預放大電路
·封裝形式：22腳DIP封裝。