一種基于單片機的可控成像系統設計
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2 模擬前端模塊
CCD讀出電路的噪聲主要包括讀出電路中所用器件的固有噪聲，以及因電路結構、電路工作方式引入的附加噪聲。主要有1／f噪聲、KTC噪聲和固定平面噪聲，這些噪聲限制了圖像傳感器的動態范圍，降低了信噪比。在讀出電路中，相關雙取樣技術(CDS)是目前應用最廣泛的噪聲抑制技術。由于一個像元傳輸時間中的復位噪聲是相關的，相關雙取樣電路(CDS)可以利用信號相減的運算關系來消除或消弱信號里的1／f噪聲、KTC噪聲和固定平面噪聲，從而可大大提高系統的信噪比。自動增益控制電路(AGC)可以使放大電路的增益自動地隨信號強度而調整，使圖像信號的亮度平穩，特別是低照度環境里微弱光信號的放大。但不足的是它也會放大低照度條件下的暗電流，降低圖像質量。另外，模擬前端帶寬的合理選擇可以對系統噪聲和系統調制傳遞函數進行折中，以滿足應用的需求。目前有兩種AFE設計方法，一種是采用分立元器件實現，另一種是采用集成AFE芯片實驗。隨著AFE芯片的成熟，其內部還集成了暗電流校正電路，各項指標遠高于一般分立元器件搭建的電路，并且調試簡單。該系統選擇的集成AFE是CXA2096N，是專門為數字攝像機而設計的，內部包括相關雙取樣電路(CDS)、自動增益控制電路(AGC)，為A／D轉換器提供的參考電平以及采樣保持電路，其自動增益變化范圍為-0．8～31．3 dB。
3 信號處理模塊
3．1 視頻處理芯片
本文選擇的信號處理芯片是SONY公司的CXD3172AR。該芯片內建10位高精度A／D轉換器，具有自動白平衡、自動曝光、自動黑電平校正和缺陷補償等功能，并能產生驅動CCD的時序脈沖，能夠輸出PAL／NTSC制式的模擬信號和ITU656格式的數字信號，其控制方式有2種：通過RS 232接口用PC機軟件控制；通過MCU通用管腳直接用硬件控制。因為MCU的傳輸總線不屬于通用的I2C和SPI總線，所以參考芯片資料，設計了與MCU的通信接口。該芯片支持的最大傳輸速率為400 Kb／s；使用PC機軟件僅支持19．2 Kb／s，且不能完全利用該芯片的帶寬，軟件控制還必須依賴PC機，不利于攜帶。在該系統中，采用純硬件控制方式實現的DSP功能，具有快速靈活的特性。以CXD3172AR為核心組成信號處理模塊的外圍電路主要有電源、時鐘、視頻輸出接口和控制通信接口。
3．2 時鐘產生電路
CXD3172AR需要產生驅動CCD的時序脈沖，其主時鐘將影響整個系統的正常穩定工作。該系統選擇的CCD兼容PAL制式色彩攝像機，總共像素為795(H)×596(V)，系統要求28．375 MHz的時鐘驅動系統和27 MHz的時鐘驅動編解碼器。為了有穩定的時鐘源，采用鎖相環路(PLL)，用一個高穩定性參考源的一個分頻和VCXO的一個分頻進行相位比較，產生一個誤差變化電壓，給VCXO進行環路負反饋，從而使輸出頻率更穩定。設計VCXO輸出28．375 MHz時鐘和石英晶振回路輸出27 MHz時鐘，系統產生的水平同步信號頻率為15．625 kHz，其與VCXO的分頻進行相位比較，PCOMP引腳輸出相位比較結果，判斷是否相位鎖定。
3．3 電源電路
系統需要4組獨立電源，其電壓分別為：3．3 V，5 V，15 V，-7 V。基于便攜性的考慮，采用9 V直流電壓作為電路板的輸入，通過線性穩壓電源芯片LT1117-3．3和LT1117-5得到3．3 V和5 V電壓，選擇TPS65131得到15 V和-7 V電壓。TPS65131能夠輸出正負雙電壓，非常適用于便攜性設備。4組電源的輸出端分別通過LC低通濾波器，就能為系統提供高精穩定的直流電源。本文引用地址：http://www.104case.com/article/172899.htm
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