基于单片机的线阵CCD实时检测系统的开发

系统对外接口十分简单，只需接上电源和两条通向上位机的信号线。上位机只需等待同步信号FC和检测脉冲信号BIN_OUT到来的中断信号，与AT89C2051相互独立，彼此之间没有任何时钟信号或复用关系。因此实际运用中器件互换性较强。既可选用普通的AT89C51进行一定的端口扩展接收FC和BIN_OUT，也可选用中断能力较强的SOC芯片C8051FXX系列等。整个检测系统具有良好的柔性，最终电路体积可控制在手掌心大小之内。
　　
　　图2
　　
　　3信号时序及软件设计
　　
　　由于硬件设计时考虑用软件产生CCD驱动信号，这样软件设计的最大难点为既要满足CCD芯片的驱动信号要求又要完成检测信息的完整表述。综合比较各种方法后得出了整个软件设计思路如下：
　　
　　驱动描述：NEC公司的线阵μPD3575D所需驱动信号与TOSHIBA公司传统的TCD系列略有差异，具体驱动信号为：时钟φ10、转移脉冲φTG、复位时钟φRO和采样保持时钟φSHO，时序关系如图3所示。
　　
　　μPD3575D为双沟道线阵CCD，它有两列525位的CCD移位寄存器，分列在像敏阵列的两边，在一个积分的φTG周期中至少有525个φ10脉冲：另外考虑到一些暗信号和空驱动．本系统开发中取φ10脉冲宽度约为10μs、φTG积分时间为12ms。
　　
　　单片机驱动主要是通过程序编程控制输出驱动的时序信号，可以通过修改程序方便地修改输出时序，单片机是靠指令产生I／O口的输出逻辑，在使用逻辑转移指令时，必须注意精心配置，避免产生驱动时序相位上的不同步。因为转移指令要根据某些条件产生程序分支，而分支程序在不同的条件下执行周期通常不同，会造成CCD驱动时序不同步。
　　
　　
　　
　　
　　
　　检测过程描述：参见图2的系统电路图，当CCD被驱动后因其光电特性会有视频模拟信号Vout输出，信号如图4所示。可以看出：模拟信号Vout在CCD扫描到深色区和白色区有明显的幅值大小区别，要提取的信息就是这个变化的电压信号，但单片机不能直接处理模拟信号Vout，因此必须先将Vout通过二值化处理得到数字信号BIN(见图2二值化电路部分)。这样便得到了反映白线左右两个边缘的脉冲信号BIN。为了方便上位机的处理，不直接输出信号BIN，而是将BIN反馈给AT89C2051，让其通过程序编制来捕捉其上升沿和下降沿的跳变，再从另外的引脚输出与BIN上升沿和下降沿同步的负脉冲信号BIN_OUT。这样上位机可方便地通过中断检测到白线的左右侧。这里AT89C205l还要输出一个同步信号FC(即驱动转移脉冲φTG)。因为系统是在连续扫描地面信息，故FC脉冲可标志CCD上一次扫描的结束和新一行扫描的开始。新一行开始扫描时，上位机收到FC负脉冲后可进入中断对定时器TO、Tl清零并立即开始计数。当收到BIN_OUT的第一个负脉冲后进入中断并停止，定时器TO；当收到BIN_OUT的第二个负脉冲后进人中断并停止定时器T1，读出定时器TO、T1里的数t0、t1。t0、t1便反映了路面白线的坐标位置，很明显t1与t0之差便是白线宽度。
　　
　　综合以上驱动和检测信号要求得出：在主程序中用一个死循环产生连续的四路驱动脉冲，并通过嵌入相应的其他功能的指令来保证四个驱动脉冲的相位关系，对BIN信号的上升沿和下降沿的判断也在此循环中完成。对BIN信号的当前状态还必须有一个状态标志BIN_STATE。一旦遇到BIN信号有电

《基于单片机的线阵CCD实时检测系统的开发(第2页)》