2.2 TCD142D驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

　　從EPM7064SLC44輸出的脈沖波形RS、SH、φ1和φ2是由基本TTL電路產(chǎn)生的，正邏輯為5V，負(fù)邏輯為0V，而ＴCD142D要求上述信號(hào)高電平為10～12V，低電平為0V；此外，CCD為電容性負(fù)載，工作頻率高時(shí)有一定的功耗，因此需對(duì)RS、SH、φ1和φ2進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)放大。在從CPLD的輸出引腳獲得上述邏輯時(shí)序后，通過(guò)集成驅(qū)動(dòng)芯片DS0026將RS、SH、φ1、φ1這四路驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)放大送至TCD142D的相應(yīng)輸入端以驅(qū)動(dòng)CCD工作。這樣，在CCD的輸出端將得到與入射光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的模擬視頻信號(hào)，并且視頻信號(hào)的輸出得到了相應(yīng)的補(bǔ)償。

　　2.3 TCD142D視頻信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

　　視頻信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

　　圖3 視頻信號(hào)處理框圖

　　由TCD142D輸出端OS輸出的視頻信號(hào)有以下特點(diǎn)：

　　負(fù)極性信號(hào)

　　包含有周期性的復(fù)位脈沖串?dāng)_

　　有效信號(hào)幅值較小，約為500 mV

　　CCD輸出視頻信號(hào)的上述特點(diǎn)決定了它不能夠直接送入PC機(jī)進(jìn)行軟件處理，必須先從硬件上對(duì)其進(jìn)行量化處理。模擬視頻信號(hào)在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前先要進(jìn)行一系列的預(yù)處理，消除視頻信號(hào)中的驅(qū)動(dòng)脈沖（主要是復(fù)位脈沖）及噪聲等所造成的干擾，將微弱的負(fù)極性視頻信號(hào)反向、放大。在電路設(shè)計(jì)中，選用了一片AD8031運(yùn)算放大器，將視頻信號(hào)及其補(bǔ)償輸出分別送至差動(dòng)放大器的反相和同相輸出端，在進(jìn)行視頻信號(hào)放大的同時(shí)消除復(fù)位脈沖所造成的干擾，并將負(fù)極性視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成正極性。在AD8031的輸出端接一級(jí)RC濾波器，進(jìn)一步濾除噪聲。經(jīng)過(guò)上述處理后的視頻信號(hào)被送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化。在該數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)中，選用8位、高速、并行、半閃速結(jié)構(gòu)ADC－TLC5510芯片完成A/D轉(zhuǎn)換工作，其內(nèi)部自帶采樣保持電路，這在一定程度上簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)。只要設(shè)計(jì)合理，TLC5510的轉(zhuǎn)換速率（最小為20 MHz）完全可以滿足CCD（1 MHz）的工作要求。利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的、能夠反映圖像灰度變化的數(shù)字量，提高了測(cè)量精度和分辨率；當(dāng)TLC 5510的輸出使能有效時(shí)，就可以將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送至8位數(shù)據(jù)線上。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（CY 6264）寫(xiě)允許及地址有效的前提下，將8位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果實(shí)時(shí)地存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。

　　2.4 I/O接口電路的設(shè)計(jì)

　　I/O接口電路的主要功能就是將數(shù)據(jù)采集卡與PC機(jī)有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。在本系統(tǒng)中，采用16腳的插座作為兩者之間的接口。兩者的通訊主要包括：接收PC機(jī)發(fā)送的各種控制命令；發(fā)送數(shù)據(jù)采集卡的各種狀態(tài)信號(hào)給PC機(jī)；接收PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)采集卡積分時(shí)間設(shè)定命令；傳輸數(shù)據(jù)給PC機(jī)等。

　　3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要完成的功能有：①PC機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡之間的通訊驅(qū)動(dòng)；②CCD圖像處理，實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)目的。

　　3.1 通訊驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集卡的I/O接口與PC機(jī)的打印機(jī)并口相連接，通過(guò)通訊驅(qū)動(dòng)軟件的驅(qū)動(dòng)，基于CPLD的線陣CCD數(shù)據(jù)采集卡可以直接接收來(lái)自PC機(jī)的控制命令，或?qū)?shù)據(jù)（或狀態(tài)）經(jīng)并口傳入PC機(jī)，不需外加其它輔助電路。

　　該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊驅(qū)動(dòng)軟件是用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)完成的，調(diào)用基本的并行接口操作函數(shù)。用戶可以通過(guò)PC機(jī)并口完成如下工作：（1）將PC機(jī)發(fā)出的控制字寫(xiě)入可編程邏輯器件，控制CCD數(shù)據(jù)采集卡的工作狀態(tài)；（2）將數(shù)據(jù)采集卡當(dāng)前的狀態(tài)字讀入PC機(jī)；（3）判斷數(shù)據(jù)采集卡工作狀態(tài)位，在允許PC機(jī)讀取數(shù)據(jù)的前提下讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。因采用標(biāo)準(zhǔn)并行打印機(jī)適配器，所以一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要分兩次進(jìn)行讀取，先讀低4位，再讀高4位，然后將兩部分合并，所得結(jié)果存入數(shù)據(jù)文件。通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)軟件控制，PC機(jī)可以改變和設(shè)定CCD當(dāng)前的積分時(shí)間及CCD當(dāng)前所處狀態(tài)。