CCD（Charge Coupled Devices）電荷耦合器件應用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于CCD驅(qū)動時序的產(chǎn)生和輸出信號的采集與處理。目前驅(qū)動主要有直接數(shù)字電路驅(qū)動、EPROM驅(qū)動、專用IC驅(qū)動、復雜的CPLD驅(qū)動等常用的驅(qū)動方法，但是它們存在著邏輯設(shè)計較為復雜、調(diào)試困難、柔性較差等缺點。在數(shù)據(jù)采集和處理方面，大多數(shù)都經(jīng)過差動放大、采樣保持、A／D轉(zhuǎn)換，再通過總線或采集卡等接口與PC機相連。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，而且在信號處理、通信軟件和界面設(shè)計等方面要耗費大量的精力。應該說這種應用系統(tǒng)在靜態(tài)測量處理方面有其優(yōu)點，但如果要滿足實時控制系統(tǒng)的連續(xù)檢測要求以及系統(tǒng)體積精小而容易裝配等特點，則必須簡化驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)采集過程和處理方式。本文正是出于這種考慮，開發(fā)出了一種基于單片機的實時性檢測系統(tǒng)：僅用Atmel公司一塊小型的AT89C2051單片機便能產(chǎn)生穩(wěn)定、精確、高速的驅(qū)動脈沖。該電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、CPU占用率低，將驅(qū)動、采集和處理融為一體，而且與上位機的連接僅用兩條導線便可實現(xiàn)檢測信息傳輸。這種方法大大簡化了線陣CCD檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在機器人視覺、智能小車、軌跡導引等動態(tài)檢測方面有獨特的應用優(yōu)勢。
　　1 線陣CCD實時檢測系統(tǒng)模型
　　以機器人路徑識別為例具體說明如何利用線陣CCD開發(fā)實時動態(tài)環(huán)境檢測系統(tǒng)。
　　假設(shè)在一個深色（如黑色、藍、綠等）平面上用寬度為30mm的白線作為機器人將要運動的軌跡導引線，利用線陣CCD開發(fā)出檢測白線軌跡的檢測系統(tǒng)。先利用光學系統(tǒng)用攝像頭將路面信息成像到CCD的感光面上；然后讀取白線的位置檢測信息作為機器人的視覺，讓機器人在上位機的控制下沿白線軌跡運動。這是一個典型的CCD實時檢測系統(tǒng)。整體檢測系統(tǒng)如圖1所示。
　　
　　2 硬件設(shè)計
　　利用CCD的光電特性，設(shè)計出的電路應能判別視頻信號上輸出的深色和白色區(qū)別，這樣才能識別白線，時刻反應機器人當前所在的物理位置，以便對其運動做相應的調(diào)整。 線陣CCD選用NEC公司的μPD3575D型號。芯片為20腳DIP封裝，像敏單元數(shù)目為1024，像敏單元大小為14μm×l41μm×l4μm（相鄰像元中心距為14μm），光敏區(qū)域采用高靈敏度和低暗電流PN結(jié)作為光敏單元，內(nèi)置采用保持電路、輸出放大電路，外觀尺寸為25．5mm×10mm，易于裝卸。該器件工作在5V驅(qū)動（脈沖）、12V電源條件下。
　　
　　系統(tǒng)簡要電路如圖2所示。驅(qū)動用的單片機是AT89C2051。它是Atmel公司生產(chǎn)的自帶2KB可編程Flash存儲器的與MSC-51兼容的高性能處理器。它與常規(guī)的51芯片有相同的核心和相近的結(jié)構(gòu)功能如RAM、定時/記數(shù)器、中斷結(jié)構(gòu)、串行口、振蕩器和時鐘電路等；有最高達24MHz的振蕩頻率，能高速地驅(qū)動CCD；有較少的精簡I／O端口，因此體積很小，非常適用做小型應用系統(tǒng)的處理器。對很多嵌入式控制應用提供了一個高度靈活的有效解決方案。本線陣CCD檢測系統(tǒng)發(fā)揮了其小而靈活的特點，既陡系統(tǒng)資源得到了充分的應用又讓系統(tǒng)結(jié)陶精簡緊奏，電路中二值化部分的電位器R_T用來調(diào)整二值化比較電平的閥值（0～5V），通過它調(diào)節(jié)整個CCD的灰度分辨率。同時整個系統(tǒng)對外接口十分簡單，只需接上電源和兩條通向上位機的信號線。上位機只需等待同步信號FC和檢測脈沖信號BIN_OUT到來的中斷信號，與AT89C2051相互獨立，彼此之間沒有任何時鐘信號或復用關(guān)系。因此實際運用中器件互換性較強。既可選用普通的AT89C51進行一定的端口擴展接收FC和BIN_OUT，也可選用中斷能力較強的SOC芯片C8051FXX系列等。整個檢測系統(tǒng)具有良好的柔性，最終電路體積可控制在手掌心大小之內(nèi)。