基于雙單片機(jī)的線陣CCD驅(qū)動(dòng)及信號(hào)處理系統(tǒng)

田小超+李忠科

摘 要： 針對(duì)線陣CCD器件的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)處理，使用了2片STC11F02單片機(jī)，一片產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)，另一片負(fù)責(zé)測(cè)量控制及與上位機(jī)進(jìn)行通信。采用硬件的方法對(duì)CCD輸出信號(hào)進(jìn)行處理，直接得到光斑中心位置，不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明測(cè)量精度可達(dá)0.007 mm。該電路成本低，體積小，速度快，可廣泛應(yīng)用于基于線陣CCD的非接觸式幾何量測(cè)量。

關(guān)鍵詞： 線陣CCD； 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)； STC11F02； 幾何量測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP212.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）20?0059?03

Linear array CCD drive and signal processing system based on double?SCM

TIAN Xiao?chao， LI Zhong?ke

（The Second Artillery Engineering College， Xian 710025， China）

Abstract： Two STC11F02 chips are used for the driving and signal processing of linear array CCD device. One generates CCD drive time?sequence signal， and another is responsible for measurement control and communication with the host computer. The CCD output signal is processed with the hardware method to directly obtain the center position of the light spot without A/D conversion. Experimental results show that the measurement precision can reach 0.007 mm. The circuit has the characteristics of low cost， small size， high speed， and can be widely used for non?contact geometry measurement based on linear array CCD.

Keywords： linear array CCD； SCM drive； STC11F02； geometry measurement

CCD（Charge Coupled Device）是一種完成光電轉(zhuǎn)換的圖像傳感器[1]，廣泛應(yīng)用于幾何量測(cè)量[2]、圖像傳感[3]、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域[4?5]。由于線陣CCD使用相對(duì)簡(jiǎn)單，通常一個(gè)方位的像元數(shù)目遠(yuǎn)多于面陣CCD，測(cè)量精度很高，故得到廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用CCD傳感器時(shí)要解決的兩個(gè)主要問(wèn)題是CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序的產(chǎn)生和CCD 輸出信號(hào)的采集處理。目前常用的CCD驅(qū)動(dòng)方法有數(shù)字電路直接驅(qū)動(dòng)法[6]、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)法[7]、專(zhuān)用IC驅(qū)動(dòng)方法等[8?9]。其中使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)方法靈活方便，適用于各種場(chǎng)合，但通常驅(qū)動(dòng)頻率較低。本文提出了一種新型的利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)線陣CCD并采集處理信號(hào)的方案，此方案基于2片STC11F02單片機(jī)，一片對(duì)CCD進(jìn)行高速、穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，另一片負(fù)責(zé)信號(hào)處理、測(cè)量控制與通信。

1 線陣CCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用的線陣CCD是日本東芝公司的TCDl501D圖像傳感器，它有5 000個(gè)光敏像元，驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括轉(zhuǎn)移脈沖（SH）、時(shí)鐘脈沖（Φ1，Φ2）、復(fù)位脈沖（RS）、采樣保持脈沖（SP）和門(mén)限脈沖（CP）[10]。

單片機(jī)選用宏晶公司的STC11F02，它是IT的8051單片機(jī)[3]。東芝系列線陣CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)基于TTL電平，與51單片機(jī)I/O電平兼容，可直接將單片機(jī)I/O口與CCD驅(qū)動(dòng)接口相連[11]，如圖1所示。

圖1 線陣CCD接口示意圖

由于單片機(jī)P1.0、P1.2管腳對(duì)應(yīng)CCD的Φ1，Φ2時(shí)鐘輸出，負(fù)載較重，故設(shè)為強(qiáng)推挽輸出。在程序中，將T0設(shè)置為16位定時(shí)器模式，每計(jì)數(shù)20 480個(gè)脈沖，產(chǎn)生一次定時(shí)器中斷。在中斷處理程序中，輸出一次SH脈沖波形。在每一次LOOP1循環(huán)中，輸出圖2所示的波形。在兩次輸出SH之間，執(zhí)行LOOP1循環(huán)5 000次以上，這樣就實(shí)現(xiàn)了TCD1501D所要求的各種驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)。核心程序如下：

LOOP1： ；驅(qū)動(dòng)信號(hào)循環(huán)程序段

MOV P1，#01BH

MOV P1，#099H

MOV P1，#0D3H

MOV P1，#0DBH

MOV P1，#02EH

MOV P1，#0ACH

MOV P1，#0E6H

MOV P1，#0EEH

SJMP LOOP1

T0INT： ；轉(zhuǎn)移脈沖SH中斷處理程序

CLR TR0

CLR TF0

MOV P1，#0DBH

MOV P3，#10H

MOV P3，#20H

MOV R4，#100

DJNZ R4，$

MOV P3，#10H

MOV TH0，#0D7H

MOV TL0，#0FFH

SETB TR0

RETI

圖2 CCD驅(qū)動(dòng)脈沖波形圖

2 線陣CCD信號(hào)處理

2.1 硬件電路與工作原理

本設(shè)計(jì)使用另一片單片機(jī)負(fù)責(zé)CCD信號(hào)的測(cè)量和與上位機(jī)的通信，電路圖如圖3所示。線陣CCD輸出的圖像信號(hào)OS和補(bǔ)償信號(hào)DOS經(jīng)過(guò)電壓比較器變成二值化信號(hào)，進(jìn)入CPU2的P3.3和P3.4，其中P3.3是單片機(jī)的外部中斷輸入INT1。采用單片機(jī)的內(nèi)部T0定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖前沿進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)，用T1定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先檢測(cè)SH信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)SH信號(hào)到達(dá)后，啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)。當(dāng)CCD信號(hào)脈沖到達(dá)時(shí)，經(jīng)過(guò)電壓比較器產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖的下跳沿產(chǎn)生INT1中斷請(qǐng)求，停止T0計(jì)數(shù)并啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T0計(jì)數(shù)值即為脈沖前沿信息。通過(guò)軟件查詢(xún)P3.4上跳沿的方式判斷脈沖結(jié)束時(shí)刻，當(dāng)發(fā)現(xiàn)P3.4電平上跳時(shí)停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1計(jì)數(shù)值即為脈沖寬度信息。T0+[T12]即為測(cè)量結(jié)果。

圖3 電路圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)工作原理，系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。主程序運(yùn)行之后，SH、OS、DOS、PEK波形的相互關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證系統(tǒng)的工作速度和測(cè)量精度，利用該系統(tǒng)進(jìn)行了橫向位移的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖6所示。

由LED發(fā)出的光受機(jī)械狹縫限制，形成一垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的光刀，光刀厚度約0.1 mm，垂直照射在線陣CCD感光陣列上。當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光刀相對(duì)于CCD運(yùn)動(dòng)，照射在線陣CCD感光陣列不同的位置，得到不同的輸出。再經(jīng)過(guò)標(biāo)定，即得到活動(dòng)導(dǎo)軌的橫向位移。

圖5 輸出波形關(guān)系

圖6 實(shí)驗(yàn)原理圖

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在設(shè)計(jì)CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)，一個(gè)LOOP1循環(huán)占用27個(gè)機(jī)器周期（每個(gè)MOV指令和SJMP指令均需3個(gè)機(jī)器周期[3]），而定時(shí)器為12T模式，故每個(gè)循環(huán)內(nèi)定時(shí)器平均計(jì)2.25個(gè)數(shù)，輸出2個(gè)像元值。把光刀依次置于若干點(diǎn)處，系統(tǒng)得到的測(cè)量值通過(guò)RS 232 串口上傳至計(jì)算機(jī)[12]，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)于一個(gè)固定位置，系統(tǒng)多次測(cè)量之后的標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.9，多次測(cè)量取平均值可使偏差減小到一個(gè)計(jì)數(shù)單。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

由于平均每計(jì)1.125個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)1個(gè)像元，而TCDl501D像元尺寸為7 μm×7 μm，中心距亦為7 μm，故理論上系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后分辨率可達(dá)0.007 mm以?xún)?nèi)。單片機(jī)采用22.118 4 MHz的晶振。原則上，定時(shí)器每計(jì)數(shù)超過(guò)5 000即可產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即SH脈沖周期最小可達(dá)2.76 ms。但在實(shí)際應(yīng)用中，每次測(cè)量之后需給上位機(jī)通信預(yù)留時(shí)間，故在本設(shè)計(jì)中，定時(shí)器每計(jì)數(shù)20 480產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即大概每5.56 ms產(chǎn)生一次SH脈沖波形，再加上中斷處理時(shí)間，系統(tǒng)測(cè)量周期約為5.7 ms。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提供了一套完整的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)并處理CCD信號(hào)的方案。創(chuàng)新之處在于用硬件的方法獲得CCD輸出脈沖中心位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)反復(fù)測(cè)定，系統(tǒng)測(cè)量分辨率可達(dá)0.007 mm，測(cè)量周期約為5.7 ms，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求。目前，本設(shè)計(jì)已應(yīng)用于國(guó)家“863”計(jì)劃課題“牙齒模型三維掃描系統(tǒng)”的平移軸行程傳感測(cè)量，取得良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2000.

[2] 于之靖，劉月林，諸葛晶昌.高精度雙線陣CCD非接觸直徑測(cè)量系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014（1）：120?122.

[3] 秦剛，李韓.基于嵌入式技術(shù)的線陣 CCD 圖像采集系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2014（1）：67?68，71.

[4] 陳平，李毅紅.基于線陣CCD的小物體掉落自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013（4）：45?49.

[5] 劉恩超，鄒鵬，李新，等.基于線陣CCD的光斑定位電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013（1）：85?87.

[6] 周建勇，陳紅兵，袁世順，等.一種CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序參量化設(shè)計(jì)方法[J].半導(dǎo)體光電，2013（6）：1055?1059.

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[10] TOSHIBA公司.TCDl501D數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].東京：TOSHIBA公司，2001.

[11] 宏晶公司.STC11/10xx系列單片機(jī)器件手冊(cè)[M].深圳：宏晶公司，2008.

[12] 范逸之，陳立元.Visual Basic與RS?232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

SETB TR0

RETI

圖2 CCD驅(qū)動(dòng)脈沖波形圖

2 線陣CCD信號(hào)處理

2.1 硬件電路與工作原理

本設(shè)計(jì)使用另一片單片機(jī)負(fù)責(zé)CCD信號(hào)的測(cè)量和與上位機(jī)的通信，電路圖如圖3所示。線陣CCD輸出的圖像信號(hào)OS和補(bǔ)償信號(hào)DOS經(jīng)過(guò)電壓比較器變成二值化信號(hào)，進(jìn)入CPU2的P3.3和P3.4，其中P3.3是單片機(jī)的外部中斷輸入INT1。采用單片機(jī)的內(nèi)部T0定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖前沿進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)，用T1定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先檢測(cè)SH信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)SH信號(hào)到達(dá)后，啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)。當(dāng)CCD信號(hào)脈沖到達(dá)時(shí)，經(jīng)過(guò)電壓比較器產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖的下跳沿產(chǎn)生INT1中斷請(qǐng)求，停止T0計(jì)數(shù)并啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T0計(jì)數(shù)值即為脈沖前沿信息。通過(guò)軟件查詢(xún)P3.4上跳沿的方式判斷脈沖結(jié)束時(shí)刻，當(dāng)發(fā)現(xiàn)P3.4電平上跳時(shí)停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1計(jì)數(shù)值即為脈沖寬度信息。T0+[T12]即為測(cè)量結(jié)果。

圖3 電路圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)工作原理，系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。主程序運(yùn)行之后，SH、OS、DOS、PEK波形的相互關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證系統(tǒng)的工作速度和測(cè)量精度，利用該系統(tǒng)進(jìn)行了橫向位移的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖6所示。

由LED發(fā)出的光受機(jī)械狹縫限制，形成一垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的光刀，光刀厚度約0.1 mm，垂直照射在線陣CCD感光陣列上。當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光刀相對(duì)于CCD運(yùn)動(dòng)，照射在線陣CCD感光陣列不同的位置，得到不同的輸出。再經(jīng)過(guò)標(biāo)定，即得到活動(dòng)導(dǎo)軌的橫向位移。

圖5 輸出波形關(guān)系

圖6 實(shí)驗(yàn)原理圖

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在設(shè)計(jì)CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)，一個(gè)LOOP1循環(huán)占用27個(gè)機(jī)器周期（每個(gè)MOV指令和SJMP指令均需3個(gè)機(jī)器周期[3]），而定時(shí)器為12T模式，故每個(gè)循環(huán)內(nèi)定時(shí)器平均計(jì)2.25個(gè)數(shù)，輸出2個(gè)像元值。把光刀依次置于若干點(diǎn)處，系統(tǒng)得到的測(cè)量值通過(guò)RS 232 串口上傳至計(jì)算機(jī)[12]，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)于一個(gè)固定位置，系統(tǒng)多次測(cè)量之后的標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.9，多次測(cè)量取平均值可使偏差減小到一個(gè)計(jì)數(shù)單。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

由于平均每計(jì)1.125個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)1個(gè)像元，而TCDl501D像元尺寸為7 μm×7 μm，中心距亦為7 μm，故理論上系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后分辨率可達(dá)0.007 mm以?xún)?nèi)。單片機(jī)采用22.118 4 MHz的晶振。原則上，定時(shí)器每計(jì)數(shù)超過(guò)5 000即可產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即SH脈沖周期最小可達(dá)2.76 ms。但在實(shí)際應(yīng)用中，每次測(cè)量之后需給上位機(jī)通信預(yù)留時(shí)間，故在本設(shè)計(jì)中，定時(shí)器每計(jì)數(shù)20 480產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即大概每5.56 ms產(chǎn)生一次SH脈沖波形，再加上中斷處理時(shí)間，系統(tǒng)測(cè)量周期約為5.7 ms。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提供了一套完整的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)并處理CCD信號(hào)的方案。創(chuàng)新之處在于用硬件的方法獲得CCD輸出脈沖中心位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)反復(fù)測(cè)定，系統(tǒng)測(cè)量分辨率可達(dá)0.007 mm，測(cè)量周期約為5.7 ms，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求。目前，本設(shè)計(jì)已應(yīng)用于國(guó)家“863”計(jì)劃課題“牙齒模型三維掃描系統(tǒng)”的平移軸行程傳感測(cè)量，取得良好效果。

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[5] 劉恩超，鄒鵬，李新，等.基于線陣CCD的光斑定位電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013（1）：85?87.

[6] 周建勇，陳紅兵，袁世順，等.一種CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序參量化設(shè)計(jì)方法[J].半導(dǎo)體光電，2013（6）：1055?1059.

[7] 唐亞軍，郭喜慶，楊敬嫻，等.基于51單片機(jī)的線陣CCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013，32（12）：73?76.

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[9] 劉月林，諸葛晶昌.一種光積分時(shí)間可調(diào)的線陣CCD驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013（12）：100?101.

[10] TOSHIBA公司.TCDl501D數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].東京：TOSHIBA公司，2001.

[11] 宏晶公司.STC11/10xx系列單片機(jī)器件手冊(cè)[M].深圳：宏晶公司，2008.

[12] 范逸之，陳立元.Visual Basic與RS?232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

SETB TR0

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圖2 CCD驅(qū)動(dòng)脈沖波形圖

2 線陣CCD信號(hào)處理

2.1 硬件電路與工作原理

本設(shè)計(jì)使用另一片單片機(jī)負(fù)責(zé)CCD信號(hào)的測(cè)量和與上位機(jī)的通信，電路圖如圖3所示。線陣CCD輸出的圖像信號(hào)OS和補(bǔ)償信號(hào)DOS經(jīng)過(guò)電壓比較器變成二值化信號(hào)，進(jìn)入CPU2的P3.3和P3.4，其中P3.3是單片機(jī)的外部中斷輸入INT1。采用單片機(jī)的內(nèi)部T0定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖前沿進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)，用T1定時(shí)器對(duì)CCD信號(hào)脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先檢測(cè)SH信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)SH信號(hào)到達(dá)后，啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)。當(dāng)CCD信號(hào)脈沖到達(dá)時(shí)，經(jīng)過(guò)電壓比較器產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，該負(fù)脈沖的下跳沿產(chǎn)生INT1中斷請(qǐng)求，停止T0計(jì)數(shù)并啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T0計(jì)數(shù)值即為脈沖前沿信息。通過(guò)軟件查詢(xún)P3.4上跳沿的方式判斷脈沖結(jié)束時(shí)刻，當(dāng)發(fā)現(xiàn)P3.4電平上跳時(shí)停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1計(jì)數(shù)值即為脈沖寬度信息。T0+[T12]即為測(cè)量結(jié)果。

圖3 電路圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)工作原理，系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。主程序運(yùn)行之后，SH、OS、DOS、PEK波形的相互關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證系統(tǒng)的工作速度和測(cè)量精度，利用該系統(tǒng)進(jìn)行了橫向位移的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖6所示。

由LED發(fā)出的光受機(jī)械狹縫限制，形成一垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的光刀，光刀厚度約0.1 mm，垂直照射在線陣CCD感光陣列上。當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光刀相對(duì)于CCD運(yùn)動(dòng)，照射在線陣CCD感光陣列不同的位置，得到不同的輸出。再經(jīng)過(guò)標(biāo)定，即得到活動(dòng)導(dǎo)軌的橫向位移。

圖5 輸出波形關(guān)系

圖6 實(shí)驗(yàn)原理圖

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在設(shè)計(jì)CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)，一個(gè)LOOP1循環(huán)占用27個(gè)機(jī)器周期（每個(gè)MOV指令和SJMP指令均需3個(gè)機(jī)器周期[3]），而定時(shí)器為12T模式，故每個(gè)循環(huán)內(nèi)定時(shí)器平均計(jì)2.25個(gè)數(shù)，輸出2個(gè)像元值。把光刀依次置于若干點(diǎn)處，系統(tǒng)得到的測(cè)量值通過(guò)RS 232 串口上傳至計(jì)算機(jī)[12]，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)于一個(gè)固定位置，系統(tǒng)多次測(cè)量之后的標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.9，多次測(cè)量取平均值可使偏差減小到一個(gè)計(jì)數(shù)單。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

由于平均每計(jì)1.125個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)1個(gè)像元，而TCDl501D像元尺寸為7 μm×7 μm，中心距亦為7 μm，故理論上系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后分辨率可達(dá)0.007 mm以?xún)?nèi)。單片機(jī)采用22.118 4 MHz的晶振。原則上，定時(shí)器每計(jì)數(shù)超過(guò)5 000即可產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即SH脈沖周期最小可達(dá)2.76 ms。但在實(shí)際應(yīng)用中，每次測(cè)量之后需給上位機(jī)通信預(yù)留時(shí)間，故在本設(shè)計(jì)中，定時(shí)器每計(jì)數(shù)20 480產(chǎn)生一個(gè)SH脈沖，即大概每5.56 ms產(chǎn)生一次SH脈沖波形，再加上中斷處理時(shí)間，系統(tǒng)測(cè)量周期約為5.7 ms。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提供了一套完整的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)CCD驅(qū)動(dòng)并處理CCD信號(hào)的方案。創(chuàng)新之處在于用硬件的方法獲得CCD輸出脈沖中心位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)反復(fù)測(cè)定，系統(tǒng)測(cè)量分辨率可達(dá)0.007 mm，測(cè)量周期約為5.7 ms，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求。目前，本設(shè)計(jì)已應(yīng)用于國(guó)家“863”計(jì)劃課題“牙齒模型三維掃描系統(tǒng)”的平移軸行程傳感測(cè)量，取得良好效果。

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