摘 要

线阵CCD（电荷耦合器件）是一种新型的半导体成像器件，是在大规模集成工艺基础上研制而成的MOS型集成电路芯片，对其施加一定的脉冲时序，就可以令其存储的脉冲电荷在CCD内所定向的传输，从而实现图像的扫描。

整个系统大体可分为图像采集模块和图像处理模块。图像采集模块由CPLD,CCD,AD芯片组成。整个模块的核心是CPLD芯片，它需要为CCD芯片提供稳定的驱动时序，还有AD芯片的时序

本课题系统主要电路包括AMR电路，CCD电路，CPLD电路，以及所需的信号处理电路，AD转换电路和各种外围电路。它的主要功能是利用CCD器件实现物体扫描，采集图像信息，并经过信号处理与AD变换后保存与一块ARM芯片中。

针对彩色线阵光电耦合器件（CCD）在木板色选系统中驱动电路的设计问题，提出了一种设计方案，这种驱动电路的设计是基于基于复杂可编程逻辑器件的。在驱动的系统框图的基础上介绍了它的工作原理，并且对其中各图像采集、缓冲模块等进行详细的介绍。该系统采用了Altera公司的EPM240 CPLD,分析了彩色线阵图像传感器TCD2252D的驱动时序；通过VHDL硬件描述语言实现各脉冲信号的发送，并且给出了各脉冲参数之间的时序关系。最后，在QUARTUS II上进行驱动时序的软件仿真，并且用逻辑分析仪检测实际电路。应用及实践结果表明，该系统设计基于CPLD的驱动电路方案具有可靠性高、成本低廉、维护方便的优点、具有很强的可扩展性，适用于CCD图像传感器驱动电路的设计。

关键词：电荷耦合器件；复杂可编程逻辑器件；图像数据采集；VHDL语言

Abstract

The line array CCD （Charge Coupled Device）is a novel semiconductor imaging device, a MOS-type integrated circuit chip is made ​​on the basis of large scale integrated technology developed, can impose certain timing pulse, the charge pulse so that it is stored in the CCD directional transmission, enabling the image scanning.

The entire system can be roughly divided into image acquisition module and image processing module. The image acquisition module is made up of CPLD, CCD, AD chip. The core of the whole module CPLD chip, it needs to be provided for the CCD chip the stable drive timing, as well as chip timing AD

For color line array optical coupling device (CCD) in wood color selection system drive circuit design problem, a driver circuit design based on complex programmable logic device (CPLD). First, a system block diagram of the drive, and its working principle, and then carried out a detailed description of important module. The system uses Altera's EPM240 complex programmable logic device;-CCD chip TCD2252D drive timing diagram; pulse signal sent by the hardware description language (VHDL), and pulse parameters the timing relationships. This article Briefly introduced the conversion from the RBG color space to the HSL color space. Software simulation test conducted on QUARTUS 2 signal, using logic analyzer to detect actual circuit. Application and practice results show that the drive circuit of the CPLD-based program has a high reliability, low cost, convenient maintenance, has a strong scalability, applicable to the CCD sensor drive circuit design.

Keywords: CCD ; CPLD; Image data acquisition; VHDL language

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内研究现状 1

1.3国外研究现状 3

1.4 本文研究特色及主要工作 4

1.4.1本文的研究特色 4

1.4.2主要工作 4

第二章 线阵CCD图像数据采集系统总体设计 5

2.1线阵CCD图像数据采集系统总体设计 5

2.2线阵CCD图像数据采集系统硬件组成 5

2.3线阵CCD图像数据采集系统的软件程序 6

2.4线阵CCD图像数据采集系统模块 6

第三章 系统硬件电路设计与研究 7

3.1QY-9G45EK概述 7

3.1.1 ARM简介 7

3.1.2 QY-9G45EK 微控制器概述及特性 7

3.2 CCD2252D简介 8

3.3 AD9822接口电路设计 11

3.3.1 AD9822简介 11

3.3.2 AD9822的接口电路设计 13

3.4 USB接口 16

3.5电源电路 17

3.6液晶显示模块 18

3.7调试串口电路 18

3.8 JTAG调试接口电路 19

3.9 FIFO存储器设计 20

第四章 驱动电路设计 21

4.1 CCD驱动电路设计 21

4.1.1 TCD2252D的时序分析 21

4.1.2 TCD2252D 驱动电路的设计 22

4.2 AD9822驱动电路设计 24

4.2.1CCD输出信号的特点及其处理方法 24

4.2.2 AD9822内部寄存器配置 25

4.2.3 AD9822驱动电路设计 26

4.3 FIFO缓冲模块程序设计 28

第五章 检测与仿真 30

5.1时序仿真 30

5.2 CCD信号的检测与仿真 31

5.3 AD9822的时序仿真 32

第六章 总结与展望 34

6.1论文总结 34

6.2课题展望 34

参考文献 36

致谢 38

附录一 39

附录二 44

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

线阵CCD是一种新型的半导体成像器件，是在大规模集成工艺基础上研制而成的MOS型集成电路芯片，对其施加一定的脉冲时序，就可以令其存储的脉冲电荷在CCD内所定向的传输，从而实现图像的扫描。因其具有灵敏度高，解析度高，噪声低，动态范围广，易于大批量生产，性能稳定等优点，所以取代了过去老一代的光电传感器件，广泛应用于新一代的色选机中。

CCD色选机综合了现代光学、光电传感、图像处理、电子控制及计算机应用等诸多学科的新技术，是集光、电、气、机于一体的高科技综合技术。它可以根据物料的光学特性差异，利用光电传感技术、图像处理技术和微机控制技术，将高速流动的物料按所需要求进行分类筛选。具有选别效率高、结构紧凑、操作方便等优点。目前在国内，CCD色选机被广泛应用于粮食作物等小颗粒状物料的甄别与筛选，而在工业产品上的色选应用，相对较少。色选技术的普及程度可以反映出一个国家或地区加工技术的先进性和自动化程度，食品安全的普及程度，以及物料加工或预处理的科学性，也间接反映出劳动力成本和效率，以及社会经济发达程度。