高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用

2.2 放大滤波及A/D转换
　　TCD1208AP传感器输出信号OS有以下特点:
　　·负极性信号
　　·包含有周期性的复位脉冲串扰
　　·有效信号幅值较小
　　CCD输出信号的上述特点决定了它不能直接送入A/D转换器,必须先从硬件上对其进行一系列的预处理,消除信号中的驱动脉冲(主要是复位脉冲)及噪声等所造成的干扰,因此需将信号进行前置反向、滤波及放大。在电路设计中,选用一片CA3450运算放大器进行反向、放大;并在CA3450的输出端接一级RC滤波器滤除噪声。经过上述处理的信号就可以被送入A/D转换器进行数字化处理。8位、高速、并行闪速结构的A/D转换芯片(CA3318CE)的转换速率(最大为15MHz)完全可以满足CCD(1MHz)的工作要求,利用A/D转换技术将信号转换成与之相应的、能够反应图像灰度变化的数字量,提高了测量精度和分辨率。当CA3318CE的输出使能有效时,就可以将A/D转换结果送至8位数据线上。这样,在数据存储器写允许及地址有效的前提下,就能将数据写入数据存储器SRAM中。
2.3 可编程逻辑电路CPLD
　　CPLD的主要作用有:用来控制CCD的驱动时钟、各种同步控制时钟(A/D转换,数字信号存取)以及存储器地址的产生。合适的CPLD是根据实际需要在实验过程中选定的,在设计中选用了ALTERA公司的MAX7000系列芯片EPM7128S,该系列芯片是典型的通过JTEG在线编程的CPLD器件。外部时钟信号作为CPLD的基准信号,其它时序信号的产生都是以此为基础的。
2.4 步进机构
　　线性CCD是逐行扫描的,要想得到清晰的图像,对步进机构的速度是有要求的。步进机构应该匀速运动,其速度必需和扫描速度保持一致。影响水平方向分辨率的主要原因是转动电机的转速。虽然转速越高,越节省时间,但是扫描间隔却相应增大,分辨率下降;转速越低,则分辨率越高。
2.5 TMS320VC5402处理器
　　TMS320VC5402是定点数字信号处理器,体系结构为哈佛结构,具有先进的多总线结构,40位算术逻辑单元(ALU)包括一个40位桶形移位寄存器和两个40位累加器,数据/程序寻址空间为64K/1MB,内置16KB的RAM和4KB的ROM,有两个缓冲串口。另外,它还提供DMA方式和多种片内外设,操作速度最高为100MIPS。
3 系统的硬件设计
3.1 CPLD控制信号
　　根据驱动脉冲时序关系确定时钟驱动信号SH、Φ1、Φ2和RS的参数。各路脉冲的技术指标如下:RS＝1MHz,占空比为1:3,方波;Φ1＝Φ2＝0.5MHz,占空比为 1:1,方波,Φ1、Φ2在并行转移时是一个大于SH＝1持续时间的宽脉冲;在SH的光积分时间内,至少有2212个RS脉冲。在设计中,SH波形采用计数器的形式进行设计。Φ1、Φ2、RS的波形由分频产生。行同步信号Фc与SH同周期,利用Фc的上升沿使A/D转换器进入工作状态(Фc为低电平时,A/D转换无法启动),它的上升沿对应CCD输出信号的第一个有效像素。SP是像元同步信号,它的脉冲频率是复位信号RS的整数倍。为了保证CCD输出、A/D转换、地址发生三者同步,将CCD驱动电路的RS与ADC的时钟CLK相连,存储器的写允许端与ADC的允许端相连。部分设计程序如下:
PROCESS(CLK,RESET)
　　BEGIN
　　IF RESET=‘1’ THEN CNTB=0;
　　ELSE
　　IF CLK´EVENT AND CLK=‘1’ THEN
　　　IF CNTB>2212 THEN CNTB=0;
　　　ELSE CNTB=CNTB+1;
　　　END IF;
　　END IF;
　　END IF;
END PROCESS;
PROCESS(RESET,CNTB)
　　BEGIN
　　IF RESET=´1´ THEN SH=´1´;
　　ELSE
　　CASE CNTB IS
　　　WHEN 0 TO 2212=> SH=‘0’;
　　　WHEN OTHERS=> SH=‘1’;
　　END CASE;
　　END IF;
END PROCESS;
PROCESS(CLK,RESET)
　　BEGIN
　　IF RESET=‘1’ THEN CNT=0;
　　ELSE
　　IF CLK´EVENT AND CLK=‘1’ THEN
　　　IF CNT5 THEN
　　　CNT=CNT+1;
　　　ELSE CNT=0;
　　　END IF;
　　END IF;
　　END IF;
END PROCESS;
PROCESS(CNT,RESET)
　　BEGIN
　　IF RESET=‘1’ THEN F1=‘1’;F2=‘0’;
　　ELSE
　　CASE CNT IS
　　　WHEN 0 =>F1=‘1’;F2=‘0’;
　　　WHEN 4 =>F1=‘1’;F2=‘0’;
　　　WHEN 5 =>F1=‘1’;F2=‘0’;
　　　WHEN OTHERS=> F1=‘0’;F2=‘1’;
　　END CASE;
　　END IF;
END PROCESS;
　　根据所要摄取图像的数据量,选用三片IS61LV5128AL-12T SRAM(共1.5M),用来存放一帧图像数据。它们的地址线和读写控制线是由CPLD提供的。