CCD动态线径测量仪要点

毕业设计CCD动态线径测量仪
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二〇一三年六月
文摘
CCD全称为电荷藕合器件，由于CCD具有非接触性测量、分辨率高等方面的特点，因此CCD器件在物体外型测量、表面检测、图像传真、智能传感等方面得到了广泛的应用。

另外，CCD测量速度快，所以不仅可用于静态测量，还可用于动态在线检测，因此CCD技术在线检测系统中应用也越来越多。

现代加工技术发展迅速，加工精度不断提高，相应的对检测设备也提出了新的要求，如高精度，在线检测等，新技术，新工艺，新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。

在当今国内工业中对直径的测量大多还是采用千分尺等落后的接触式的方法，不但效率不高而且精确度不够。

针对工业中用千分尺人工对工件直径测量的落后方法，利用线阵CCD对直径实现精密测量的系统进行了设计。

该系统基于光学系统无接触性测量的基本原理，运用光学测量的理论和一般方法，设计并讨论了在实际运用中存在的问题及解决办法。

为了探索CCD图象传感器在尺寸检测方面的应用性能、特性参数以及相关测控系统硬件系统的设计特点，从而为今后研制基于线阵CCD的宽范围尺寸测量系统作好理论和实验准备。

设计方案内容:光学部分的内容光源的设计。

机械部分主要是相关传感器的支撑结构设计。

电路控制部分主要有CCD芯片选择、CCD输出信号的处理、单片机数据采集及处理等。

关键词CCD传感器，二值化,单片机，输出显示
English Abstract
All called charge coupled device CCD, due to CCD non-contact measurement with high resolution and the characteristics, so CCD device object shape measurement, surface inspection, image fax, intelligent sensing and so on have been widely used. In addition, CCD high speed, so not only can be used for static measurement, but also for dynamic line detection, the CCD technology online detection system applications are increasing. The rapid development of modern processing technology, continuously improving processing precision, corresponding to the test equipment also made new demands, such as high-precision, on-line detection, new technologies, new techniques, new projects on the large diameter of the proposed high-precision measurement technology more to the higher requirements.
In today the domestic industry, or most of the diameter measurement using micrometer and other backward-contact method, the efficiency and accuracy is not high enough. Micrometer used for industrial labor behind the workpiece diameter measurement method using linear array CCD to achieve precise measurement of the diameter of the system design. The system is non-contact optical system based on the basic principle of measurement, using optical measurement methods of the theory and the general design and discusses the practical application of problems and solutions. In order to explore the CCD image sensor in the size of the application performance testing, measurement and control system parameters and related design features of the hardware system, which for the future development of linear array CCD based on a wide range of dimensional measurement systems make theoretical and experimental preparations. Design elements: the optical part of the contents of the source design. Mechanical sensor is mainly related to the support structure design. Circuit control part of the main CCD chip select, CCD output signal processing, microprocessor data acquisition and processing.
Key words CCD data acquisition, MCU
目录
文摘 (Ⅰ)
英文文摘 (Ⅱ)
1 绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 课题的提出 (1)
2 编程软件简介 (3)
2.1 KEIL软件 (3)
2.1.1 KEIL软件简介 (3)
2.1.2 KEIL 的使用方法 (3)
2.2 ISIS 7 professional简介 (3)
2.2.1ISIS 7 professional简介9 (3)
2.2.2 ISIS 7 professional使用方法简介 (3)
2.3 PCB概述 (4)
3 编程语言的简介 (4)
3.1 C语言的概述 (5)
3.2 C语言的优缺点 (5)
3.3 C语言的内容 (5)
4 CCD动态线径测量硬件系统的设计 (6)
4.1 芯片介绍 (7)
4.2 使用到的电子元件的简介 (7)
4.3 使用到的CCD传感器的简介 (8)
4.3.1 TCD1304AP传感器的额定值 (9)
4.3.2 TCD1304AP电特性参数 (9)
4.3.3 TCD1304AP工作原理 (10)
4.3.4 TCD1304驱动 (11)
4.3.5 TCD1304传感器引脚的功能介绍 (12)
4.3.6 CCD的测量原理 (13)
4.4 测径系统的总体结构 (13)
4.5 测径系统的基本测量原理 (13)
4.6 光学系统设计 (14)
4.7 信号转换电路 (14)
4.7.1 A/D转换电路 (14)
4.7.2 二值化电路 (15)
4. 8 显示接口电路 (16)
4.8.1 显示器驱动器 (17)
4.8.2 译码器 (17)
4.8.3 数码管的选择 (17)
5 软件设计 (17)
5.1 测量程序 (18)
5.2 影响仪器精度的因素及解决措施 (19)
6 系统调试 (19)
6.1 程序调试 (24)
6.2 硬件调试 (25)
6.3 装载程序后的硬件电路调试 (26)
结论 (27)
参考文献 (28)
附件A (29)
附件B (31)
附件C (32)
致谢 (37)
1 绪论
1.1 课题背景
CCD是于1969年由美国贝尔实验室（Bell Labs）的维拉·博伊尔(Wil lard S. Boyle)和乔治·史密斯（George E. Smith）所发明的。

当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。

将这两种新技术结合起来后，波义耳和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷‘气泡’元件”（Ch arge "Bubble" Devices）。

这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。

但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。

到了70年代，贝尔实验室的研究员已能用简单的线性装置捕捉影像，C CD就此诞生。

有几家公司接续此一发明，着手进行进一步的研究，包括快捷半导体（Fairchild Semiconductor）、美国无线电公司（RCA）和德州仪器（Texas Instruments）。

其中快捷半导体的产品率先上市，于1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置。

四十年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。

随着CCD技术和理论的不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。

CCD是使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被侧物体进行准确的测量、分析。

CDD应用于线径测量是新型非接触式线径测量系统。

在边缘提取中,所采用的三次样条插值法计算简单、精度高。

该系统具有精度高、稳定性好、非接触测量、测量速度快等特点,适合检测各种线材和插针的直径,并且信号易于进行数字化处理,易于计算机联接,组成实时自动测量系统。

而且该系统与传统的采用游标卡尺进行测量精度搞速度快方便易于使用，大大的提高了生产效率。

随着科技的发展，CCD在我们的生活中的应用将会越来越广,让我们的生活更加的方便快捷。

1.2 课题的提出
CCD动态线径测量仪适合在动态条件下无接触地测量各种线材（塑料导线，裸铜线，钢线，纤维）的直径，并能储存测量过程的最大值，最小值及平均值。

本仪器由线阵传感器CCD和单片机组成，及克服料传统测量方法的缺点，又达到料较高的精度，易推广应用。

此外，本仪器除了可在线无接触测量陷阱外，可用于橡胶，塑料，金属等等的外形和片状物的幅度之测定；也可同时使用两台这种一起来测量大幅度板材或大直径管材；若将线阵CCD传感器置于特质的照相机底片处，还可进行远距离测量。

使我们的测量过程更加的方便快捷，精度更加准确，减少人为因素引起的误差等优点。

而且现代生产效率的要求较高传统的测量方法已经不能满足我们的需求.在此背景下才提出使用CCD传感器进行线径测量的方法。

所以本课题的研究有一定的适用意义和经济意义。

而在当今国内工业中对直径的测量大多还是采用千分尺等落后的接触式的方法，不但效率不高而且精确度不够，更少有确切的数据库记录。

现代加工技术发展迅速，自动化程度、加工精度不断提高，相应的对检测设备也提出了新的要求，如高精度，自动化，在线检测等等，新技术，新工艺，新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。

针对工业中用千分尺人工对工件直径测量的落后方法，利用线阵CCD对直径实现精密测量的系统进行了设计。

该系统基于光学系统无接触性测量的基本原理，运用光学测量的理论和一般方法，设计并讨论了在实际运用中存在的问题及解决办法。

2 编程软件简介
2.1 KEIL软件
2.1.1 KEIL软件简介
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

2.1.2 KEIL 的使用方法
步骤：1单击 2单击project中的newproject并取名1-1并保存3选择你所需要的芯片（AT89C51）再点击确定4新建文件并保存（保存的文件必须是*.C文件）5将1-1.C添加到Source Group 1就得到
这时候就只要在TEXT中编辑好C程序并且保存，并单击就得到以下的这个图形在单击选择OUTPUT 生成HEX文件得到
2.2 ISIS 7 professional简介
2.2.1 ISIS 7 professional简介
PROTEL：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB 的100％布通率。

2.2.2 ISIS 7 professional使用方法简介
步骤：1双击2再在编辑框内进行电路设计3设计完成后进行保存。

软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINX
2.3 PCB概述
PCB是英文（printed circuie board）印制线路板的简称，通常把在绝缘材料上，按照预定设计，制成印制线路，印制元件或者两者结合的导电图形称之为印制电路板。

而在绝缘基材上提供元器件之间电器连接的导电图形，称之为印制电路板。

这样就把印制电路或者印制线路的成品板称之为印制线路板也称之为印制板或印制电路板。

PCB用途非产广泛。

几乎我们所能见到的电子设备逗都离不开它，小到电子手表，计算器，通用电脑，大到计算机，通讯电子设备，航空航天，军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，它们之间电气互连逗要用到PCB。

PCB 提供集成电路等各种电子元器件固定的机器支撑。

实现集成电路等各种电子器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。

同时
为自动焊锡提供阻焊图形，为元器件插装，粘装检查，维修提供识别字符标记图形。

本次设计中采用了洞洞板就是单孔板目的是为了减少成本，下面就对设计中使用洞洞板介绍。

性能特点：
1、多层防砂过滤套具高效防砂性能，能更好地阻挡地层砂粒，满足井下防砂需要。

2、滤孔均匀，渗透性及防堵性能高。

3、过滤面积大，流动阻力小，出油率高
4、不锈钢材质的优异抗腐蚀性能，抗酸、碱、盐腐蚀，可适应油井的特殊要求，缝隙不会因腐蚀而逐渐变大。

5、多层结构焊接一体，可使滤孔稳定，抗变形能力极强。

外保护套也可螺旋焊接。

3 编程语言的简介
3.1 C语言的概述
C语言是Combined Language（组合语言）的中英混合简称。

是一种计算机程序设计语言。

它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。

它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。

因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

3.2 C语言的优缺点
优点：
1. 简洁紧凑、灵活方便C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。

它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。

C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。

2. 运算符丰富
3. 数据结构丰富
4. C是结构式语言
5. C语法限制不太严格，程序设计自由度大。

6. C 语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作
7. 生成目标代码质量高，程序执行效率高一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10へ20%。

8. C语言适用范围大，可移植性好
缺点
1. C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷。

2. C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。

从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。

3.3 C语言的内容
C语言的结构主要有三种基本结构：
1：顺序结构是指每个程序都是按照语句的书写顺序执行的，这是一种最简单的基本结构。

2：选择结构是指通过对特定条件的判断，选择一个分支来执行如图
3-3-1所示当条件s为真时，执行A操作；当条件S为假时，执行B操作。

无论何种情形，A,B两个操作不能同时执行。

图3-3-2while 循环结构 图3-3-1判断结构
3循环结构
循环结构是指在给定的条件下，重复执行某段程序，直到条件不满足时为止。

循环结构又分为如下的两种形式。

（1） while 型循环结构：这种结构的执行过程是先判断条件，当条件为真时，重复执行某段程序，直到条件为假的时为止。

图3-3-2所示由于是线判断条件，所以，当一开始条件为假时A 操作将一次也不被执行。

（2）do-while 型循环结构：这种循环结构的执行过程是先执行某段程序，直到条件为假为止。

如图3-3-3所示。

由于先执行A 操作，然后在判断条件S ，所以，无论一开始条件S 是否为真，A 操作都至少被执行一次。

由上述基本结构构成的程序被称为结构化的程序，一个结构化的程序具有可读性好，可靠性好，易于维护和易于移植等优点。

C 语言为程序设计者提供了非常完整的适合于结构化程序设计的语句和数据结构，这些语句和结构化的程序设计提供了极为方便的条件。

图3-3-3
A B
出口假
入口 S
A
入口
假
真
出口
入口 S
A B
真
假
出口
4 CCD动态线径测量硬件系统的设计
4.1 芯片介绍
根据自己手里的编程器的型号采用AT89C52单片机
AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器，此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

主要功能特性：
1. 兼容MCS-51指令系统
2. 8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
3. 32个双向I/O口 4 .
4.5-
5.5V工作电压
5 . 3个16位可编程定时/计数器
6 . 时钟频率0-33MHz
7 . 全双工UART串行中断口线 8 . 256x8bit内部RAM
9 . 2个外部中断源 10 . 低功耗空闲和省电模式
11 . 中断唤醒省电模式 12 . 3级加密位
13 . 看门狗（WDT）电路 14 . 软件设置空闲和省电功能
15 . 灵活的ISP字节和分页编程 16 . 双数据寄存器指针
4.2 使用到的电子元件的简介
A电阻:标准电阻一般用于对其他电阻，或带电阻器件的衡量，作为一个标准阻值的参照或比较。

要具有高精密，低温度系数的特点。

标准电阻的特征：标准电阻一般用于对其他电阻，或带电阻器件的衡量，作为一个标准阻值的参照或比较。

主要具有高精密，低温度系数的特点。

标准电阻的生产制
造：制造标准电阻需要高精密的仪器，设备。

电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。

B电容:电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。

我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。

电容的符号是C。

C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U.在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)
C 晶振
晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的倍频或分频后就成了电脑中各种不同的总线频率。

有关晶体的正负极晶振分为有源晶振和无源晶振。

无源晶振只有两个引脚，没有所谓的正负极。

有源晶振需要接电源才能工作，一般有四个引脚，其中有两个电源输入引脚，有正负极之分
D 三极管
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关。

插件三极管贴片三极管
4.3 使用到的CCD传感器的简介
本次设计采用TCD1304AP线阵CCD传感器其参数如下：
A：转移效率和转移损失率
电荷转移效率是表征CCD性能好坏的重要参数。

一次转移后达到下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比较为转移效率。

如果在t=0时，注入到某电极下的电荷为Q（0）；在时间t时，大多数带你和在电场作用下向下一个电极转移，但总有一小部分电荷由于某种原因留在该电极下。

若被留下来的电荷为Q（t），则转移效率为：
ή=1-Q(T)/Q(0)
如果转移损失率定义为：
ξ=Q(T)/Q(0)
则转移效率与转移损失率的关系为：
ή =1-ξ
影响电荷转移效率的主要因素是界面态对电荷的俘获，为此常采用胖零工作
模式
即让零信号也有一定的电荷。

B：工作的频率f：
为了避免由于热产生的少数载流子对注入信号的干扰，注入电荷从一个电极
转移到另一个电极所用的时间t必须小于少数载流子的平均寿命τ，即 t<τ
工作频率升高时，若电荷本身从一个电极转移到另一个电极所需要的时间t
大于驱动脉冲使其转移的时间的T/3，哪么，信号电荷跟不上驱动脉冲的变化将
会使转移效率大大下降。

为此要求，t<T/3即 f<T/3
4.3.1 TCD13404AP传感器的额定值
参数符号数值参数符号数值
VOD/V -0.3—+8 工作温度TOPT/C -25-+60 输出单元的漏极电
压
V∮1,V∮2/V -0.3—+8 存储温度TSTC/C -40-+70 移位寄存器时钟电
压
移位栅极信号电压V∮TG/V -0.3—+8
4.3.2 TCD1304AP电特性参数
TA=+25C， VOD=5V，F∮1=1MHZ，数据速率=1MHZ，存储时间=10ms,光源：3200K
卤灯+C500,输出时钟=5VPP.
参数符号测试条件最小典型最大
饱和电压
饱和曝光量
相相应不均匀性
平均暗信号
平均暗信号不均匀电源消耗
输出阻抗
响应性
响应峰值波长
图像延迟
偏压电平
移位寄存器时钟脚输入电容
总转移效率
动态范围
复位馈通噪声
BIT噪声分辨率VSAT/V
SE/LX.S
PRNU/%
ADS/MV
DSNU/MV
PW/MW
Z0/KN
RF(V/LX.S)
IL/%
VOS/V
C∮,C∮
2/PFC
∮
TG/PFTD/NS
TTE/%DR
MTF/%
日光彩色荧光灯
VOUT=500MV
光屏蔽
光屏蔽
日光彩色荧光灯
VOUT=1V
数据速率=2Mhz
VOUT=1V
光屏蔽
光屏蔽
调制转移功能
1.0
-8
63
2.5
92
1.2
0.013
+/-2
1.0
+/-4
30
0.5
90
550
7
3.0
300
100
130
375
800
10
65
+/-8
8.0
+8
50
1
117
14
3.5
1500
4.3.3 TCD1304AP工作原理
TCD1304是一个MOS集成电路，内有560个有效光电元素和64个被掩膜的，用于暗基准电平的光电元素，此外还有两个线阵1280位CCD电荷传送寄存器，一个驱动单元，一个采样/保持电路及输出信号处理电路。

每一个光电元素的尺寸为
200um*5um，其间均有2um宽的沟道分隔。

整个器件密封在20脚双列陶瓷封装中。

当光投射到传感器的光电元素上时，使元素的电荷蓄积，蓄积的电荷量由光的强度和所照射的时间决定。

对蓄积的电荷每隔一定的时间（由时序电路控制）进行串行变换，从一根信号线以电压（或电流）形式依次送出。

由于传感器中每个光电元素所占的宽度为已知（200um），通过对信号线送出的电压脉冲进行计数，就能得到被测物体的尺寸（光照区有电压脉冲输出，由物体被挡光而造成的阴影区无脉冲输出）。

下图为图4-4-3CCD传感器TCD1304的结构框图
注明：SR--------传感器复位
S/H-------采样/保持电路
OB--------光学暗
图
4-4-3CCD 传感器TCD1304的结构框图
4.3.4 TCD1304驱动
图4-3-4为传感器正常工作的定时图。

图中∮M ∮TG 均由时序（驱动）电路产生，∮M 为频率为1MHZ 时钟。

从图中可知，∮OB 可用于有效光电元素计数前的复位；∮TG 可用作单片机对计数值采样的选通信号；∮M 可用作计数脉冲。

在2560个有效光电元素内有光照的元素，其输出为高电平，借助逻辑控制，使∮M 脉冲输至计数器进行计数；而无光照的元素，其输出为低电平，则禁止∮m 进行计数器。

图2-4为驱动电路，它提供1MHZ ∮M 时钟以及∮TG 时钟信号，其他部分为TCD1304正常工作提供所需的电源或电平。

图4-3-4
逻辑电路
驱动电路
放大器
放大器
筘位电路
筘位电路
S/H
2
- +
OB S/H
17
18
12 13 14
CCD 模拟移位寄存器
光电元素
（2560位+OB64位）
CCD 模拟移位寄存器
SR
8
Vcl CH
4.3.5 TCD1304传感器引脚的功能介绍
管脚结构像元结构
其中VDD是CCD传感器的供电引脚电压为5V左右，OS是信号输出引脚，VSS是传感器的接地引脚，ICG复位引脚，∮M传感器的时钟频率，SH为启动引脚
图4-3-5
4.3.6 CCD的测量原理
测量系统原理示意图如图4-3-6所示，该系统由平行光源，被测线材，CCD 传感器，控制电路及单片机组成。

来自电光源A的光经透镜后产生一束平行光，照射在CCD传感器上。

当该光束中置有被测线材时，在CCD上产生与线材直径相当的的阴影，从而在CCD的输出端产生如图所示的波形。

直径愈大，波形中的缺口（FG）愈宽。

实质上FG的宽度体现料CCD中被挡光的光电元素的个数。

经单片机，控制电路及接口测量FG的宽度（即无光照光电元素的个数），并由软件乘以常数（200um），就可得到该线材的直径。

本仪器有效测量范围是0-729.6mm,分辨率为200 um。

数码管显示
光源
透镜
传感
器
图4-3-6
4.4 测径系统的总体结构
图4-4为本仪器电路的总体框图。

它由时序电路，CCD 传感器，控制电路（比较器和逻辑电路），单片机（程序储存器和地址锁存器为画出），显示电路等组成。

图
图4.4
4.5 测径系统的基本测量原理
利用光学系统射出的平行光束射到被测量物体，经成像透镜将被测量物体成像在线阵CCD 光敏面上，这时由于被测量工件的遮挡，CCD 输出低电平，从而
时序电路
4040
比较
器
339
计数器
AT89C52单片机
T0
T1
显
示
段驱动 AT89C52
位驱动
CCD 逻辑
Q M
时钟
输出
B
A
反相器
L
M 339
采样选通
74LS00。