基于单片机的ccd扫描系统的设计

开发研究基于单片机的CCD扫描系统的设计
郭聪吴其*
（沈阳工学院信息与控制学院，辽宁抚顺113122）
摘要：随着科技的发展，测控系统已经逐步转变为非接触测量模式，此次基于非接触测量模式设计了一套硬件成本低、功能性价比高的通用测控系统。

此次设计选用了FPGA开发平台为系统控制核心,驱动接口部分设计并兼容了两款CDD模块，还添加了串行通讯及以太网通信功能接口,硬件部分使用ILX554模块实现对微弱光信号的探测，利用TDC1209模块实现扫描成像功能。

本论文会对控制系统的硬件部分的选择与实现点做出合理的分析,最后实现对管径扫描成像质检和光谱分布测量。

关键词:以太网通讯;脉非接触测量;线阵CDD
1系统硬件平台设计
1.1硬件电路设计
系统的测量目标是对水平可见光谱的强度分布，并支持多接口外部通讯控制。

硬件电路组成包括电源电路、ad 转换电路、CCD模块控制电路、接口电路、FPGA处理平台、SD卡存储电路、网口通讯电路。

其中,电源模块电路需实现对24V外部供电进行降压处理，并对硬件电路中的各个功能环节提供稳定的直流电源;CCD模块控制电路需实现采用FPC连接器接口，并实现通过兼容设i十对不同型号CCD的驱动控制;SD卡存储电路需要实现对采集数据的缓存及系统配置参数的存储，并实现掉电记忆功能;使用FPGA作为整个系统的控制核心,对系统采集到的数据进行处理、分析、命令;通讯部分使用网口模块实现与上位机的数据通讯。

1.2电源模块设计
电源电路需要将外部提供的24VDC稳压电源通过降压电路转变为12V、5V和3.3V的DC电源。

1.2.1电源板12V、5V选型及详设
在对12V、5V变压方案的设计中,使用了TI公司生产的TPS5450变压芯片，该芯片外部输入24V直流电压,输出电压范围为1.2V-31V,通过选择不同型号的反馈分压电阻、电容和电感实现12V、5V变压。

TPS5450的分压设计一般采用2个电阻对输出电压分压实现反馈。

设计公式如下：
_R XI.221
%—Vout—1.221（式1）
作者简介:郭聪（1998-）,辽宁省铁岭市人，研究方向：电气工程及其自动化。

通讯作者:吴其（1981-）,女，博士生，工程师，研究方向：现代高压电器设计理论及应用。

式中R取值10K,计算得出输出电压为5V和12V时分压电阻的阻值为3.16K与1.13K O
在对电感选择时要注意饱和电流及电感的感值。

电感L的计算公式如下：
Lmin
_Vdut乂Vin—Vdut
Vm KXIoutXFsw
（式2）其中芯片的优化系数K取值0.2,开关频率Fsw取值500KHz o为保证输出电压电流满足5V/3A、12V/5A,输出电感选择使用15“H功率电感。

滤波电容选择计算如下公式所示：
C=3357XLXVoutXfco（式3）
fco取值为12KHz,带入相关参数计算得出5V.12V 输出电压分别采用330pF与150piF容量的电容。

1.2.2主板电源选型及详设
3.3V电压变压设计中采用5V电压为输入电压，并使用MP1482芯片与分压电路实现降压。

降压电路中使用的分压电阻和电感参考式1和式2,计算得出分压电阻和电感型号选择为26.1K和10m H o
1.3EF3C25Q240C8N
FPGA作为一款新一代的可编程研发产品,不仅解决了定制电路的不足，在另一方面还克服了原有编程器件门电路数有限的缺陷。

本系统选用FPGA作为主控芯片的原因有以下几方面:该芯片的设计周期相对于其他设计平台相对较短且开发成本低廉，风险程度也较小;该芯片功耗低,并兼容CMOS与TTL电平;芯片内部具有丰富的触发器和10引脚,并具有高集成度的功能模块，可以满足各种应用的需求。

在选择FPGA芯片型号中，考虑到逻辑资源、速度等级、IO引脚数目和成本问题后,系统选用了EP3C25Q240C-8N芯片。

2结论
此次设计中，首先分析了整个硬件电路的结构组成,并根据硬件电路中不同功能的实现需求设计了实现设计功能需求的硬件电路，根据各个电路设计中的核心问题,利用对应芯片和模块完成了对电源电路部分、采集电路部分、接口部分及核心控制芯片选择部分的原理设计，最终通过分配FPGA引脚与其他控制电路的电路连接,完成了整个硬件部分的系统原理设计。

参考文献：
口］周自刚，范宗学.光电子技术基础［M］.北京：电子工业出版社,2015:124-126.（收稿日期:2019-11-18）
《湖北农机化》2020年第2期。