本文結合實際應用需要，設計了基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)的線陣CCD數據采集系統。著重介紹了數據采集的特點及該系統軟、硬件設計和最后的性能評價。

        線陣CCD(Charge Coupled Device)越來越廣泛地被應用到工業、軍事、民用行業。采用CCD數據采集卡和微機相結合，對被測圖像信息進行快速采樣、存儲及數據處理，是線陣CCD數據采集發展的新方向。配以適當的光學系統，可以實現光－機－電－算一體化設計。

        時序發生器(用于產生CCD驅動時序和視頻信號處理控制時序及I/O接口工作控制時序)的設計，是CCD數據采集電路設計的關鍵，也是CCD應用的關鍵。隨著CCD的飛速發展，傳統的時序發生器實現方法(如小規模集成電路實現、用EPROM實現、基于單片機實現等)已經不能夠很好地滿足CCD應用向高速、小型化、智能化發展的需要。同時，簡單的二值化數據處理方法更無法滿足CCD數據采集系統所需要的高精度、高分辨率的要求。因此，結合實際應用需要，設計了基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)的線陣CCD數據采集系統。該系統采用高速半閃速結構A/D轉換器對視頻信號進行硬件處理；在此基礎上，將數據采集卡與PC機相結合，把數據采集卡采集到的數據經計算機并口送至PC機；并采用直線擬合最小二乘法對采集到的圖像信息進行高精度處理，實現最終的設計目的。本設計被用于卷煙煙支長度、直徑智能在線檢測儀中。

        1 數據采集系統的特點

        本數據采集系統的特點主要有：

        (1) 采用高集成度的EPM7064SLC44產生系統所需的驅動和控制時序邏輯；

        (2) 由外部PC機控制CCD積分時間的大小及數據采集卡的工作過程，實現智能化控制；

        (3) 應用了內帶采樣保持的8位高速并行輸出A/D芯片(TLC5510)；

        (4) 通過計算機并口高速傳輸數據信息；

        (5) 采用直線擬合最小二乘法高精度定位CCD圖像的邊緣點。

        2 數據采集系統的硬件電路設計

        在本系統中，選定TCD142D線陣CCD作為圖像傳感器。本系統硬件電路主要由四部分構成：①時序發生器；②CCD驅動電路；③CCD視頻信號處理；④I/O接口。在此設計中，TCD142D的工作頻率為１MHz。

        2.1 系統時序發生器的設計1～2��

        時序發生器主要產生驅動CCD工作的各驅動時序及CCD視頻信號處理所需的控制時序。TCD142D的工作時序如圖1所示。

圖1 TCD 142 D 工作時序圖

        在本設計中，時序發生器產生的所有驅動和控制時序信號都是在MAX＋PLUSⅡ開發環境下設計完成并經編譯、校驗后在線下載到CPLD器件內部的。合適的CPLD是根據實際需要在實驗過程中選定的。在該數據采集卡的設計中，選用一片MAX7000S系列芯片EPM7064SLC44來實現時序發生器的功能。該系列芯片是ALTERA公司典型的可通過JTAG在線編程的CPLD器件。基于EPM7064SLC44的時序發生器的工作原理框圖如圖2所示。外部時鐘信號作為CPLD時序發生器的基準信號，所有時序信號的產生都是以此為基礎的。EPM7064SLC44芯片內部分為兩部分：一部分是視頻信號處理控制時序發生器，它為CCD視頻信號處理(如A/D轉換、數字信號存取等)提供各種同步控制時序；另一部分是CCD驅動時序發生器，它根據TCD142D的具體驅動時序邏輯的要求，產生CCD工作所需的四路驅動信號(RS、SH、φ1、φ2)，并通過積分控制信號設定不同的CCD積分周期(積分周期可變范圍為4ms～64ms，變化步長為4ms；或2ms～32ms，變化步長為2ms)，同時它還為視頻信號處理控制時序的產生提供時鐘控制信號。圖中操作控制命令主要用來控制數據采集系統的工作過程，該數據采集系統有三種工作狀態：①數據采集系統初始化；②數據采集過程；③PC機讀取視頻信號過程。

圖2 時