基于TCD1200的直径测量系统研究

　　CCD 因为具有自扫描、高灵敏度、低噪声、长寿命和可靠性高等优点，被广泛应用于非接触式测量仪器中。以往的检测系统都是 CCD 器件与单片机系统一起组合使用，这时还得单独使用其他器件完成对 CCD 的驱动信号设计，如果要想实现显示功能的话，还得使用显示驱动芯片，增加了整个检测系统的复杂性。本系统在设计时充分利用 CPLD器件本身特点，使 CCD 驱动产生、同步信号的生成以及显示的控制与驱动都在CPLD器件中完成，大大减小了系统体积，降低系统成本，同时还具有结构简单、可靠性性高、操作简单等突出特点。

　　1 仪器测量原理

　　系统组成主要包括光学系统、CCD器件以及电路处理部分。利用光学系统射出的平行光束照射被测物体，经成像系统将被测物体成像在线阵 CCD光敏面上，这时由于被测物体的遮挡，CCD输出低电平，从而形成一个脉冲宽度与被测物体直径成比例的方波信号。将这个方波信号输入到CPLD中，通过CPLD内部的计数器对其计数，将计数的结果与标准时序信号相乘积，用数码管动态显示测量结果。测量时，要使被测物轴线和测量系统的光轴垂直，否则测量结果将有误差。测量原理如图1所示。如果被测物件轴线和测量系统的光轴不垂直，这时需要测出二者之间的夹角 ，并在测量结果中进行修正，修正公式为。

　　式中 为被测物件真实值， 为测量值， 为被测物件轴线和测量系统的光轴的夹角。

　　2 硬件组成

　　2.1 光学系统

　　系统光学原理如图 2 所示，在实际应用当中，光源和准直系统可以合并在一起，采用被光板即可产生照度均匀的平行光，可满足要求。成像系统系统选用普通照相镜头可满足要求。

　　2.2 电荷偶合器件(CCD)

　　电荷偶合器件(CCD)采用东芝公司线阵 TCD1200，是一种高灵敏度、低暗电流、2160 像元的线阵CCD，像敏单元大小为14 m*14 m*14 m，时钟为两相 5V，22 脚DIP封装，积分时间 10ms。电路连接如图 3 所示。

　　2.3 可编程逻辑器件(CPLD)

　　可编程逻辑器件(CPLD)采用 lattice 公司的ispLSI-1032E。是一种高性能的 E2PROM 器件，内部具有 6000 个 PLD 门阵列，64I/O 管脚。满足本系统的 I/O输入输出要求。CPLD主要完成CCD器件驱动、同步信号产生、对 CCD 输入脉冲计数、输出计数结果、译码、驱动数码管。

　　2.4 放大、滤波、采样保持

　　放大、滤波、采样保持是对 CCD 输出的测量信号进行处理，放大电路器件选用LM358，采样保持选用AD781，由于本系统全数字话电路，故抗外界干扰能力较强，滤波主要考虑对供电电源滤波。如图 4 所示。