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對于CCD光積分信號的處理，目前有很多種方法。DSP作為專用的數字信號處理芯片應用于ccD信號的處理，可以實現在線實時高速測量。將DSP處理系統與輸入輸出系統結合，可以使普通測量系統脫離對于計算機的依賴，擺脫長距離信號傳輸的干擾問題和計算機接口速度的瓶頸。DSP(數字信號處理器)是一種具有高速性、實時性和豐富的芯片內部資源的處理器，它的出現為人們解決這個難題提供了一條新的道路。本文將以型號為TMS320F206PZA的DSP為例，結合 ADC器件ADS803E，介紹DSP在線陣CCD測量系統中的應用。 1 系統結構 整體系統結構如圖1所示。 從系統結構圖中可見，本系統由CPLD產生CCD驅動脈沖及系統全局同步脈沖信號，控制其他器件的選通。A／D器件將CCD測量信號進行模數轉換，經由數據總線存入緩存器，在CPLD的控制下，進入DSP進行數據處理，DSP將處理結果輸出到鎖存器進行輸出鎖存，最后由七段數碼管實時顯示最終測量結果。本系統在最終輸出位置放置了蜂鳴器以進行輸出結果超出警戒值的報警。 2 硬件組成 本系統的硬件結構由2部分組成，一部分是線陣CCD攝像頭，另一部分是CCD的驅動電路以及基于DSP的信號處理電路。 本系統作為非接觸測量裝置，以東芝公司生產的TCD1206型CCD作為感光元件，它具有2 160個有效像敏單元，每個像元尺寸為14 μm×14 μm，精度較高。 CCD傳感器的光敏單元受光的激發將光信號轉化為電信號并在外部驅動脈沖的作用下輸出。CCD輸出的信號為離散的模擬脈沖序列，模擬信號先由運算放大器對輸出信號OS和輔助輸出信號DOS進行差分放大，然后由ADC轉換為數字信號。本系統中采用的A／D芯片是Burr-Brown公司生產的ADS803E，它是12位A／D芯片，速度可以達到5 MHz，完全勝任驅動頻率為1 MHz的CCD信號的處理工作，它具有速度快，體積小，驅動信號簡單等優點，是針對CCD信號處理設計的A／D芯片。每個光積分周期中，有2 160個模擬脈沖序列需要進行轉換，A／D轉換之后的數據，通過數據總線輸入到SRAM中進行緩存，本系統的SRAM采用的是現代公司生產的6 264芯片，它是8 k×8 bit的存儲器，所以，對于12 bitA／D輸出數據需要2片SRAM并聯來存儲所有數據。當全部像敏單元信號轉化結束之后，A／D器件停止工作，同時將DSP選通工作，將SRAM中的所有數據通過數據總線讀取到DSP片內的數據存儲器內。DSP對于所有數據根據片內數據處理程序進行處理，并將處理結果通過鎖存器由數碼管進行輸出。 3 軟件設計 DSP中的數據處理程序是整個系統的關鍵部分。程序流程圖如圖2所示。 在程序中，由于DSP外部中斷時間周期太長，并不能適應CCD的輸出速度，所以采取查詢方式批量處理數據信號。當A／D轉換結束之后，DSP從SRAM中讀取2 160組數據存儲在片內數據存儲空間。首先對數據進行預處理，也就是濾掉波形中的毛刺，剔除實際應用中不可能出現的數值。然后對處理過的數據進行計算。由于采用的是12 bit的A／D轉換，所以在DSP中，每個像敏單元的模擬信號都表示為一個0到4 095之間的十進制數值，將每個數值與預設閾值進行比較，若高于閾值則將高位寄存器加1，否則將低位寄存器加1。將一組2 160個數值都比較完畢之后，低位寄存器的值即是線陣CCD被遮擋而未能感光的像敏單元數，將此值與CCD像敏單元尺寸14 m相乘，再乘以CCD鏡頭的光學放大倍率β，即是被測工件的實際尺寸。 DSP將最終結果譯碼之后送到數據總線，通過鎖存器由數碼管輸出顯示。 4 實驗檢驗 為了檢驗本系統的實用性，設計了一個相對簡單的實驗：以LED為光源，通過透鏡組形成平行光照射在檢測CCD上，用一個黑色紙條遮光，直接對照紙條寬度與測量顯示結果，這樣可以省略計算光學放大率的步驟，經測試發現，經過校準，可以達到被測物寬度與測量結果的線性關系，精度可以達到0.1 mm。 5 結束語 本文介紹的硬件系統可以用在工業生產的很多方面，只要對軟件加以改造，就可以實現不同的測量功能，例如：工件表面瑕疵檢測、工件間隙測量、工件外尺寸測量、透明工件內徑非接觸測量等。 |
