《開題報(bào)告王鵬》word版

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1、唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電工程系測控技術(shù)與儀器系別：_________________________王鵬專業(yè)：_________________________安久伏姓　名：_________________________安久伏指導(dǎo)教師：_________________________輔導(dǎo)教師：_________________________2010年3月25日題目類型（打√選擇）設(shè)計(jì)（√）論文（）一、文獻(xiàn)綜述CCD，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電

2、荷耦合元件，可以稱為CCD圖像傳感器，是一種性能獨(dú)特的半導(dǎo)體光電器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號[1]。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號[2]。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容[3][4]。CCD廣泛應(yīng)用在數(shù)位攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡，和高速攝影技術(shù)如Luckyimaging[5]。CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號

3、轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)[6]。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器[7]。近些年來，CCD器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進(jìn)展，特別是在圖像傳感和非接觸測量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。隨著CCD技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，CCD技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越

4、來越大[8]。CCD是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料集成，它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相應(yīng)的電荷信號，在通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成“0”或“1”的數(shù)字信號，這種數(shù)字信號經(jīng)過壓縮和程序排列后，可由閃速存儲器或硬盤卡保存即接收光信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的電子圖像信號，可對被測物體進(jìn)行準(zhǔn)確的測量、分析[9]。將CCD技術(shù)應(yīng)用于位移、厚度等幾何量測量，可以實(shí)現(xiàn)高精度、在線動(dòng)態(tài)檢測和非接觸測量等要求。激光三角測量是一種非接觸測量位移的重要方法，廣泛應(yīng)用于三維輪廓、厚度、寬度及振動(dòng)測量。激光三角測量儀器主要由激光光源、透鏡、光敏傳感器和信號處理部分等構(gòu)成。光敏傳感

5、器主要采用CCD和PSD（位置敏感器件）兩種。兩種的區(qū)別主要如下：1.分辨率：CCD分辨率受限于其像素間的間距（通常為4-6μm）通常只能達(dá)到μm級，低于PSD分辨率（可以達(dá)到0.2-0.3μm）；2.響應(yīng)速度：CCD的響應(yīng)速度比PSD慢；3.后續(xù)處理：CCD的后續(xù)處理比PSD復(fù)雜；4.線性方面：CCD的線性優(yōu)于PSD[10][11]。湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表的一篇名為《基于FPGA的CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》的論文提出利用FPGA的強(qiáng)大功能，將CCD驅(qū)動(dòng)電路及視頻處理電路集成在一塊FPGA的芯片上，實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感器的小型化、智能化與集成化[12]，該

6、系統(tǒng)體積小，抗干擾性強(qiáng)，易于與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)接口[13]，在各種高靈敏、高精度的實(shí)時(shí)在線檢測系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景[14]，可用在航天、空間遙感、工農(nóng)業(yè)、天文、通訊等軍、民用等[15]。二、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的CCD數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)部分采用單片機(jī)與FPGA相結(jié)合的辦法實(shí)現(xiàn)對CCD信號的數(shù)據(jù)采集與處理，包括與之相關(guān)的外圍電路如傳感器模塊、單片機(jī)與FPGA的接口電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘模塊及電源模塊等。軟件設(shè)計(jì)部分包括信號采集與處理以及單片機(jī)接口子程序的編寫。具體內(nèi)容為：單片機(jī)的選型，F(xiàn)PGA

7、的選型及接口電路設(shè)計(jì)，外圍模塊、FPGA信號采集程序與單片機(jī)接口子程序的編寫。三、設(shè)計(jì)（研究）方案系統(tǒng)整體框圖CCD放大器A/DFPGA單片機(jī)鍵盤顯示器CCD驅(qū)動(dòng)CCD在FPGA的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生模擬電壓信號，對CCD輸出的模擬電壓進(jìn)行預(yù)處理（放大處理），然后由A/D轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)入FPGA進(jìn)行采集、處理，處理后的數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，最后通過液晶顯示屏顯示。四、工作進(jìn)度安排第一階段第3-4周查閱、收集相關(guān)資料，寫出開題報(bào)告。第二階段第5-6周確定系統(tǒng)總體方案。第三階段第7-8周硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括元器件的選擇和電路設(shè)計(jì)。第四階段第9-10周繪制硬件電

8、路圖，包括單元電路圖和整體電路圖。第五階段第11-12周編寫系統(tǒng)軟件程序，并調(diào)試。第六階段第13-14周應(yīng)用