摘 要

CCD的英文全称为Charge Coupled Device，是二十世纪中后期发展起来的一种较为先进的半导体器件。尤其近几年CCD传感器发展迅速，功能和性能均日新月异，其作用大大增强。CCD传感器的优点颇多，具有小、轻、能耗低、可靠性高、使用寿命长等显著优点；并且其基本不会发生图像变形图；还具有较高的空间分辨力，其基本单元间距的准确度很高，可获得较高的定位准确度和测量准确度。CCD传感器在近几十年发展迅速，价格低廉。目前，CCD传感器应用领域十分广泛，不但涉及到我们生产生活中的众多领域，而且在航空航天、军工装备等高端应用场合也发挥着无可代替的作用。

本文介绍了一个基于ARM的CCD传感器系统，并通过采集的物体光信息的变化实现对物件位置的确定和校对，即纠偏。ARM是用来控制主处理器的数据采集、数据的计算和A/D转换控制。CCD传感器驱动信号、积分时间控制、地址译码、数据缓冲和数据采集逻辑功能也都集成在ARM上，使得电路结构简单，功能可靠。本设计结果证明，整个系统能高速运作，运行稳定，基本实现了设计的预定目标。

关键词：ARM；CCD传感器；A/D转换

Abstract

CCD English called Charge Coupled Device, is the late twentieth century developed a more advanced semiconductor devices. In particular, CCD sensors in recent years, the rapid development of functions and performance are changing, its role greatly enhanced. CCD sensor has many advantages, with small, light, low energy consumption, high reliability, long life and other significant advantages; and its basic image deformation does not occur; also has a high spatial resolution, the basic unit spacing Of the high accuracy, access to high positioning accuracy and measurement accuracy. CCD sensor in recent decades, rapid development, low prices. At present, CCD sensor applications are very broad, not only related to our production and life in many areas, but also in aerospace, military equipment and other high-end applications also play an irreplaceable role.

This paper introduces an ARM-based CCD sensor system, and through the acquisition of objects to change the optical information to achieve the object location to determine and proofreading, that is, correction. ARM is used to control the main processor data acquisition, data calculation and A / D conversion control. CCD sensor drive signal, integral time control, address decoding, data buffer and data acquisition logic functions are also integrated in the ARM, making the circuit structure is simple, reliable. The design results show that the entire system can be high-speed operation, stable operation, the basic realization of the design of the intended target.

Key word: ARM; CCD; A/D conversion;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 设计背景 1

1.1.1 CCD传感器发展现状 1

1.1.2 设计的开展背景 1

1.2 设计内容及安排 2

1.2.1 设计目标、内容和拟解决的问题 2

1.2.2 论文的撰写 2

第2章 CCD传感器系统方案研究 4

2.1 CCD传感器工作原理 4

2.2 系统要求分析 5

2.3 系统方案分析 6

2.3.1 CCD传感器芯片 6

2.3.2 CCD传感器时序脉冲方案分析 6

2.3.3 ARM芯片选型 7

2.4 本章小结 8

第3章 CCD传感器系统硬件设计 10

3.1 系统原始信号的采集 11

3.2 系统硬件设计 12

3.2.1 光源模块（LED） 12

3.2.2 CCD传感器芯片外围电路模块 13

3.2.3 CCD传感器信号处理模块 14

3.2.4 STM32最小系统模块 15

3.2.5 CCD传感器时序脉冲模块 16

3.2.6 辅助电源设计 17

3.3 本章小结 18

第4章 CCD传感器系统软件设计 19

4.1 CCD传感器驱动时序脉冲软件设计 20

4.2 AD转换程序设计 22

4.3 DA转换程序设计 23

4.4 本章小结 23

第5章 系统调试与结果分析 24

5.1 STM32单片机调试 24

5.2 结果分析 28

5.3 本章小结 28

第6章 结论与展望 29

6.1 结论 29

6.2 展望 30

参考文献 31

附 录 32

致 谢 44

第1章 绪论

本章主要介绍的是CCD传感器的国内外发展现状以及本设计的提出、拟解决的问题和设计实际开展背景，此外还简单介绍了设计过程中的基本目标和内容。

1.1 设计背景

1.1.1 CCD传感器发展现状

随着生产与研发技术的进步，各类传感器技术得到了快速的发展，各种高精度、低成本传感器在生产生活中的应用场景和使用数量在不断增大。科技的飞速发展对传感器本身的要求越来越高，也促使传感器本身的不断前进，而CCD传感器正是其中之一。借助高密度集成技术、现代计算机技术、光电科学技术等技术的飞跃式发展，CDD传感器早已是工业生产中的常客，应用规模巨大。其在速度测量、距离检测、激光加工和光谱分析等方面显现出的优势，证明了此类传感器在生产生活中具有十分广泛应用前景。

目前国际上CCD传感器的生产厂商众多，例如美国的柯达，日本的东芝、NEC等，无论是技术本身还是市场运作早已十分成熟。国内CCD传感器相关技术对比美日有一定差距，但发展前景巨大，随着国家对科技研发的重视和投入的不断增加，精密设备仪器的工艺不断提升，加之近年来我国在对国外精密仪器和技术引进后的不断消化，技术进展巨大。现阶段各大厂商的技术大体上说已经较为先进，自从上世纪八九十年代以来，CCD图像传感器的单个像素面积一直在保持一个比较稳定的速度缩小，传感器像素中心距已经做到0．004～0．007mm，其中线阵传感器CCD可达5000个像素。经过数十年的成长，目前CCD传感器技术在向高速度、微型化、高分辨率等方向发展。之后的CCD传感器的性能将持续发展，应用范围也将更加广泛。