前言

CCD一般 分成3个级别；商业服务级、工程项目级和科学研究级。3个等级的规定一级比一级高。考量CCD的性能指标关键从下列一些层面：量子效率和回应度、噪音等效电路输出功率和检测度，即采样率和辐射跃迁高效率等。科学研究级CCD因其高光量子变换高效率、宽频带回应、优良线性和宽动态范畴普遍用以天文学观察，已变成 望眼镜测不可或缺的后面机器设备。中国各天文台认证望眼镜终端设备都是由外场造成的机械设备，应用和维护保养很不方便，而且价格比较贵，因而中国急需解决发展趋势自身的CCD技术性。紫金山天文台红外线试验室对这一课题研究完成了深入分析，普遍调查，用心选择，从集成ic逐渐一直到操作系统的硬件软件设计方案，构建了自个的CDD照相机系统软件。

1 、控制系统设计

CCD集成ic决策照相机系统软件的特性，因此大家普遍调查，最终选中柯达公司的KAF-0401LE集成ic。它采样率大（70dB），辐射跃迁高效率（0.999 99），光波长回应范畴宽（0.4μm～1.0μm），低暗电流量（在25℃标准下，7pA/cm2），量子效率为35%，而且具备抗饱和状态性，可以达到科学研究观察的规定，既可用以定量分析，又可用以显像观察。

控制系统设计的关键是处理CCD集成ic的推动和系统软件噪音的难题。大家的设计方案以下：选用柯达公司的KAF-0401LE集成ic做为探测仪，Ateml企业的带闪存芯片Flash的89C51作下位机控制板，繁杂可编程逻辑作（CPLD）作时钟频率产生和详细地址译码器，选用有关双取样技术性减少噪音，内置取样维持的12位A/D变换顺AD1674开展AD转换，拓展8片128Kbit（628128）的RAM作1为帧图象储存室内空间，根据RS232与电子计算机串口通讯，接纳电子计算机的操纵。全部体系由图1所显示好多个作用构件构成。

1.1 时钟频率数据信号产生电源电路

KAF-0401LE集成ic的时钟频率规定：積分期内φV1、φV2维持低电频；行迁移期内φH1维持上拉电阻，φH2维持低电频。每排逐渐φV1的第2个单脉冲降低沿后，要有1个行迁移创建時间tφHs，看完行后需延迟时间1个清晰度時间te才逐渐下一行φV1单脉冲；一样，φV1第2分单脉冲降低沿后，逐渐下一行迁移，这般直至看完1帧。

繁杂可编程控制器逻辑性元器件（CPLD）以其高宽比集成化、灵便、便捷的特性，在控制电路中应用愈来愈普遍。Altera企业的繁杂可编程逻辑元器件EPM712SLC84-15具备2500个可以用逻辑门，128个宏单元，8个逻辑性块，较大数字时钟可以达到147.1MHz，含有68个能够消费者应用的I/O脚位，PLCC封裝，可根据JTAG插口完成可视化编程。大家采用EMP7128SLC84-15，根据硬件配置描述语言（VHDL）在集成化开发工具MAX PLUS II下进行数字逻辑；编译程序后，根据JTAG插口免费下载到线路板上的EPM7128SLC84-15中，完成了KAF-0401LE集成ic的时钟频率规定。

MAX PLUS II尽管有很充足的元器件封装，但并没有对于某一运用而研发的，具备实用性，启用它原有的元器件封装很有可能导致資源的消耗，沒有必需。因而大家依照要求，定编了自个的元器件封装，随后在系统中做为元器件启用。在本体系中，仅用1片EPM7128LC84-15就保持了CCD的时钟频率规定、储存RAM和插口拓展集成ic8255的片选和详细地址译码器，既简单化耻电源电路的硬件开发，提升 了可靠性指标，又减少了成本费。沟通交流时钟频率标准规定如表1列出。

表1

1.2 双采用、仿真模拟运算放大器及A/D转换电源电路

大家选用可以达到高频率规定的放大仪LF356N设计方案双取样和仿真模拟运算放大器。依据CCD的采样率采用内置取样维持的12位A/DSPWMAD1674作AD转换。

双取样基本原理如图所示2所显示。RSL是CCD校准脉冲信号，光信号灯不亮等同于SGL与RSL的误差，理论上只需各自在RSL和SGL处各取样一次，随后求差便获得讯号的值。殊不知，事实上RSL和SGL并没有梦想的直线，只是具有着低頻波动噪音。为了更好地减少噪音的危害，一般 的作法是，各自在RSL和SGL处数次取样求均值，那样对硬件设备和数据处理方法手机软件的需求都很高。大家在这里运用了積分型有关双取样技术性，如图所示3所显示，CCD数据信号各自历经同相和反相放大器连到仿真模拟电源开关键入端。模拟开关S1开启时，RSL根据电容器積分;s2开启时，SGL数据信号经电容器積分；s3开启键入端接地装置，数据信号维持不会改变；s4为复位开关。積分放大仪的键入、輸出关联以下：

图2中的積分輸出是有关双取样的輸出波形。取样维持后根据A/D开展AD转换，经8255口存有板上的RAM中。

1.3 工作电压参考点电源电路

CCD推动数据信号的直流电偏置电压不尽相同，CPLD造成的TTL数据信号务必历经工作电压转换才可以加进CCD的键入端。大家最先用LM317和LM337造成所须要的偏置电压，随后历经数字时钟推动集成icDS0026变换获得时钟频率和参考点都合乎CCD规定的数据信号，电源电路如图4所显示。

LM317用以輸出正相偏置电压，LM337用以輸出负相偏置电压，根据调整可变性电阻器R2电阻值可获得大家所需要的偏置电压，计算方法以下：

在其中，Iadj《100μA，Vref=1.25V，图4（a）中R1取240Ω，图4（b）中R1取120Ω。

2、 程序编程

手机软件是管理方法硬件配置的专用工具，硬件配置是建立手机软件作用的基本。本体系的手机软件工作目标较重，从可编程逻辑元件的硬件配置叙述编程语言、电路板上单片机设计的汇计算机语言程序编写，到电脑上自动控制系统的Visual C 程序编写。

2.1 时钟频率数据信号的VHDL编程语言

大家用VHDL定编CCD数字时钟推动数据信号、图象储存RAM和插口拓展集成ic8255的详细地址译码器和片选数据信号，在集成化开发工具MAXPLUS II中编译程序，根据JTAG口免费下载到EPM7128SLC84-15中。下边得出完成CCD系统软件时钟频率一部分VHDL语言表达设计方案和时钟频率模拟仿真結果。VHDL编程语言大部分分成两个一部分：实体线表明和结构体定义。实体线表明一部分界定端口号，建筑结构中完成数字逻辑。程序流程以下：

LIBRARY ieee； --包含的库

USE ieee.std_logic_1164.all；

USE ieee.std_LOGIC_ARITH.ALL;

USE ieee.std_logic_unsigned.all;

ENTITY kodak7128 IS --实体线表明一部分

PORT --端口号

（ clk:IN std_logic; 数字时钟键入

start:IN STD_LOGIC; --运行采集数据键入

rc:OUT STD_LOGIC; --运行A/D转换輸出

s1，s2，s3，s4:OUT STD_LOGIC； --有关双取样方式数字时钟輸出

v1:OUT STD_LOGIC; --CCD行迁移数字时钟輸出

v2:OUT STD_LOGIC;

r ：OUT STD_LOGIC;--CCD校准自始至终輸出

h1：OUT STD_LOGIC；--CCD清晰度变换时钟信号輸出

h2： OUT STD_LOGIC；

a，b，c：IN STD_LOGIC； --拓展RAM译码器键入

a2，a3，a4，a5，a6，a7：IN STD_LOGIC； --口拓展集成ic8255详细地址译码器片选键入

a8，a9，a10，a11，a12，a13，a14，a15 ： IN STD_LOGIC；

ram5，ram6，ram7:OUT STD_LOGIC; --拓展RAM及8255片选译码器輸出

ram8，ram9，ram10，ram11，ram12，cs8255:out std_logic）;

ARCHITECTURE mboard OF kodak7128try IS-建筑结构完成一部分

--PROCESS界定逻辑性

END mboard；

时钟频率模拟仿真結果如图所示5所显示。

2.2 下位机的汇编程序程序编写

89C51做为电路板上的生命，承担接受电子计算机传出的指令，管理方法CCD数据的采集、接受、传输。与电子计算机的通讯根据串行接口终断完成，数据的采集根据外终断完成。

事前必须界定好电子计算机与单 牒同的通讯协议，在复位程序流程中设定通讯串口波特率、局部变量复位及其存储器初始值，随后进到循环系统，等候终断的产生，启用终断程序段，完成预约作用。

当电子计算机有指令来临时，进到串行通信终断程序段，在终断中依据事先定下的协议书，分辨电子计算机发过来的不一样指令，启用不一样解决程序段。在其中的指令有：收集、终止收集、取数、终止取数。

2.3 CCD相机自动控制系统

Visual C 程序编写 Windows因其实际操作简易、友善的图型页面变成 最受欢迎的电脑操作系统。Visual C 是现在认可最强有力的Windows编程设计专用工具。大家用它研发了照相机自动控制系统。 最先界定人机接口的操作面板。在系统中主要是分成数据信息的获得、储存与解决好多个层面，在统计数据的获得层面大家专业界定一个串口通讯类，开一个进程用以监视串口通信事情的产生，用以往下位单片机设计推送指令和读取数据。

3、 检测結果

大家完成了从集成ic到照相机系统软件的硬件软件研发，基本检测，实际效果优良，针对发展趋势我们自己的CCD技术性作出有意思的探寻和科学研究。图6是照相机CCD量子效率检测結果。

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