基于ARM的线阵CCD可调积分时间设计

1、    基于arm的线阵ccd可调积分时间设计    高璐 王俊达 冯彦睿摘要：为满足ccd不同积分时间的需求，利用stm32单片机定时器的pwm模式产生ccd驱动信号，同时利用上位机控制產生sh信号的定时器，实现积分时间的实时调节。关键词：ccd；定时器；pwm；积分时间：th841 ：a ：1007-9416（2018）07-0189-01光谱分析广泛使用冶金、检测等行业，用于测量被测样品元素种类以及含量。为生产提供了很大便利，线阵ccd-tcd1304dg传感器是目前光谱分析常用感光器之一，需要三路驱动信号ccd工作，目前积分时间设定为一个固定值，

2、但是不同测量元素需要积分时间不同，为了满足不同积分时间的要求，通过stm32单片机采用控制sh频率实现对积分时间控。1 驱动信号设计ccd工作要求三路驱动信号m、sh、icg，stm32f407开发板作为主控芯片，主频为168mhz，内部集成有14个定时器，分别设置定时器3、4、13为pwm模式，设定不同频率和占空比，输出三路信号驱动ccd。其中sh的频率设定为上位机控制输入，tim3_pwm_ init（x*20-1，41）函数设置频率，tim_setcompare1（tim3，x*20-10）函数设置占空比，通过上位机输入的x值输出不同频率的sh信号。积分时间其实就是标志采集周期结束的sh

3、下降沿到倒数第一个sh下降沿，可调积分时间就是改变两个下降沿的时间。当icg信号为低电平时，积分清除门处于开启状态（相当于光敏区与模拟移位寄存器导通）；如果这段时间内，sh的下降沿被检测到，光敏区采集到的光信号电荷包就被转移到移位寄存器中，并在icg信号回到高电平时移位输出。sh、icg信号如图1所示，通过不同频率sh信号，得到不同的积分时间tint。sh最大周期即icg周期，此时sh信号频率和icg信号频率相同，两个下降沿的时间为10ms，是最大积分时间；设置sh周期减半，即二分法，将sh时间等分为5ms，从而使得两个下降沿的时间变为5ms，sh信号的频率提高一倍，积分时间变为原来一半；再该

4、基础上再次减半，sh频率变为四倍，积分时间再次为前一次一半；通过不断二分周期将积分时间在需要的范围内进行更改，进而对两个下降沿时间更改，从而实现积分时间可调。实现了sh最高频率100khz，积分时间为10us；sh最低频率100hz，积分时间为10ms。图2（a）最小积分时间10us；图2（b）积分时间1ms；图2（c）最大积分时间10ms，图中波形顺序依次为icg、sh信号。ccd能够正常工作驱动信号要求驱动时序，需要设定icg下降沿和sh上升沿间隔500ns，偏差不超过100ns。icg上升沿在m高电平时期，并且在m高电平期间icg从低电平恢复为高电平状态。图2所示已经设计得到符合ccd工

5、作时序的sh、icg信号，为得到符合时序的m信号，通过延时函数delay_100ns（t），延时t*100ns，获得合适的m相位关系。如设定延时函数为delay_100ns（6），t为250时，延时400ns，实际积分时间40us，三路信号时序符合时序要求。2 设计测试将设计的驱动信号来驱动ccd工作，通过得到低压汞灯谱图判断是否驱动信号能够驱动ccd正常感光。测试结果与标准谱图峰值一致，说明驱动信号设计可靠。3 结语利用定时器的pwm模式产生的脉冲模拟方波，驱动ccd感光采集光信号的设计是可行的。利用上位机对pwm波频率的控制实现改变积分时间的方式，不仅设计简单，操作方便，而且pwm波形规整

6、，不需要滤波整型电路，降低了pcb设计成本。参考文献1迟涵文，朱礼尧，吴涛，赵志勇，邓士杰.基于单片机的线阵ccd驱动模块硬件设计与实现j.国外电子测量技术，2015，34（11）：76-79.2章琦，陈惠明，毛玉兵，白岚.线阵ccd驱动时序及信号采集系统的设计j.仪表技术与传感器，2010，（02）：75-77.3虞益挺，饶伏波，乔大勇，苑伟政.一种新型ccd驱动电路设计方法j.传感技术学报，2005，（02）：388-390.4刘艳，赵洪，于效宇，丁倩.一种可调线阵ccd信号采集处理系统j.半导体光电，2009，30（02）：294-299.5胡开付，王双保.基于fpga的ccd光积分时间大范围实时自调节系统j.大气与环境光学学报，2012，7（05）：376-384.数字技术与应用2018年7期数字技术与应用的其它文章生命状态监测系统中物