器U6、第二比較器U7，以及與第二比較器U7輸出端相連的觸發(fā)器U4，所述第二比較器U7的同向輸入端與第二滑動變阻器RV2相連，第一比較器U6和觸發(fā)器U4的輸出端均與微處理器I的SPI接口相連。在本實施例中，觸發(fā)器U4采用型號為74HC74的觸發(fā)器。
[0017]基于線性CXD的信號采集和自動曝光方法，包括如下步驟:
1)首先將微處理器I的SPI接口工作在主模式下，設(shè)置工作頻率CLK為400KHZ，同時CLK作為線性(XD3的工作時鐘，設(shè)置微處理器I的定時器，使定時時間(即曝光時間)初始值設(shè)為5毫秒，作為線性CCD3曝光的初始值，每5毫秒產(chǎn)生定時中斷，使能SPI通過MOSI口連續(xù)輸出16個字節(jié)數(shù)據(jù)(即128位，第I位為高電平1，其他127位為0)，形成線性(XD3需要的SI信號(一個CLK時鐘的高電平)，同時將微處理器I發(fā)出的MOSI信號和CLK信號分別作為線性CCD3的啟動信號SI, CLK，啟動線性CCD3開始工作；
2)線性CCD3工作電壓為5V，(在不同的曝光時間和不同的光強，經(jīng)過線性CCD電路模塊內(nèi)部嵌入的放大器或者外部放大，各像素點輸出電壓范圍可在0-5V之間。)線性CCD3在CLK和SI的條件下，通過第一滑動變阻器RVl調(diào)整放大器U2的倍數(shù)，通過示波器觀察放大器U2輸出電壓值CCD-AO，使中間像素點白點電平值接近4V，同時記錄中間和兩邊像素白點和黑點電壓平均值Vw、Vb;
3)調(diào)整第三滑動變阻器RV3和第四滑動變阻器RV4的阻值，即調(diào)整兩個滑動變阻器的輸出電壓，分別產(chǎn)生電壓值Vw，Vb。在動態(tài)閾值產(chǎn)生模塊中，以Vw，Vb為充放電參考電壓，在128個CLK周期的前96個周期，與門U5輸出低電平，組合場效應(yīng)管P型MOS管Q2導(dǎo)通，N型MOS管Ql截止，充電電容Cl充電輸出閾值參考電壓VREF，所述電壓值VREF從Vb開始上升接近并保持Vw;在128個CLK周期的后32個周期，與門U5輸出高電平，P型MOS管Q2截止，N型MOS管Ql導(dǎo)通，充電電容Cl放電，輸出參考電壓VREF WVw開始下降接近Vb, ;128個時鐘之后SPI結(jié)束，CLK停止，與門U5輸出保持高電平，輸出參考電壓VREF保持Vb,,保證下次SI啟動CCD時，參考電壓VREF從Vb開始(因為線性CCD的缺陷是:中間像素點對應(yīng)的輸出電壓高，兩邊輸出的電壓低，所以該電路保證兩邊像黑白素點二值化的閾值參考電壓兩邊低，中間高；又由于放電快，所以充電時間比放電時間長。)
4)調(diào)整第二滑動變阻器RV2，分壓輸出電壓值VMAX，使VMAX=4V；
5)線性(XD3的輸出電壓AO值經(jīng)過放大器U2放大后為(XD-AO，CXD-AO進入兩個比較器，與VREF比較輸出代表線性CXD前方像素點黑白的值MIS0，當(dāng)MIS0=1，說明此像素點為白，否則為黑，隨著MOSI的第一個高電平輸出之后，連續(xù)128個CLK時鐘的MISO輸入就是代表CCD前方128個黑白像素點的值；與VMAX比較輸出的值連接觸發(fā)器U4的置位端，MOSI控制觸發(fā)器U4的復(fù)位端，在MOSI信號輸出第一個高電平信號時觸發(fā)器U4復(fù)位輸出信號OVER為低電平，一旦在1-128個CLK之間只要有一次CXD-AO信號值大于VMAX，使觸發(fā)器U4置位，輸出信號OVER會一直保持高電平，直到下次MOSI信號的高電平來臨；
6)每當(dāng)定時器產(chǎn)生中斷，微處理器I將根據(jù)OVER信號的值判斷曝光是否過度，曝光時間(大約兩次SI信號之間的時間間隔)即為定時時間，如果0VER=1，則曝光時間過長，改變定時參數(shù)，縮短定時時間，減少曝光時間；否則認為曝光時間不夠，加長定時時間，如此反復(fù)調(diào)整，保證線性CXD的輸出電壓經(jīng)過放大后最大保持在4V左右。
[0018]上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【主權(quán)項】
1.一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路，其特征在于:包括微處理器，通過微處理器SPI接口、I/O接口與微處理器相連的CXD信號采集與變換單元，線性CXD通過其接口分別與微處理器SPI接口和CCD信號采集與變換單元相連，其中，所述CCD信號采集與變換單元包括比較觸發(fā)模塊，以及與比較觸發(fā)模塊相連的CCD輸出電壓放大模塊和動態(tài)閾值產(chǎn)生模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路，其特征在于:所述CCD輸出電壓放大模塊包括放大器，與放大器相連的滑動變阻器，所述放大器的同向輸入端通過一電阻與線性CCD的電壓輸出端相連，放大器的輸出端與比較觸發(fā)模塊的第一比較器、第二比較器相連，通過改變第一滑動變阻器的阻值大小調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路，其特征在于:所述動態(tài)閾值產(chǎn)生模塊包括計數(shù)器，通過與門與計數(shù)器相連的P型MOS管、N型MOS管，以及與P型MOS管、N型MOS管相連的跟隨器，其中，P型MOS管與第三滑動變阻器相連，N型MOS管與第四滑動變阻器相連，跟隨器的輸出端先串聯(lián)一個電阻，再并聯(lián)一個充電電容后與第一比較器輸入端相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路，其特征在于:所述比較觸發(fā)模塊包括并聯(lián)在放大器輸出端的第一比較器、第二比較器，以及與第二比較器輸出端相連的觸發(fā)器，所述第二比較器的同向輸入端與第二滑動變阻器相連，第一比較器和觸發(fā)器的輸出端與微處理器的SPI接口相連。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路，其特征在于:所述觸發(fā)器采用型號為74HC74的觸發(fā)器。
6.一種基于線性CXD的信號采集和自動曝光方法，其特征在于包括如下步驟: O首先將微處理器的SPI接口工作在主模式下，設(shè)置工作頻率CLK為400KHZ，同時將CLK作為線性CCD的工作時鐘，設(shè)置微處理器的定時器，使定時時間初始值設(shè)為5毫秒，作為線性CCD曝光的初始值，每5毫秒產(chǎn)生定時中斷，使能SPI通過MOSI 口連續(xù)輸出16個字節(jié)數(shù)據(jù)，形成線性CCD需要的SI信號，同時將微處理器發(fā)出的MOSI信號和CLK信號分別作為線性CXD的啟動信號SI，CLK，啟動線性CXD工作； 2)線性CXD在CLK和SI的條件下，將輸出電壓通過一電阻輸送到放大器，通過第一滑動變阻器調(diào)整放大器的倍數(shù)，并通過示波器觀察放大器的輸出電壓值，使中間像素點白點電平值接近4V，同時記錄中間和兩邊像素白點和黑點電壓平均值； 3)調(diào)整第三滑動變阻器和第四滑動變阻器的阻值，即調(diào)整兩個滑動變阻器的輸出電壓，進而通過組合場效應(yīng)管控制P型MOS管、N型MOS管的導(dǎo)通和/或截止，充電電容充放電輸出動態(tài)的閾值參考電壓VREF ； 4)調(diào)整第二滑動變阻器，分壓輸出電壓值VMAX，使VMAX=4V； 5)線性(XD的輸出電壓值經(jīng)過放大器放大后進入兩個比較器，與動態(tài)閾值產(chǎn)生模塊輸出的電壓值VREF比較，輸出代表線性CXD前方像素點黑白的值MIS0，當(dāng)MIS0=1，說明此像素點為白，否則為黑，隨著MOSI的第一個高電平輸出之后，連續(xù)128個CLK時鐘的MISO輸入就是代表CCD前方128個黑白像素點的值；與VMAX比較輸出的值連接觸發(fā)器的置位端，MOSI控制觸發(fā)器的復(fù)位端，在MOSI信號輸出第一個高電平信號時，觸發(fā)器復(fù)位輸出信號OVER為低電平，一旦在1-128個CLK之間放大器輸出的電壓值只要有一次大于VMAX，使觸發(fā)器置位，輸出信號OVER會一直保持高電平，直到下次MOSI信號的高電平來臨； 6)每當(dāng)定時器產(chǎn)生中斷，微處理器將根據(jù)OVER信號的值判斷曝光是否過度，曝光時間即為定時時間，如果OVER=I，則曝光時間過長，改變定時參數(shù)，縮短定時時間，減少曝光時間；否則認為曝光時間不夠，加長定時時間，如此反復(fù)調(diào)整，保證線性CCD的輸出電壓經(jīng)過放大后最大保持在4V。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于線性CCD的信號采集和自動曝光電路及其方法，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。所述電路包括微處理器，通過微處理器SPI接口、I/O接口與微處理器相連的CCD信號采集與變換單元，線性CCD通過其接口分別與微處理器SPI接口和CCD信號采集與變換單元相連，其中，所述CCD信號采集與變換單元包括比較觸發(fā)模塊，以及與比較觸發(fā)模塊相連的CCD輸出電壓放大模塊和動態(tài)閾值產(chǎn)生模塊。本發(fā)明所述的信號采集和自動曝光電路及其方法，不需要A/D轉(zhuǎn)換，可以在一定光強范圍內(nèi)都能自動調(diào)整CCD的曝光時間，適應(yīng)性強。
【IPC分類】H04N5-353, H04N5-372
【公開號】CN104822032
【申請?zhí)枴緾N201510187707
【發(fā)明人】盧雪萍, 任沙浦
【申請人】紹興文理學(xué)院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月20日