外姿态测量系统中CCD驱动时序的设计及实现.pdf

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1、外姿态测量系统中CCD驱动时序的设计及实现李晶。等外姿态测量系统中CCD驱动时序的设计及实现DesignandImplementationofCCDDriveTiminginExteriorAttitudeMeasurementSystem李晶哀鸣了德鱼(哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：为了精确地采集线阵CCD数据，设计了线阵CCD的驱动时序。利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)的可编程性和VerilogHDL语言的灵活性，设计了线阵CCD驱动脉冲时序，并采用QuaausII软件进行仿真和硬件试验的双重验证。试验结果表明，该设计满足

2、线阵CCD驱动时序的要求，可移植性好、通用性高，具有较高的使用价值。关键词：线阵CCD驱动时序复杂可编程逻辑器件(CPLD)数字电路A／D信号中图分类号：7IP274文献标志码：AAbstract：InordertoaccuratelycollectthelinearCCDdata．血edrivetimingoflinearCCDisdesigned．ProgrammabilityofCPLDandflexibilityofVerilogHDLareusedtodesignthedivingpulsetimingoflinearCCD-andQuartusIIsof

3、twareisadoptedtodoublyverifythedesignbysimulationandhardwareexperiments．ExperimentalresultsindicatethatthedesignmeetstherequirementoflinearCCDdrivingtimingandfeaturesgoodtransplantcapability，highversatilityandapplicablevalue．Keywords：LinearCCDDrivetimingComplexprogrammablelogicdevice(C

4、PLD)DigitalcircuitA／Dsignal0引言目前，空间物体的三维姿态测量在航空航天、船舶、军事等领域有着重要应用。空间物体姿态测量方法有GPS导航法、激光干涉跟踪法、激光雷达法以及计算机视觉测量法等。1‘21。近年来，计算机视觉对于目标的运动姿态参数测量已逐渐成为研究的热点∞j。其中，基于线阵电荷耦合元件(chargecoupleddevice，CCD)的姿态测量方法具有速度快、精度高等特点。CCD电荷耦合器件具有输出噪声低、动态范围大和电荷转移效率高等优点。按阵列排列的不同，CCD分为线阵CCD和面阵CCDH。61。线阵CCD已在各种非接触测量中得

5、到越来越广泛的应用：大型射电天文望远镜FAST项目采用线阵CCD检测空间三维标志点的实时运动位置一1；清华大学生物医学工程系利用线阵CCD三维测量，在计算机辅助手术中进行立体定位喁1等。本文就是在多线阵CCD组合测量空间物体外姿态的背景下，进行线阵CCD驱动研究。为克服以往普通数字电路芯片在实现线阵CCD驱动时存在电路体积大、设计复杂、灵活性和稳定性差国家自然科学基金资助项目(编号：50275040)。修改稿收到日期：2011—11—11。第一作者李晶(1982一)，女，现为哈尔滨工业大学自动化测试与控制系在读博士研究生；主要从事空间物体外姿态测量的研究。《自动化仪

6、表》第34卷第1期2013年1月等缺点一J，本文提出了一种基于复杂可编程逻辑器件(complexprogrammablelogicdevice，CPLD)并使用VerilogHDL语言的线阵CCD驱动脉冲的设计方法。仿真和硬件试验结果表明，该方法的可移植性好、通用性高，能够满足系统的要求。1线阵CCD的驱动电路原理1．1驱动电路的工作原理驱动电路的工作原理图如图1所示。图1TCDl708D驱动电路工作原理图Fig．1WorkingprincipleofTCDl708Ddrivingcircuit由外部晶振提供一个基频信号作为CPLD的全局输入时钟信号，采用Veril

7、ogHDL作为CPLD的开发语言，将编写好的程序通过JTAG口下载到CPLD。由于采用CPLD的I／O接口电压为3．3V，而线阵CCD的工作电压为5V，因此需要对CPLD的输出进行电平转换。同时，CPLD输出的波形与CCD所需的驱动脉冲波形反相，需先通过反相器产生所需的驱动脉冲，再将驱动脉冲信号送到线阵CCD的相应端口。线阵CCD正常工作以后，系统对线阵CCD输出的模拟图像信号25外姿态测量系统中CCD驱动时序的设计及实现李晶。等进行放大滤波处理，再经A／D转换成数字信号；通过DSP对线阵CCD的数字信号进行处理和存储，从而完成CCD的数据采集处理任务。1．2T