CCD动态线径测量仪Word格式.docx
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AllcalledchargecoupleddeviceCCD,duetoCCDnon-contactmeasurementwithhighresolutionandthecharacteristics,soCCDdeviceobjectshapemeasurement,surfaceinspection,imagefax,intelligentsensingandsoonhavebeenwidelyused.Inaddition,CCDhighspeed,sonotonlycanbeusedforstaticmeasurement,butalsofordynamiclinedetection,theCCDtechnologyonlinedetectionsystemapplicationsareincreasing.Therapiddevelopmentofmodernprocessingtechnology,continuouslyimprovingprocessingprecision,correspondingtothetestequipmentalsomadenewdemands,suchashigh-precision,on-linedetection,newtechnologies,newtechniques,newprojectsonthelargediameteroftheproposedhigh-precisionmeasurementtechnologymoretothehigherrequirements.
Intodaythedomesticindustry,ormostofthediametermeasurementusingmicrometerandotherbackward-contactmethod,theefficiencyandaccuracyisnothighenough.MicrometerusedforindustriallaborbehindtheworkpiecediametermeasurementmethodusinglineararrayCCDtoachieveprecisemeasurementofthediameterofthesystemdesign.Thesystemisnon-contactopticalsystembasedonthebasicprincipleofmeasurement,usingopticalmeasurementmethodsofthetheoryandthegeneraldesignanddiscussesthepracticalapplicationofproblemsandsolutions.InordertoexploretheCCDimagesensorinthesizeoftheapplicationperformancetesting,measurementandcontrolsystemparametersandrelateddesignfeaturesofthehardwaresystem,whichforthefuturedevelopmentoflineararrayCCDbasedonawiderangeofdimensionalmeasurementsystemsmaketheoreticalandexperimentalpreparations.Designelements:
theopticalpartofthecontentsofthesourcedesign.Mechanicalsensorismainlyrelatedtothesupportstructuredesign.CircuitcontrolpartofthemainCCDchipselect,CCDoutputsignalprocessing,microprocessordataacquisitionandprocessing.
KeywordsCCDdataacquisition,MCU
目录
文摘Ⅰ
英文文摘Ⅱ
1绪论1
1.1课题背景1
1.2课题的提出1
2编程软件简介3
2.1KEIL软件3
2.1.1KEIL软件简介3
2.1.2KEIL的使用方法3
2.2ISIS7professional简介3
2.2.1ISIS7professional简介93
2.2.2ISIS7professional使用方法简介3
2.3PCB概述4
3编程语言的简介4
3.1C语言的概述5
3.2C语言的优缺点5
3.3C语言的内容5
4CCD动态线径测量硬件系统的设计6
4.1芯片介绍7
4.2使用到的电子元件的简介7
4.3使用到的CCD传感器的简介8
4.3.1TCD1304AP传感器的额定值9
4.3.2TCD1304AP电特性参数9
4.3.3TCD1304AP工作原理10
4.3.4TCD1304驱动11
4.3.5TCD1304传感器引脚的功能介绍12
4.3.6CCD的测量原理13
4.4测径系统的总体结构13
4.5测径系统的基本测量原理13
4.6光学系统设计14
4.7信号转换电路14
4.7.1A/D转换电路14
4.7.2二值化电路15
4.8显示接口电路16
4.8.1显示器驱动器17
4.8.2译码器17
4.8.3数码管的选择17
5软件设计17
5.1测量程序18
5.2影响仪器精度的因素及解决措施19
6系统调试19
6.1程序调试24
6.2硬件调试25
6.3装载程序后的硬件电路调试26
结论27
参考文献28
附件A29
附件B31
附件C32
致谢37
1绪论
1.1课题背景
CCD是于1969年由美国贝尔实验室（BellLabs）的维拉·
博伊尔（WillardS.Boyle）和乔治·
史密斯（GeorgeE.Smith）所发明的。
当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。
将这两种新技术结合起来后，波义耳和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷‘气泡’元件”（Charge"
Bubble"
Devices）。
这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。
但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。
到了70年代，贝尔实验室的研究员已能用简单的线性装置捕捉影像，CCD就此诞生。
有几家公司接续此一发明，着手进行进一步的研究，包括快捷半导体（FairchildSemiconductor）、美国无线电公司（RCA）和德州仪器（TexasInstruments）。
其中快捷半导体的产品率先上市，于1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置。
四十年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。
随着CCD技术和理论的不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。
CCD是使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被侧物体进行准确的测量、分析。
CDD应用于线径测量是新型非接触式线径测量系统。
在边缘提取中,所采用的三次样条插值法计算简单、精度高。
该系统具有精度高、稳定性好、非接触测量、测量速度快等特点,适合检测各种线材和插针的直径,并且信号易于进行数字化处理,易于计算机联接,组成实时自动测量系统。
而且该系统与传统的采用游标卡尺进行测量精度搞速度快方便易于使用，大大的提高了生产效率。
随着科技的发展，CCD在我们的生活中的应用将会越来越广,让我们的生活更加的方便快捷。
1.2课题的提出
CCD动态线径测量仪适合在动态条件下无接触地测量各种线材（塑料导线，裸铜线，钢线，纤维）的直径，并能储存测量过程的最大值，最小值及平均值。
本仪器由线阵传感器CCD和单片机组成，及克服料传统测量方法的缺点，又达到料较高的精度，易推广应用。
此外，本仪器除了可在线无接触测量陷阱外，可用于橡胶，塑料，金属等等的外形和片状物的幅度之测定；
也可同时使用两台这种一起来测量大幅度板材或大直径管材；
若将线阵CCD传感器置于特质的照相机底片处，还可进行远距离测量。
使我们的测量过程更加的方便快捷，精度更加准确，减少人为因素引起的误差等优点。
而且现代生产效率的要求较高传统的测量方法已经不能满足我们的需求.在此背景下才提出使用CCD传感器进行线径测量的方法。
所以本课题的研究有一定的适用意义和经济意义。
而在当今国内工业中对直径的测量大多还是采用千分尺等落后的接触式的方法，不但效率不高而且精确度不够，更少有确切的数据库记录。
现代加工技术发展迅速，自动化程度、加工精度不断提高，相应的对检测设备也提出了新的要求，如高精度，自动化，在线检测等等，新技术，新工艺，新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。
2编程软件简介
2.1KEIL软件
2.1.1KEIL软件简介
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。
机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
2.1.2KEIL的使用方法
步骤：
1单击2单击project中的newproject并取名1-1并保存3选择你所需要的芯片（AT89C51）再点击确定4新建文件并保存（保存的文件必须是*.C文件）5将1-1.C添加到SourceGroup1就得到
这时候就只要在TEXT中编辑好C程序并且保存，并单击
就得到以下的这个图形在单击
选择OUTPUT生成HEX文件得到
2.2ISIS7professional简介
2.2.1ISIS7professional简介
PROTEL：
PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。
早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。
2.2.2ISIS7professional使用方法简介
1双击
2再在编辑框内进行电路设计3设计完成后进行保存。
软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINX
2.3PCB概述
PCB是英文（printedcircuieboard）印制线路板的简称，通常把在绝缘材料上，按照预定设计，制成印制线路，印制元件或者两者结合的导电图形称之为印制电路板。
而在绝缘基材上提供元器件之间电器连接的导电图形，称之为印制电路板。
这样就把印制电路或者印制线路的成品板称之为印制线路板也称之为印制板或印制电路板。
PCB用途非产广泛。
几乎我们所能见到的电子设备逗都离不开它，小到电子手表，计算器，通用电脑，大到计算机，通讯电子设备，航空航天，军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，它们之间电气互连逗要用到PCB。
PCB提供集成电路等各种电子元器件固定的机器支撑。
实现集成电路等各种电子器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。
同时为自动焊锡提供阻焊图形，为元器件插装，粘装检查，维修提供识别字符标记图形。
本次设计中采用了洞洞板就是单孔板目的是为了减少成本，下面就对设计中使用洞洞板介绍。
性能特点：
1、多层防砂过滤套具高效防砂性能，能更好地阻挡地层砂粒，满足井下防砂需要。
2、滤孔均匀，渗透性及防堵性能高。
3、过滤面积大，流动阻力小，出油率高
4、不锈钢材质的优异抗腐蚀性能，抗酸、碱、盐腐蚀，可适应油井的特殊要求，缝隙不会因腐蚀而逐渐变大。
5、多层结构焊接一体，可使滤孔稳定，抗变形能力极强。
外保护套也可螺旋焊接。
3编程语言的简介
3.1C语言的概述
C语言是CombinedLanguage（组合语言）的中英混合简称。
是一种计算机程序设计语言。
它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。
它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。
因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。
3.2C语言的优缺点
优点：
1.简洁紧凑、灵活方便C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。
它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。
C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。
2.运算符丰富3.数据结构丰富4.C是结构式语言5.C语法限制不太严格，程序设计自由度大。
6.C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作7.生成目标代码质量高，程序执行效率高一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10へ20%。
8.C语言适用范围大，可移植性好
缺点
1.C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷。
2.C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。
从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。
3.3C语言的内容
C语言的结构主要有三种基本结构：
1：
顺序结构是指每个程序都是按照语句的书写顺序执行的，这是一种最简单的基本结构。
2：
选择结构是指通过对特定条件的判断，选择一个分支来执行如图3-3-1所示当条件s为真时，执行A操作；
当条件S为假时，执行B操作。
无论何种情形，A,B两个操作不能同时执行。
图3-3-2while循环结构图3-3-1判断结构
3循环结构
循环结构是指在给定的条件下，重复执行某段程序，直到条件不满足时为止。
循环结构又分为如下的两种形式。
（1）while型循环结构：
这种结构的执行过程是先判断条件，当条件为真时，重复执行某段程序，直到条件为假的时为止。
图3-3-2所示由于是线判断条件，所以，当一开始条件为假时A操作将一次也不被执行。
（2）do-while型循环结构：
这种循环结构的执行过程是先执行某段程序，直到条件为假为止。
如图3-3-3所示。
由于先执行A操作，然后在判断条件S，所以，无论一开始条件S是否为真，A操作都至少被执行一次。
由上述基本结构构成的程序被称为结构化的程序，一个结构化的程序具有可读性好，可靠性好，易于维护和易于移植等优点。
C语言为程序设计者提供了非常完整的适合于结构化程序设计的语句和数据结构，这些语句和结构化的程序设计提供了极为方便的条件。
图3-3-3
4CCD动态线径测量硬件系统的设计
4.1芯片介绍
根据自己手里的编程器的型号采用AT89C52单片机
AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C52具有如下特点：
40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器，此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
主要功能特性：
1.兼容MCS-51指令系统
2.8k可反复擦写（>
1000次）ISPFlashROM
3.32个双向I/O口
4.4.5-5.5V工作电压
5
.3个16位可编程定时/计数器
6.时钟频率0-33MHz
7
.全双工UART串行中断口线
8.256x8bit内部RAM
9
.2个外部中断源
10.低功耗空闲和省电模式
11
.中断唤醒省电模式
12.3级加密位
13
.看门狗（WDT）电路
14.软件设置空闲和省电功能
15
.灵活的ISP字节和分页编程
16
.双数据寄存器指针
4.2使用到的电子元件的简介
A电阻:
标准电阻一般用于对其他电阻，或带电阻器件的衡量，作为一个标准阻值的参照或比较。
要具有高精密，低温度系数的特点。
标准电阻的特征：
主要具有高精密，低温度系数的特点。
标准电阻的生产制造：
制造标准电阻需要高精密的仪器，设备。
电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。
B电容:
电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。
电容的符号是C。
C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U.在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）（皮法又称微微法）等，换算关系是：
1法拉（F）=1000毫法（mF）＝1000000微法（μF）1微法（μF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）
C晶振
晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的倍频或分频后就成了电脑中各种不同的总线频率。
有关晶体的正负极晶振分为有源晶振和无源晶振。
无源晶振只有两个引脚，没有所谓的正负极。
有源晶振需要接电源才能工作，一般有四个引脚，其中有两个电源输入引脚，有正负极之分
D三极管
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号,也用作无触点开关。
插件三极管贴片三极管
4.3使用到的CCD传感器的简介
本次设计采用TCD1304AP线阵CCD传感器其参数如下：
A：
转移效率和转移损失率
电荷转移效率是表征CCD性能好坏的重要参数。
一次转移后达到下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比较为转移效率。
如果在t=0时，注入到某电极下的电荷为Q（0）；
在时间t时，大多数带你和在电场作用下向下一个电极转移，但总有一小部分电荷由于某种原因留在该电极下。
若被留下来的电荷为Q（t），则转移效率为：
ή=1-Q（T）/Q（0）
如果
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