摘 要
CCD图像传感器作为以前数码时代的重要器件之一，其在数码相机中占据了核心地位，它的出现使得人们可以更方便快捷低成本的记录生活。除了在数码相机中的使用，CCD还广泛使用在机器识别，物体运动识别，流量监控等方面，为人们在测控数据、处理图像、探索细微运动提供了可能，CCD的应用已经普及在我们的日常生活中，为我们的生活提供了便利
CCD的使用离不开驱动系统，驱动系统的实现可以通过许多方法，例如通过IC驱动，通过FPGA驱动，本人根据51单片机的特点，采用STC89C51作为主控芯片，使硬件和软件部分都得到较大程度上的简化，开发一种简单准确的针对CCD的驱动系统的设计方案。通过与计算机的通信实现了对CCD的驱动，并在此基础上提供了一种可以用于数值测量的一个思路，做到了对简单CCD驱动系统的完善补充，可以算是本文的一个创新点。
关键词：CCD图像传感器；驱动系统；测量；
CCD图像传感器作为以前数码时代的重要器件之一，其在数码相机中占据了核心地位，它的出现使得人们可以更方便快捷低成本的记录生活。除了在数码相机中的使用，CCD还广泛使用在机器识别，物体运动识别，流量监控等方面，为人们在测控数据、处理图像、探索细微运动提供了可能，CCD的应用已经普及在我们的日常生活中，为我们的生活提供了便利
CCD的使用离不开驱动系统，驱动系统的实现可以通过许多方法，例如通过IC驱动，通过FPGA驱动，本人根据51单片机的特点，采用STC89C51作为主控芯片，使硬件和软件部分都得到较大程度上的简化，开发一种简单准确的针对CCD的驱动系统的设计方案。通过与计算机的通信实现了对CCD的驱动，并在此基础上提供了一种可以用于数值测量的一个思路，做到了对简单CCD驱动系统的完善补充，可以算是本文的一个创新点。
关键词：CCD图像传感器；驱动系统；测量；
Abstract
CCD image sensor, as one of the important devices in the previous digital era, occupies the core position in the digital camera. Its appearance makes people more convenient, quick and low cost to record life. In addition to the use of digital cameras, CCD is also widely used in machine recognition, object motion recognition, flow monitoring and other aspects, for people in the measurement and control data, image processing, explore the possibility of subtle motion, CCD application has been popular in our daily life, to provide convenience for our life
The use of CCD is inseparable from the drive system, the drive system can be realized through many methods, such as through the IC driver, through the FPGA driver, I according to the characteristics of 51 single chip microcomputer, using STC89C51 as the main control chip, so that the hardware and software parts have been greatly simplified, Develop a simple and accurate design scheme for CCD drive system. , through the communication with the computer to achieve the CCD drive, and on this basis designed a can be used for measurement scheme, to achieve the simple CCD drive system perfect complement, can be regarded as an innovation point in this paper.
Key words: CCD image sensor; Driving system; Measure;
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
美国的著名科学家在20世纪70年代年发明了CCD（电荷耦合器件），最初的设计初衷是制造一个器件来采集图像，随着时代发展，科技进步，CCD也随之发展起来。CCD从发展至今，已经取得了在时人看来令人难以想象的进展并且在多个领域有了广泛的应用。CCD的出现为人类在测控数据、处理图像、探索细微运动提供了实现的可能。截止到目前，CCD的应用领域囊括包括机器装置视觉转化系统、智慧道路系统、物体运动识别，水流量实时监控，机器智能学习，现代检测技术、精密图像处理等多个方面。这些领域囊括了生活中很多方面，CCD的开发推动了图像识别技术的发展，现在的图像识别，也有了新的名字，AI，在很多日常小商店的监控系统中，如果有路人出现在监控范围内，那么就会有彩框来提示，这便是AI识别的一个应用，借助图像传感器和算法，方便了日常生活。
有需要便会有研发，自上世纪至今，大量的学者对CCD展开了各种应用方向的研究。在国外，1980年初，西方的研究人员便对CCD驱动电路及其外围电路进行了相关的研究，CCD中存在一种现象名为拖尾现象，为了解决这种现象，韩国的研究人员从信号处理方面对拖尾信噪在光暗交叠区域进行分离，以此实现通电后电路进行自动防拖尾功能。1993年，一位牛津的教授针对CCD并行数据的获取，设计了一种平面的变压器，它可以在尽量将噪声减到最小的同时并行获取CCD数据。美国加州大学的研究团队研究了一个专用集成电路，通过取代以往传统电路诸多的分立元件来驱动CCD来克服CCD相机中的偏置电压问题。在国内，本文对 CCD驱动电路的有关技术进行了深入的探讨与开发。到了90年代初期，国内大部分的驱动电路都是采用了FPROM（可编程只读存储器）发生脉冲时序来驱动CCD及其外围电路。后来由于各种单片机的兴起与其技术的成熟，科研人员将CCD和单片机结合，将单片机作为介质，用微控芯片来驱动CCD，但存在一个很大问题，单片机的速率往往较低，无法驱动高速率的CCD。21世纪初，FPGA技术蒸蒸日上，借助FPGA的相关技术，研究人员对此方法进行改进，改用高速率的FPGA提供多路脉冲时序，该方案相对原先单片机方案编程简单且速率大大提升，由于取代了原先多个分立元件，也大大减小了CCD驱动电路的体积。除此之外，可以借助可编程逻辑阵列（PLA）,为CCD驱动电路及其外围电路提供脉冲时序，配合相关双采样技术，可以抑制在CCD电路信号传输过程中对处于低频段的噪声信号。
综上所述，国内外对CCD相关电路都有了一定的深入研究，国外主要针对CCD光学成像和主控芯片进行深层次的进一步研究，根据以往的经验和目前的研究进展，迭代更新推出能效更好，性能更强，适用范围更广的CCD图像传感器，降低了CCD驱动电路的开发难度，降低了CCD技术学习门槛，更好的将CCD向世界市场范围内普及并进行应用。国内主要针对CCD下级应用进行开发，根据市场的需要，结合国内外最新技术，利用不同型号的CCD图像传感器开发适合多方位多场景的集成电路，满足不同场景下的功能需要，此外还着重解决CCD相关应用中出现的问题，例如参数调整、电路调试、硬件搭配等问题，在设计开发过程中不断修改电路和优化代码使得整套系统达到预估要求。
CCD图像传感器作为高度整合IC，不能直接使用，要为其设计配套的驱动电路和外围电路，产生合适的脉冲时序才能使CCD正常工作，根据STC89C51的特点，采用51单片机作为控制核心，使硬件和软件部分都得到较大程度上的简化，开发一种简单准确的针对CCD的驱动系统的设计方案。通过软件仿真与相关电路计算，完成基本满足预计要求的驱动系统。通过对单片机和模数转换器件编程，输出满足CCD正常运转的脉冲信号，实现单片机驱动CCD工作。通过本题目的设计培养具备通过所学知识和课外涉猎完成一个系统设计的能力，掌握目前国内外CCD的驱动方法和输出信号的检测方法的研究现状。
1.2 CCD发展及原理
1.2.1 CCD概述及发展
CCD其名称来源于捕获图像后如何读取电荷，他并不是一个单独的分立器件，是功能高度集成化的器件，其本质上是一种高度集成的IC，具有光电转换、图像采集、存储信息、延缓时序等丰富的功能，高度的集成性再加上优秀的功耗，使其在21世纪初得到飞速发展。在世纪初，数码相机飞速发展，CCD取缔了过往时代中胶片的位置，其功不可没，其可看作胶片的演变，在强光照射下，胶片上特殊的化学物质由于原理反应，将像素保留下来。CCD的原理与其类似，根据原理出发，要制成这样一种器件，所以它的原料必须具有高感光度特性，此外必须方便实际电路中使用，所以相应的半导体便被选为原料。在光照下，可以将外部的光线经过物理变化为电荷，是一种光电转换的过程，纵观分析CCD的工作原理，跟光电效应具有出奇的一致，所以可将其看作光电效应理论的成果。光电效应，简单来说就是当外部光线照射到某个物质的表面时，引起该物质内部电荷性质变异，在一瞬间部分电子吸收能量溢出，该部分电子又称为光电子，溢出的电子形成电流，完成光信号到电信号的转换。
CCD曾经是数码相机最关键的器件之一，其应用程度在当时相..........略
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