摘要：电荷耦合元件（CCD，英文全称Charge-coupled Device），是一种高性能的半导体光学器件.近年来 CCD 技术广泛应用在天文观测、数码影像，特别是在光学与频谱望远镜、光学遥测技术和高速摄影技术等领域得到了广泛的重视.为实现实时动态监测、非接触测量和高精度等在几何量测量等方面的要求，CCD得到了大力发展.

目前采用摄像头作为微传感器，通过实时图像采集卡对视频图像进行采集，是视频数据采集系统的主流，采集后的信号简单处理后送入计算机进行处理.模拟摄像头的信号输出为模拟视频信号，从信号方面讲模拟信号比数字信号更接近真实图像，但是需要经过外围电路数字化后才能由计算机处理，图像质量损失较大，图像的分辨率受到限制.为更好地满足图像测量便携式的要求，同时降低系统成本，降低系统结构复杂等局限性，本课题以ARM 为内核的芯片 MK60DN512 为处理器，设计了基于 32 位嵌入式处理器的实时图像采集系统.

本课题设计的重点是线阵CCD数据采集系统和以 ARM 为核心基本外围电路的硬件电路设计及处理相关数据的软件设计.论文所介绍的系统分为三大模块：复杂可编程逻辑器件（CPLD）驱动的CCD芯片，对CPLD编程产生 CCD 的驱动脉冲及同步控制信号；视频输出信号经简单预处理后，高速 AD 对产生的模拟信号进行实时采样，将 CCD 输出的模拟信号转换成数字信号；最后，将数据送入 ARM 处理系统中进行后续处理，实现测量的功能.

关键词：CCD；数据采集处理；ARM处理器；CPLD

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1课题背景-1

1.2 CCD的起源和发展-2

1.3嵌入式系统发展现状-3

1.4课题研究的主要内容-4

第2章 系统工作原理和总体方案设计-5

2.1 系统总体设计方案-5

2.1.1 软件设计-5

2.1.2 硬件结构-6

2.3 本章小结-6

第3章 CCD工作电路设计-7

3.1 概述-7

3.2 TCD1209D简介-7

3.3 CCD驱动电路-8

3.3.1时序-8

3.3.2驱动电路设计-10

3.3.3软件设计-11

3.4 本章小结-12

第4章 数据采集电路和ARM核心处理系统-13

4.1 概述-13

4.2 预处理电路-13

4.3 A/D转换电路-14

4.4 ARM微处理器结构-15

4.4.1 RSIC体系结构和CSIC体系结构-15

4.4.2 ARM微处理器的寄存器结构-16

4.4.3 ARM微处理器的指令结构-16

4.5 K60DN512Z简介及功能模块分析-16

4.5.1 飞思卡尔半导体-16

4.5.2 Kinetis系列微控制器-17

4.6电源电路简介-19

4.7基本外围电路简介-21

4.8与上位机实现异步串行通信-21

4.9使用NRF2401进行两片核心芯片间的通信-22

4.10各模块间的时钟频率控制-23

4.11本章小结-23

第5章 部分软件设计-24

5.1流程图-24

5.2软件设计-24

5.3部分程序简介-25

第6章 结论与展望-28

6.1结论-28

6.2不足之处-28

6.3未来展望-28

参考文献-30

致  谢-32

附录A： PCB及部分程序-33