基于CPLD/CCD的高精度小量程电子秤的研究与设计

摘要

称重计量是人类生活中不可缺少的部分。随着现代文明和科学技术的不断进步，人们对称重计量的准确度要求越来越高。由于电子秤具有准确度高、反应灵敏、性能稳定、结构简单，环境适应性强等优点，在工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域得到广泛应用。同时，对于某些贵重金属、有毒有害物质及药品等，由于其价格昂贵或者特殊性质，严格限制其重量非常重要。因此高精度小量程电子秤的研究就成为了解决这一问题的关键。 本课题所设计的高精度小量程电子秤是基于CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器设计的，通过CCD将待测物体的重量转变成电信号，再对该模拟信号进行处理来得到物体的重量。 在硬件方面，本文选用复杂可编程逻辑器件驱动CCD芯片工作，光学系统把物体在秤盘上引起的微小位移反映到CCD上之后，通过专用CCD视频信号处理芯片对CCD的输出信号进行预处理和A/D转换，再用DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)处理数据并用LCD显示来实现称重的功能。 在软件方面，根据对应的硬件单元分为CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)驱动、数字信号处理和LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示。分析了CPLD和DSP功能实现的设计方法，复杂可编程逻辑器件对CCD芯片及其视频信号处理芯片的脉冲驱动是通过VHDL(Very—High—Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)硬件描述语言和QuartusⅡ开发环境实现的；DSP的开发工具是CCS(Code Composer Studio)。并设计了简要的系统软件流程图。 在信号处理算法方面，由于光源在CCD上的成像有一定的尺度，所以需要确定像点的精确位置。本文对常见的几种CCD像点位置提取算法进行了比较，并设计了适用于本系统的算法。最后对实验结果进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题概述

1.1.1课题研究的背景及国内外现状分析

1.1.2课题研究的目的和意义

1.2本课题研究的内容

1.2.1研究思路和研究内容

1.2.2论文工作安排

第2章系统整体方案设计

2.1系统设计要求

2.2系统总体设计原理

2.3系统各单元分析

2.3.1光学单元

2.3.2 CCD电荷耦合器件

2.3.3驱动电路

2.3.4 CCD视频处理电路

2.3.5数字信号处理器

2.4.本章小结

第3章系统硬件设计

3.1 CCD电荷耦合器件

3.1.1 CCD图像传感器的选型

3.1.2TCD1501D芯片

3.2 CCD驱动电路设计

3.2.1 CPLD

3.2.2 EPM7064S

3.2.3 CCD驱动电路

3.3 CCD视频处理电路

3.3.1 CCD视频信号处理芯片XRD4460

3.3.2 CCD视频处理电路

3.4数字信号处理电路

3.4.1 DSP芯片的基本结构

3.4.2TMS320C6713

3.4.3 DSP硬件电路设计

3.5本章小结

第4章系统软件设计

4.1 CPLD驱动部分软件设计

4.1.1 VHDL硬件描述语言

4.1.2软件开发环境Quartus Ⅱ

4.1.3 CCD驱动时序设计

4.1.4 XRD4460驱动脉冲设计

4.2数字信号处理部分软件设计

4.2.1 DSP开发工具CCS简介

4.2.2数据处理程序设计

4.3本章小结

第5章CCD信号处理算法及系统评估

5.1二值化方法

5.2数字化求重心法

5.3阶梯法

5.4常用CCD像点位置提取算法的比较

5.5系统评估

5.6本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参研项目

附 录