科学级CCD相机研究及电气电路设计

摘要

本文的目的是研制一种基于CCD芯片的低成本科学级CCD相机，本文主要研究和设计CCD驱动、制冷、数据采集等相机的前端部分。
　　分析了CCD成像的基本原理,同时对可能的噪声进行了分析，并对噪声的抑制提供了设计方法,对CCD和CMOS两种传感器进行了比较。
　　对于使用的柯达公司的CCD芯片KAF-1603E进行了详细的介绍。作为一款全帧面阵CCD芯片，它具有高分辨率，高性能的特点，尽管帧频小，但设计的这款CCD相机对速度要求不是很高。分析了柯达公司的KAF-1603E器件的驱动时序，设计了CCD驱动时序电路，选用现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件设计平台，使用VHDL语言对驱动程序发生器进行了硬件描述。采用QuartusⅡ7.2软件对设计进行了功能仿真和时序仿真，并下载到Altera公司的芯片EP2C5Q208C8中进行了适配。仿真和测量的结果表明该驱动程序是完全可行的。
　　CCD输出的模拟信号，必须经过一系列的过程，才能传给计算机中，选用一款CCD信号专用处理芯片AD9824，这样减少了系统设计的难度，有助于系统在短时间内完成。最后，信号的传输，通过分析几种常用的传输方式，选用USB2.0作为系统的传输方式。
　　实验结果表明，该设计能够满足一些方面的需要，对以后国产科学级CCD相机的发展也是一个有益的尝试。文章也说明了不足之处和需进一步完善的工作。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 CCD图像传感器的介绍以及科学级CCD的发展与应用

1.3本文所做的工作和结构安排

第二章 CCD图像传感器成像原理及特性分析

2.1 CCD图像传感器成像原理

2.2 CCD图像传感器的特性参数

2.3 CCD图像传感器信号噪声以及处理方法

2.4 CCD图像传感器的分类

2.5 CCD与CMOS的比较

第三章 KAF-1603E型CCD图像传感器研究

3.1 结构分析

3.2 引脚分析

3.3 输出放大器分析

3.4 CCD的基本工作原理

3.5 时序要求分析

第四章 基于KAF-1603E的科学级CCD相机方案确定与电气电路设计

4.1系统整体方案的确定

4.2 CCD器件驱动电路的设计

4.3 制冷电路的设计

4.4 电源模块的设计

第五章 科学级CCD相机数据采集方案设计

5.1 数据采集方案设计与比较

5.2数模转换模块分析

5.3 AD9824芯片的选择及特点分析

5.4 FIFO缓存及数据传输系统的设计

第六章 部分电路的制作与调试

6.1 硬件调试

6.2 软件调试

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢