一种基于高速超微型单片机的CCD驱动电路设计

2．3 可编程计数器阵列(PCA)
　　
PCA提供增强的定时器功能，由一个专用的16位计数器，定时器和3个16位捕捉，比较模块组成，每个捕捉/比较模块有其自己的I／O口(CEXn，n=l，2，3)。计数器，定时器的时基信号可在6个时钟源中选择：系统时钟、系统时钟／4、系统时钟/12、外部振荡器时钟/8、定时器0溢出或ECI输入引脚上的外部时钟信号。而每个捕捉，比较模块都可以被独立配置为6种工作方式之一：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、8位PWM和16位PWM。

由于φ1、φ2(对应CEXO、CEXl)是占空比为50％的方波，所以捕捉/比较模块0、1工作在频率输出方式，这种工作方式可在CEXn引脚产生可编程频率的方波，其工作原理图如图3所示。当PCA计数器低字节与捕捉，比较寄存器低字节相同即PCAOL=PCAOCPLn时，称为“比较匹配”，此时CEXn引脚电平翻转，同时捕捉/比较寄存器高字节即PCAOL与PCAOCPHn相加后的结果送入PCAOCPLn，以便下一次比较用。显然，只要改变PCAOCPHn的值，便可在CEXn引脚上得到频率可调、占空比为50％的方渡，其频率由下式定义：
　　
fCEXn=fPCA/（2×PCAOCPHn），
　　
其中：fPCA是PCA计数器，定时器的时钟频率。

3 软件设计
　　
为了得到时序严格的ccD驱动脉冲和外部输出同步脉冲，程序不是靠软件延时来达到合适宽度的脉冲，而是利用PCA模块本身强大的功能，用中断程序来完成各路脉冲，即开放捕捉，比较模块0的“比较匹配”中断作为同步信号，并以此为基准点完成相应脉冲的每一次变化。
　
3.1 CCD驱动脉冲
　　
PCA的2个捕捉，比较模块工作方式设置为如图4所示的频率输出方式。其输出引脚CEX0、CEXl的初始电平设置为1、0，当PCAOL与PCAOCPLn(n=O、1)“比较匹配”时，电平翻转，由此形成反相的φ1、φ2脉冲；而HS脉冲的产生，则是在捕捉/比较模块O的“比较匹配”中断程序中，即先对RS(P0．2)置l，随后清零，这样就可产生80ns的RS脉冲(SETB bit指令周期为2个时钟周期，即80ns)。

3．2 外部输出同步脉冲及像素电压
　　
行同步信号FS、像素同步信号IX5均设置为低电平有效，CCD时序中φl、φ2交变后直到像素电压输出有一个延迟时间tdly(典型值为150ns)，但由于捕捉/比较模块0“比较匹配”时，一方面CEXO(φ1)翻转，一方面向CPU请求中断，而中断响应时间需5个时钟周期(200ns)，显然大于tdly，所以进入中断后，不必考虑tdly，可直接对PS(P0．6)清零，待合适的时间后再将PS置1．这样就产生一个低电平有效的PS信号。
　　
CCD像素输出OS、DOS经高速运放AD8031处理后，其外部输出像素电压Uo时序如图4所示。

　　
针对单片机在CCD时序驱动应用中存在的优缺点．选用新型高速C8051F单片机，实现CCD驱动电路，克服了单片机驱动方式存在的驱动频率低、系统资源浪费、时序间隔不均匀等缺点；具有硬件结构简单、调试编程方便、可在线调整驱动频率等优点。本文所介绍的驱动电路己应用于TCDl206，超微型的封装结构使其很容易与其他芯片一起嵌入在CCD相机中，系统运行可靠。