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基于CPLD/CCD的高精度小量程电子秤的研究与设计

作　者: 吴红哲
导　师: 熊和金
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电荷耦合器件复杂可编程逻辑器件数字信号处理器 CCD像点位置提取电子秤
分类号: TH715.193
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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 SignalProcessor,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 LogicDevice,复杂可编程逻辑器件)驱动、数字信号处理和LCD(Liquid CrystalDisplay,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 ComposerStudio)。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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题概述  8-10
    1.1.1 课题研究的背景及国内外现状分析  8-9
    1.1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 本课题研究的内容  10-12
    1.2.1 研究思路和研究内容  10
    1.2.2 论文工作安排  10-12
第2章系统整体方案设计  12-21
  2.1 系统设计要求  12
  2.2 系统总体设计原理  12-13
  2.3 系统各单元分析  13-20
    2.3.1 光学单元  13-14
    2.3.2 CCD电荷耦合器件  14-18
    2.3.3 驱动电路  18-19
    2.3.4 CCD视频处理电路  19-20
    2.3.5 数字信号处理器  20
  2.4 本章小结  20-21
第3章系统硬件设计  21-48
  3.1 CCD电荷耦合器件  21-25
    3.1.1 CCD图像传感器的选型  21
    3.1.2 TCDl501D芯片  21-25
  3.2 CCD驱动电路设计  25-30
    3.2.1 CPLD  25-27
    3.2.2 EPM7064S  27-28
    3.2.3 CCD驱动电路  28-30
  3.3 CCD视频处理电路  30-34
    3.3.1 CCD视频信号处理芯片XRD4460  30-34
    3.3.2 CCD视频处理电路  34
  3.4 数字信号处理电路  34-47
    3.4.1 DSP芯片的基本结构  35-36
    3.4.2 TMS320C6713  36-43
    3.4.3 DSP硬件电路设计  43-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章系统软件设计  48-58
  4.1 CPLD驱动部分软件设计  48-53
    4.1.1 VHDL硬件描述语言  48-49
    4.1.2 软件开发环境Quartus Ⅱ  49-50
    4.1.3 CCD驱动时序设计  50-52
    4.1.4 XRD4460驱动脉冲设计  52-53
  4.2 数字信号处理部分软件设计  53-56
    4.2.1 DSP开发工具CCS简介  53-54
    4.2.2 数据处理程序设计  54-56
  4.3 本章小结  56-58
第5章 CCD信号处理算法及系统评估  58-64
  5.1 二值化方法  58-59
  5.2 数字化求重心法  59-60
  5.3 阶梯法  60-61
  5.4 常用CCD像点位置提取算法的比较  61
  5.5 系统评估  61-63
  5.6 本章小结  63-64
第6章总结与展望  64-65
  6.1 全文总结  64
  6.2 研究展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文和参研项目  69-70
附录  70-72

基于CPLD/CCD的高精度小量程电子秤的研究与设计

内容摘要

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