基于ARM的线阵CCD可调积分时间设计

高璐 王俊达 冯彦睿

摘要：为满足CCD不同积分时间的需求，利用STM32单片机定时器的PWM模式产生CCD驱动信号，同时利用上位机控制產生SH信号的定时器，实现积分时间的实时调节。

关键词：CCD；定时器；PWM；积分时间

中图分类号：TH841 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0189-01

光谱分析广泛使用冶金、检测等行业，用于测量被测样品元素种类以及含量。为生产提供了很大便利，线阵CCD-TCD1304DG传感器是目前光谱分析常用感光器之一，需要三路驱动信号CCD工作，目前积分时间设定为一个固定值，但是不同测量元素需要积分时间不同，为了满足不同积分时间的要求，通过STM32单片机采用控制SH频率实现对积分时间控。

1 驱动信号设计

CCD工作要求三路驱动信号M、SH、ICG，STM32F407开发板作为主控芯片，主频为168MHz，内部集成有14个定时器，分别设置定时器3、4、13为PWM模式，设定不同频率和占空比，输出三路信号驱动CCD。其中SH的频率设定为上位机控制输入，TIM3_PWM_ Init（x*20-1，41）函数设置频率，TIM_SetCompare1（TIM3，x*20-10）函数设置占空比，通过上位机输入的X值输出不同频率的SH信号。积分时间其实就是标志采集周期结束的SH下降沿到倒数第一个SH下降沿，可调积分时间就是改变两个下降沿的时间。

当ICG信号为低电平时，积分清除门处于开启状态（相当于光敏区与模拟移位寄存器导通）；如果这段时间内，SH的下降沿被检测到，光敏区采集到的光信号电荷包就被转移到移位寄存器中，并在ICG信号回到高电平时移位输出。SH、ICG信号如图1所示，通过不同频率SH信号，得到不同的积分时间Tint。

SH最大周期即ICG周期，此时SH信号频率和ICG信号频率相同，两个下降沿的时间为10Ms，是最大积分时间；设置SH周期减半，即二分法，将SH时间等分为5Ms，从而使得两个下降沿的时间变为5Ms，SH信号的频率提高一倍，积分时间变为原来一半；再该基础上再次减半，SH频率变为四倍，积分时间再次为前一次一半；通过不断二分周期将积分时间在需要的范围内进行更改，进而对两个下降沿时间更改，从而实现积分时间可调。实现了SH最高频率100KHZ，积分时间为10Us；SH最低频率100HZ，积分时间为10Ms。图2（a）最小积分时间10Us；图2（b）积分时间1Ms；图2（c）最大积分时间10Ms，图中波形顺序依次为ICG、SH信号。

CCD能够正常工作驱动信号要求驱动时序，需要设定ICG下降沿和SH上升沿间隔500ns，偏差不超过100ns。ICG上升沿在M高电平时期，并且在M高电平期间ICG从低电平恢复为高电平状态。图2所示已经设计得到符合CCD工作时序的SH、ICG信号，为得到符合时序的M信号，通过延时函数delay_100ns（t），延时t*100ns，获得合适的M相位关系。如设定延时函数为delay_100ns（6），t为250时，延时400ns，实际积分时间40Us，三路信号时序符合时序要求。

2 设计测试

将设计的驱动信号来驱动CCD工作，通过得到低压汞灯谱图判断是否驱动信号能够驱动CCD正常感光。测试结果与标准谱图峰值一致，说明驱动信号设计可靠。

3 结语

利用定时器的PWM模式产生的脉冲模拟方波，驱动CCD感光采集光信号的设计是可行的。利用上位机对PWM波频率的控制实现改变积分时间的方式，不仅设计简单，操作方便，而且PWM波形规整，不需要滤波整型电路，降低了PCB设计成本。

参考文献

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