光电检测技术40第十九讲PPT

一、单元光电信号的数据采集与微机接口引言：1、计算机的数据采集都要在软件的控制下进行。2、计算机软件通过接口硬件控制采样/保持电路、A/D转换器、数据传送电路等完成采集数据工作。3、软件和硬件的结合是通过微机主板上的扩充插槽完成的。4、扩充插槽的信号线均为TTL逻辑电平，信号的负载能力为两个低功耗的TTL门。1、微机的总线及主板接口1）常用的总线类型:：PC、PCI、USB、工业总线(STD)，IEEE-488总线；2）常用的总线接插槽：PCI(5-6个)，工业总线(STD)，IEEE-488总线；与A/D接口板通过扩展接插槽接受CPU发出的控制命令和传送数据32位/64位。常用的总线接插槽信号GXD（地）B1RESETB2+5VB3IRQ2B4-5VB5DRQ2B6-12VB7CARDSLCTOB8+12VB9GND（地B10MEMWB11MWMRB12IOWB13IORB14DACK3B15A1I/OCHCKA2D7A3D6A4D5A5D4A6D3A7D2A8D1A9D0A10I/OCHRDYA11AENA12A19A13A18A14A17A15A16常用的总线接插槽信号A16A15A17A14A18A13A19A12A20A11A21A10A22A9A23A8A24A7A25A6A26A5A27A4A28A3A29A2A30A1A31A0DRQ3B16DACK1B17WRQ1B18DACK0B19CLKB20IRQ7B21IRQ6B22IRQ5B23IRQ4B24IRQ3B25DACK2B26T/CB27ACEB28+5VB29OSCB30GND（地）B31常用的总线接插槽信号3）如图标准插槽各管脚线如下:OSC:信号源供CPU各路时钟信号用。T=70ns,占空比50%CLK:是频率为4.77MHz的时钟输入信号是OSC三分频得到的。T=210ns,占空比为1/3(或2/3),一般采用1/3,即一个周期内高电平持续70ns,低电平持续140ns。RESETDRV：信号复位驱动信号，用输出高电平有效,它是8284时钟发生器的Reset经两次反向门驱动后输出。A0-A19：20位地址输出信号，主要是用于对存储器读写时提供地址信号。20位地址可寻址1MB空间。D0—D7：数据线用数据的传输，存储器上的设备通过D0—D7来传送数据包（MEN，I/O）等。ALE：地址锁存允许信号是一个输出信号，高电平有效，用保持A0—A9的地址信号的，（锁存）在DMA时低电平无效。I/OCHRDY：I/O准备好信号，是一个高电平有效输入信号，通常保持为高电平，当设备没有准备好时，该信号为低电平，可插入等待用期tw，供设备有足够的时间读写数据，由多个设备共用这一条线常用线或地形式接入。IRQ2—IRQ7：中断请求接入信号，可连接5个中断源，由8259中断控制其进行管理。IOW：I/O写信号是由8088发出的经8288总线控制输出的一个信号低电平有效，在DMA操作时，则由DMA控制器发出，该命令将数据总线上的数据进行接收，为了保持数据能可靠的接收写入I/O口，I/O设备应当在IOW非信号发结束前将数据取走。IOR：I/O读信号是由8088发出的经8288总线控制输出的一个信号低电平有效，在DMA操作时，则由DMA控制器发出，该命令将数据总线上的数据进行接收，为了保持数据能可靠的读入I/O口，I/O设备应当在IOR非信号发结束前将数据送出。MEMW：存储器写信号，低电平有效，命令将数据总线上的数据写入到指定的存储单元中去，该信号由8288总线控制器发，在DMA操作时，由DMA发出，由I/O口将数据送到数据总线，然后将数据写到指定的内存单元，数据总是在该信号结束前写入，因为这时是数据线上的数据才稳定。MEMR：存储口读命令低电平有效，命令将地址总线上指定的存储器上的数据读到数据总线，该信号由8088产生经8088总线控制器发出，在DMA操作时，则由8237DMA控制器发出，由地址总线指定的存储单元取出数据并放到数据总线上，然后由IOW非命令，将数据写到I/O上去。DRQ1—DRQ3：直接存储器请求（1--3），它是高电平有效的输入信号，分别由请求DMA服务的三个I/O设备来发出，直接连到8237DMA控制器，请求的优先，DRQ1→DRQ2→DRQ3，当8088接收请求后，让出控制权，由DMA控制三总线对数据传输。（DRQ0，最高用RAM的动态刷新）。DAK0—DAK3:由DMA控制器发出,低电平有效的应答信号，8237DMA控制总线进行数据传送工作。DAK0由系统内的8253定时器产生并直接连入8237DMA控制器的0通道，用于存储的刷新。DAK2用于软盘服务。DAK3用于硬盘服务。DAK1→用于8237DMA控制的回答信号。AEN：地址允许信号是一个高电平有效的输出仪号，由DMA控制器发出，该信号有效时表明DMA控制器只控制了系统总线；处理器和其它器件已和I/O断开，这时地址总线上送出的地址就不能I/O口地址来使用，因为在DMA操作时，地址是存储器的地址，不能做I/O用，若不加限制有可能误以为I/O地址，操作失误。T/C：计数结束信号是高电平有效的输出信号，由DMA控制发出，它表明此时DMA通道传输结束。CARDSLCD:插件卡选中信号，该信号仅用于插入在等8个口扩冲插槽中的插件卡，它是该插件向主机发出的已被选中的信号，该信号将引导系统对该卡进行读出和写入操作，该信号在插件卡上应用集电极开路门来驱动，低电平有效。4）扩充插槽上供电引脚及地线⒈+5V5V直流供电，可供插件卡使用，有两引脚，（4.75—5.25）⒉+12V12直流供电，有一条（）1.4—12.6V）⒊-5V-5V直流供电，有一条（-4.5—-5.5V）⒋-12V-12V直流供电，有一条（-10.8-—-13.V）⒌GND直流地线，即直流电源和机架的接地线，共有三条线。2、单元光电信号I/O数据采集卡译码器ＡＤ０８０９ADO809数据采集卡：1）有8个输入/输出口，可测量8个点的光照度。2）ADO809的数据线直接和计算机的扩充插槽相连。3）计算机的低10位地址线，读线RD，写线WR及地址允许信号AEN亦通过插槽送到译码器给出：2F1：为启动ADO809的启动信号。2F2：为使74LS374设置所选用的输入通道。2F3：用来查询ADO809是否转换完毕。2F4：经常74LS04反相后送到AD0809的数据有效控制线OE。单片机与ＡＤＣ０８０９接口电路图#INDUDE（DOS.h）#indude(conio.h)Main()…Intready=0Unsignedcharresult=0;Outportb(0x2f2,2);//设置端口腔3While(1);//启动ADReady=inportb(0x2f3)Ready=ready&0x01;(ready==1)Break;//查询AD转换完否Result=inportb(0x2f4))Printf(“\nresult=%d”,result)高速ＡＤ转换器ＨＩ１１７５ＪＣＢ高分辩率ＡＤ转换器ＡＤＣ１２０８Ｉ第四节视频信号的数据采集与微机接口前言：视频信号的分类：⑴线阵CCD行同步视频信号；⑵面阵CCD视频信号；⑶电子束摄像管摄像机发出各种制式的视频信号。（4）场同步的复合同步的视频信号。一、线阵CCD十六位A/D数据采集原理对于TCD1200D（2160像素单元）的线阵CCD进行十六位数采集分同步和异步：同步：采集命令由CCD驱动器发出，并与CCD输出的视频调幅脉冲相同步。异步：由计算机通过软件发出命令。ADC700SRAM6264地址发生器控制器接口电路ФspФcDB图7-19采集接口板原理框图U0介绍十六位A/D同步数据采集：①电路组成：由数据采集接口板，CCD驱动器，软件三大部分组成。a.数据采集接口板：由十六位A/D转换器，数据存储器；地址发生器；控制器；计算机接口电路等五部分组成。b.A/D转换器：线性精度±0.003%FSR，转换时间17us，将16位数据分时送出高8位，低8位；c.数据存储器：SRAM6264为8K字节，8位静态存贮器，存取时间不大于0.1us。d．地址发生器：4片74LS161构成8K地址空间的计数器。对TCD1200D进行数据采集时，只用4K地址，分高8位，低8位传送。e．控制器：由一系列的单稳，多稳态触发器构成控制信号，控制A/D，将其数据存入SRAM、控制地址发生器等。在时钟控制信号作用下协调工作①．ΦSP的下降沿启动A/D转换器。②．数据转换完成，DataReady上升沿数据转换完成。③．CM发二个脉冲信号将数据送SARM中，直到CCD在一个周期内输出的2048个信号全部转换成数字量为止。④当计数器Q变高电平时，计算机开始接收数据，分高低字节读入内存。高分辩率ＡＤ转换器ＡＤＳＢ３２２D+7A板CCD外围电路D口A/DA口Φｒ处理电路视频放大CCD采样保持CPU同步信号ФT图7-22一般数字图像处理系统一般数字图像处理系统构成二、图像数据采集系统的构成（一）以存储器为中心的处理系统软件图像运算处理设备图像输入设备存储器图像输出设备控制三、实时采集CCD图像处理系统通常的实时采集图像输入系统1）组成：由图像板配上接CCD摄像机，监视器以及计算机组成如图7-242）由摄像机输出的模拟信号经数字仪后，存存桢存储，桢存储器中数据一路送微机，另一路送显示器显示。CCD摄像机数字化器帧存储器监视器显示逻辑微机图7-24CCD图像时采集系统实时采集图像系统硬件原理图视频信源预处理A/D查找表D/A储存器64k×8鉴相器同步分离IBM时序发生器及控制电路微机接口同步合成监示器图7-25实时采集图像系统硬件原理框图①视频信号的预处理：具有视频的放大功能，对比度及亮度调节，同步钳位等多项功能。下面讨论各部分功能：②模数转换电路由高速视频转换芯片CA3318CE完成电路，如图7—27，最高转换速率15MHz。存视频信号行正程，器件采样256点，模数转换率5MHz。+5（数字）1μF0.1μF2KΩCE1VINCLK0.1μFREF+5NC0.1μF123456789101112CA3318CE2423222120191817161514130.1μF+5模拟图7-27高速视频A/D变换电路D1---D8高分辨率的Ａ／Ｄ转换器ＡＤＳ８３２２③帧存储器系统由两片图象帧存储器（SRAM）6256-10构成。存储容量32KX8bit,存取速度100ns,由微机控制帧存储器，进行数据存取。④输出查找表1、输出查表电路图7—28，2k*8SRAM6116-12④输出查找表1、输出查表电路图7—28，2k*8BSRAM6116-12⑤、数模转换电路图7—29CDAC0800时序发生器及控制器:时序发生器用于产生图像采集与显示所需要的桢存地址信号，还产生行，场同步信号，以便与D/A输出的视频信号合成全电视信号，核心电路是可编成陈列PAL16L8集成度高，性能价格比，保密性好等优点。①．同步锁相电路对于没有同步输入的摄像机，需要具有同步锁相电路，使视频信号经同步分离后产生的行场同步信号与CRTC输出的行场同步信号锁相，保持二者同步。1）MC4044→鉴频/鉴相器，由比相器，电荷泵，放大器组成。2）MC4024→压控振荡器。3）R1，R2，R3，C构成低通滤泌器。MC4044工作原理：当FrFv时，MC4044使Fr上升。当FrFv时，MC4044使Fr下降。作业1、分析总线插槽各引引脚的功能。2、分析图像采集系统的工作过程。