ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 6, с. 130-131
_ ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ
--В ЛАБОРАТОРИЯХ
УДК 681.337
КОНТРОЛЛЕР П.З.С.-МАТРИЦЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ © 2004 г. А. С. Линник, А. Ю. Гламазда, В. А. Карачевцев
Поступила в редакцию 19.02.2004 г. После доработки 20.05.2004 г.
Контроллер предназначен для считывания, преобразования, предварительной обработки и передачи данных от фотоприемника - п.з.с.-матри-цы KAF-0261E производства фирмы KODAK - в управляющий компьютер. На рисунке представлена функциональная схема контроллера. Устройство разработано на базе 8-разрядного микроконтроллера фирмы Atmel AT89S8252.
П.з.с.-матрица KAF-0261E [1] имеет топологию в виде прямоугольного поля 520 х 530 пикселов (размер пиксела 20 х 20 мкм). Поле матрицы организовано в виде 530 сдвиговых 520-разрядных п.з.с.-регистров, выходы которых подключены к соответствующим разрядам выходного регистра. KAF-0261E имеет внутренний выходной сдвиговый 530-разрядный регистр, который оканчивается выходным малошумящим усилителем. Считывание сигнала, пропорционального интенсивности засветки рабочего поля матрицы, осуществляется путем циклического переноса заряда из регистров-пикселов в выходной регистр и последовательного считывания строки из выходного регистра. Матрица устанавливается вместо выходной
щели спектрометра ДФС-52 таким образом, чтобы проекция входной щели была расположена вдоль оси У - строки, образуемой при считывании выходного регистра. Спектрометр искривляет на выходе изображение входной щели. Для компенсации кривизны при интегрировании сигнала по изображению щели и уменьшения времени считывания производится укрупнение элементов изображения. При этом строка У разбивается на п элементов по т пикселов. Элементы формируются путем интегрирования заряда по т пикселам. Управление процессом считывания осуществляется сериями синхроимпульсов сдвига по X (синхронизация параллельного переноса зарядов в выходной регистр), по У (синхронизация переноса зарядов к выходному усилителю) и синхроимпульсов сброса заряда в выходном усилителе. Временные параметры синхроимпульсов сдвига задаются внутренним таймером микроконтроллера МК (см. рисунок). Синхроимпульсы сдвига по У и синхроимпульсы сброса заряда создаются формирователем ФСИ У, который формирует также управляющие сигналы для мультиплексора МП, коммутирующего выходной сигнал мат-
затвору
Функциональная схема контроллера. АИ - аналоговый инвертор; ФНП - формирователь напряжения питання; МП -мультиплексор; ФСИ У - формирователь синхроимпульсов сдвига выходного регистра матрицы; И - интегратор; ПУ- преобразователь уровня; МК - микроконтроллер АТ8988252; АЦП - аналого-цифровой преобразователь АБ7677; КЗ - ключ электромагнитного затвора; ИОН - источник опорного напряжения; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство объемом 4К байт, Я8232 - интерфейс.
КОНТРОЛЛЕР П.З.С.-МАТРИЦЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
131
рицы на входе интегратора. На выходе интегратора формируется выходной сигнал, не зависящий от постоянной составляющей и ее дрейфа, пропорциональный величине накопленного заряда, который преобразуется АЦП и поэлементно запоминается в буферной памяти временного хранения. При считывании последнего элемента очередной строки производится суммирование ее элементов по заданному алгоритму для формирования очередного отсчета спектра, запись результата в выходной буфер ОЗУ и переход к переносу следующей строки. После окончания считывания последней строки контроллер посылает в управляющий компьютер сигнал окончания считывания матрицы и готовности к передаче информации.
Алгоритм считывания позволяет осуществлять коррекцию кривизны спектральной линии и маскирование активного поля матрицы, изменять параметры разложения строки на элементы, устанавливать отладочный режим. Коррекция кривизны спектральной линии проводится при суммировании элементов строки в соответствии с таблицей, занесенной в электронное перепрограммируемое запоминающее устройство контроллера. Таблица формируется на основании экспериментальных данных для конкретного спектрального прибора и загружается из управляющего компьютера. Режим маскирования активного поля матрицы позволяет исключить в процессе суммирования элементы строки, не содержащие полезной информации. Маскирование осуществляется двумя масками в начале и конце строки, что эквивалентно маскированию верхней и нижней частей входной щели. Размеры масок устанавливаются с помощью соответствующих команд.
В отладочном режиме осуществляется быстрый вывод по два элемента из каждой строки без суммирования. Позиция выводимых элементов строки определяется оператором. Это позволяет регенерировать изображение спектра в двух задаваемых пространственных точках щели на экране монитора с минимальным периодом около 1.5 с, что удобно использовать для юстировки матрицы и установки исследуемого образца. Отладочный
режим позволяет также сформировать таблицу коррекции кривизны спектральной линии.
Наличие ключа КЗ в контроллере позволяет управлять электромеханическим затвором, предназначенным для перекрытия светового канала. Затвор открывается на время экспозиции матрицы в процессе измерений или при юстировке и установке исследуемого образца.
Обмен данными осуществляется через интерфейс RS232 (COM-порт компьютера) по 3-про-водной линии. Управляется контроллер с помощью команд компьютера, обеспечивающих: считывание из буфера байта данных по указанному адресу; считывание по указанному адресу из буфера массива данных указанного размера; считывание и запись в электронное перепрограммируемое запоминающее устройство байта по указанному адресу; включение/выключение отладочного режима с параметрами выводимых элементов; установку числа элементов разложения строки; установку маскирования указываемых участков рабочего поля матрицы; включение/выключение режима коррекции кривизны спектральной линии; управление электромеханическим затвором; установку параметров экспозиции матрицы.
Основные технические данные. Разрядность преобразования 16 бит; разрядность выходного слова 24 бит/пиксел; размер кадра 520 пикселов; минимальный размер элемента разложения строки 4 пиксела; максимальный размер элемента разложения строки 256 пикселов. Время экспозиции 0.05-3250 с. Интерфейс RS232, скорость обмена 19200 бит/с.
Работа выполнена при поддержке Украинского научно-технологического центра (проект № 1934).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. KAF-0261E. Eastman Kodak Company. Image Sensor Solutions. Rochester, N-Y. 2000. Rev. 1.
Адрес для справок: Украина, 61103, Харьков, просп. Ленина, 47, Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 6 2004
9*
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.