线阵CCD FPGA CCD测量 直径测量 FPGA代码 CCD光学传感器 TCD1501，自制USB接口线阵CCD驱动板及核心控制电路板四层单板，包括FPGA线阵CCD驱动程序&STM32单片机程序，做CCD直径测量用的（直径测量范围30mm，像元尺寸7um，像元数5000），线阵CCD型号为东芝TCD1501D，开发资料售有相关驱动程序（上位机图像数据接收软件）和电路原理图、PCB，目前只有资料
最近在搞一个有趣的项目，自制USB接口线阵CCD驱动板及核心控制电路板四层单板，目标很明确，就是用来做CCD直径测量。这里用到的线阵CCD型号是东芝的TCD1501D ，这个小家伙可大有来头。
TCD1501D线阵CCD的基础认知
TCD1501D有5000个像元，每个像元尺寸为7um，测量范围是30mm。它就像一个超精细的“眼睛”，能把物体的细节通过像元转换为电信号，为我们后续测量直径提供基础数据。
FPGA在其中的作用与代码解析
FPGA在这里承担着线阵CCD驱动程序的重任。下面简单来看一段FPGA驱动TCD1501D的Verilog代码示例（仅为示意，实际可能更复杂）：
module tcd1501d_driver ( input wire clk, // 系统时钟 input wire rst, // 复位信号 output reg SH, // 转移脉冲信号 output reg CP, // 时钟脉冲信号 output reg ST, // 复位脉冲信号 input wire DOUT // 数据输出信号 ); reg [3:0] state; parameter IDLE = 4'b0000; parameter SH_PULSE = 4'b0001; parameter CP_CYCLE = 4'b0010; parameter ST_PULSE = 4'b0011; always @(posedge clk or posedge rst) begin if (rst) begin state <= IDLE; SH <= 0; CP <= 0; ST <= 0; end else begin case (state) IDLE: begin SH <= 0; CP <= 0; ST <= 0; state <= SH_PULSE; end SH_PULSE: begin SH <= 1; #(5); // 这里延时5个时间单位，具体根据时钟频率调整 SH <= 0; state <= CP_CYCLE; end CP_CYCLE: begin for (int i = 0; i < 5000; i = i + 1) begin CP <= 1; #(1); CP <= 0; #(1); end state <= ST_PULSE; end ST_PULSE: begin ST <= 1; #(5); ST <= 0; state <= IDLE; end default: state <= IDLE; endcase end end endmodule代码分析：这段代码定义了一个模块tcd1501ddriver，它接收系统时钟clk和复位信号rst，输出SH、CP、ST信号去驱动TCD1501D，同时接收其数据输出信号DOUT。通过状态机来控制各个信号的时序。IDLE状态是初始状态，准备进入SHPULSE状态，SHPULSE状态下产生一个短暂的高电平脉冲，用于启动电荷转移。接着进入CPCYCLE状态，这里循环5000次（对应5000个像元），产生CP时钟脉冲，每次脉冲的高电平和低电平各持续1个时间单位（这里的时间单位根据实际时钟频率调整），使得像元数据依次输出。最后ST_PULSE状态产生复位脉冲，完成一次驱动周期后回到IDLE状态。
STM32单片机程序的作用
STM32单片机在这个系统中也扮演着重要角色。它可以负责与上位机进行通信，处理从FPGA获取的线阵CCD数据，进行一些预处理，比如简单的数据校准、初步计算等。虽然目前没有详细的代码，但大致思路是通过串口、SPI等通信接口与FPGA交互数据，然后通过USB接口与上位机的图像数据接收软件沟通。
开发资料与后续展望
目前手上只有相关驱动程序（上位机图像数据接收软件）、电路原理图和PCB资料。接下来要做的就是根据这些资料，将硬件板子制作出来，然后不断调试FPGA和STM32的程序。硬件和软件协同工作，才能准确地实现30mm范围内的直径测量。相信在不断地摸索和尝试后，这个自制的线阵CCD驱动板系统能够完美地完成直径测量任务，为后续更多相关项目打下基础。希望这篇博文能给同样在研究类似项目的朋友一些启发，大家一起加油！
