隨著科學技術的不斷發展，辦公自動化的水平也越來越高，復印機已經成為辦公室工作中不可缺少的設備之一。復印機是一種高度智能化的機電一體化辦公設備，具有復雜的電子線路和精密的機械和光學系統。

數碼復印機主要靠其中的CCD(電荷耦合器件)單元、A／D變換單元和圖像處理單元把原稿的影像轉變成數字量的形式進行圖像處理，再送給后面的顯影部分，最后在稿紙上把原稿復印出來。本文對數碼復印機的READ SECTION(讀入單元)進行研究，主要包括曝光部分、CCD成像部分、A／D變換部分、圖像處理部分和圖像傳輸部分。系統信號傳送過程見圖1(信號傳送示意圖)。

1 系統組成

數碼復印機掃描成像單元主要有以下幾部分組成：

a) 采用高速的線陣圖像傳感器TCD1707D，并選用了TB62801F作為TCD1707D的時鐘驅動；

b) 采用高集成度的EPM7128SLC84產生系統所需的驅動和控制時序邏輯；

c) 采用內部采樣保持的8位高速并行輸出A／D芯片(TLC5510)；

d) 采用SanKen公司的高性能SLA7026m作為兩相步進電機的驅動；

e) 圖像處理板主要由TI公司的高性價比DSP芯片TMS32C5402和CPLD(復雜可編程邏輯器件)組成，完成整個系統的時鐘驅動協調和對數據進行簡單的處理；

f) 圖像處理板和計算機之間采用USB2.0進行數據通信，以滿足高速CCD數據的傳輸。

2 系統硬件電路設計

2.1 TCD1707D的驅動

線陣CCD廣泛應用于工業、軍事、民用行業。CCD驅動的設計是CCD應用的關鍵問題之一。以往經常采用的驅動方法包括直接數字驅動方法、EPROM驅動方法、IC驅動方法和單片機驅動方法。前3種方法基本偏重硬件的實現，調試困難，靈活性較差；而后一種方法雖編程靈活，但存在資源浪費較多、頻率較低的缺欠。利用CPLD設計電子電路系統的最大優點是節省PCB(印制電路板)面積，并且電路設計完成以后，如果想更改邏輯設計，不必更改任何硬件電路，只需將CPLD內部的邏輯重新編程即可，因此非常適合CCD驅動電路的設計、制作、調試和近一步開發和升級。

TCD1707D的驅動脈沖時序如圖2所示。

其中包括轉移脈沖SH，移位脈沖φ1E、0、φ2E、0、φ2B，復位脈沖RS，鉗位脈沖CP。因為其中的移位脈沖φ1E、0是相同的，φ2E、0、φ2B是一樣的，所以為了簡化設計，采用了1片日本TOSHIBA公司的線陣CCD的時鐘驅動芯片TB62801F芯片。

TB62801F芯片是一款專門為線陣CCD開發的時鐘分配驅動芯片。它支持電平翻轉輸出，去除了電平交叉控制的需要，而且還包括對主時鐘的1to4時鐘分配和4 bit的控制信號緩沖。圖3是TB62801F與TCD1707D的連接原理圖。

CPLD產生的時鐘驅動接到TB62801F的輸人引腳從而驅動CCD芯片的圖像采集。

EPM7128SLC84用MAX+PLUSⅡ開發系統實現編程。本設計采用MAX+PLUSⅡ10.2 BASELINE版，它可以完成對電路設計的功能分析、時序分析及各種文本及圖形輸入，并能將設計結果裝載到芯片中。MAX+PLUSⅡ軟件的設計輸入方式有多種，本文的設計采用層次設計輸入方式。因這種方式可包含幾種不同格式建立的設計文件，例如原理圖設計輸入、VHDL設計輸入、波形設計輸入和EDIF網表輸入等。并且MAX+PLUS在一個設計方案中支持多級層次，這種靈活性使設計者可以采用最適合于設計中每個部分的設計方法。

用Waveform Editor仿真出的CCD驅動波形見圖4，完全可以滿足CCD的驅動。

2.2 A／D轉換電路設計

TCD1707D傳感器輸出信號OS有特點：負極性信號；包含有周期性的復位脈沖串擾；有效信號幅值較小。

CCD輸出信號的上述特點決定了它不能直接送入A／D轉換器，必須先從硬件上對其進行一系列的預處理，消除信號中的驅動脈沖(主要是復位脈沖)及噪聲等所造成的干擾，因此需將信號進行前置反向、濾波及放大。在電路設計中，選用運算放大器進行反向、放大，并在運算放大器的輸出端接一級RC濾波器濾除噪聲。

經過上述處理的信號就可以送入A／D轉換器進行數字化處理。在該系統設計中，選用8位、高速、并行、半閃速結構A／D轉換器-TLC5510芯片完成A／D轉換工作。TLC5510是美國TI公司的一種采用CMOS工藝制造的8位高阻抗并行A／D芯片，能提供的最小采樣率為20MSPS(百萬次采樣每秒)。利用A／D轉換技術將視頻信號轉換成與之對應的、能夠反映圖像灰度變化的數字量，提高了測量精度和分辨率。當TLC 5510的輸出使能有效時，就可以將A／D轉換結果送至8位數據線上。在數據存儲器寫允許及地址有效的前提下，將8位A／D轉換結果實時地存入數據存儲器中。圖5是TLC5510的外圍電路。

2.3 USB2.0的開發

由于高速圖像傳感器采集的數據量較大，所以與PC機之間的數據傳輸要求速度比較高，需要采用高速的總線方式。USB(通用串行總線)足Compaq、IBM等PC大廠商聯合開發的一種新型、基于令牌、高速的串行總線標準。要設計USB設備接口，首先需要了解USB協議，在此基礎上有針對性地開發USB設備驅動程序。

目前，市場上支持USB協議的硬件芯片主要有帶USB接口的單片機(MCU)和純粹的USB接口芯片兩種。帶USB接口的單片機如Cypress公司的CY7C63513(低速)、CY7C64013(全速)、CY7C68013(高速)；純粹的USB接口芯片僅處理USB通信，必須有一個外部微處理器來進行協議處理和數據交換，典型產品有Philips公司的PDIUSBD11(I2C接口)和PDIUSBD12(并行接口)、ISP1581、NS公司的US-BN9603／9604(并行接口)、NetChip公司的NET2888等。USB接口芯片的主要特點是價格便宜、接口方便、可靠性高，尤其適合于產品的改型設計，硬件上僅需對并行總線和中斷進行改動，軟件則需要增加微處理器的USB中斷處理和數據交換程序、PC機的USB接口通信程序，無需對原有產品系統結構進行很大的改動。該系統采用的就是Cypress公司的CY7C68013。USB2.0的固件編程呵以參照文獻[4-5]。

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