形成数据
产生计数脉冲
周期复位
图7-3 硬件二值化数据采集电路原理
2. 计数器法计算机数据采集接口电路
计数器法计算机数据采集接口电路原理如图7-5所示。
可用SP
形成数据
为抗干 扰设置
行同步脉冲
由软件 设置
一种接 口方式
同步控制 器发出
计数器法计算机 数据采集接口电路的 工作波形如图7-6所示。
如，输入的模拟信号是正弦信号x(t)＝Esinωt。在t＝0时刻，
输入信号变化率最大，Eo＝E2πf。
采样系统中使用的A／D转换器的转换时间为tc。该器件的量
化单位为
q
2E 2n
要求在tc间隔里，模拟信号的变化小于一个量化单位，即
E E2ft
E q
允许输入模拟信号的最高变化频率
f max
q
E2n
思考题与习题7解题思路 7.1 题，需要二值信息的应用场所，如文字、图表与尺寸、 位置运动速度等测量的应用； 固定阈值与浮动阈值法，浮动阈值法能够消除背景光源扰 动对测量的影响。 7.2 题，注意到51单片机与边沿送数系统的数据接口的位数 要匹配，读数指令与存储指令需要配合。 7.3 题，需要注意PC总线接口插槽安排有数据总线与地址总 线，合理使用它们与卡内3-8译码器、逻辑电路与存储器等器件 能够完成各种功能的操作。
1
2n tc
如果已知输入的模拟信号最高频率及A／D变换器的位数n，
可以求出不用保持电路时允许A/D转换器的最大的转换时间
1
tc f 2n
若模拟信号频率为1kHz，A/D转换器位数n＝8，则，A/D转
换器允许最大的转换时间tc＝l.244µs。 2. A/D转换器及特性
A/D转换器是实现模拟量转换成数字量的电子器件。
第7章 视频信号处理与计算机数据采集 将CCD输出的“模拟”视频信号转换成数字，再送入计算 机等数字设备，便可以利用各种数字处理设备完成存储、传输、 运算等多种功能，使CCD应用技术发挥应有作用。 CCD视频信号处理方法有两种：1）CCD视频信号二值化 处理；2）CCD视频信号的量化处理。 7.1 CCD视频信号的二值化处理 在利用CCD采集诸如物体尺寸、文字等二值信息时可以利 用二值化处理方法。 7.1.1 二值化处理方法 二值化处理方法很多，常用的有固定阈值、浮动阈值等。
3. 边沿送数法二值化数据采集计算机接口 图7-7所示为边沿送数法二值化数据采集计算机接口电路的 原理方框图。
关键在锁存器 的运用！
用反相器完成 二值化波形的前、 后沿锁存计数器 的数据。
图7-7 边沿送数二值化数据采集原理图
图7-8 波形图
7.2 CCD视频信号的量化处理 CCD完成将光强分布I(x,y)或I(x)值转换为时序电压u(t)。如 何将时序电压u(t)送入进行量化，变成数字信号？ 需要A/D转换器件来完成。既需要对视频信号的量化过程。 1. CCD视频信号量化处理过程 CCD视频输出信号的图7量-9化视过频程信如号图量化7-原9所理示方框。图
1. 固定阈值法
线阵CCD用于物体尺
固定阈值二值化处理方法采用如图7-1所示的寸电测路量的完输成出。波形
固定阈值的设定
提取出来的二值信息
2.浮动阈值法
图7-1 固定阈值二值化处理
如果阈值能够随测量系统所用的背景光源浮动，则可以消
除背景光源的影响。
这种随背景光源浮动的二值化方法就称为浮动阈值法。
如图7-2所示，为采用对线阵CCD输出信号采样的浮动阈值 二值化电路的原理图。
典型采样/保持电路
的捕捉时间为5µs，孔径 du I 时间为0.05µs，孔径不 dt C
显然，增大电容量C会 使保持电压降减少，但 是孔径时间增大。
定性为0.01µs。
采样/保持电路并非是必要的。若被采样信号变化相当缓慢
或A／D转换器足够快，在完成一次量化过程中模拟信号的变化
小于一个量化单位，就可省略采样/保持电路。
它将完成如下函数的转换
E
UB(
a1 2
a2 22
an 2n
)
式中，UB为参考源电压；a1，a2，…，an为系数(1或0)；n为
数字量的位数；E为数字信号的电压。
模拟信号电压Us与E的误差为
1 2
UB 2n
A/D转换器的输出特性曲线如图7-12(a)所示。
量化单位q为
q
UB 2n
① A/D转换器的分辨能力。
见图7-1中的 输出波形
关键要采到与背景 光源有关的信号
为什么要采用采样 保持器呢？不保持行吗？
怎样理解该电路能 够使阈值只随背景光源 的变化而浮动？
图7-2 浮动阈值二值化电路原理图
正确的采样点
7.1.2 二值化数据采集与计算机接口 1.硬件二值化数据采集方法 如图7-3所示为硬件二值化数据采集电路的原理图。 形成二值化数据原理如图7-4所示。
被定义为量化单位与满量程电
压之比，既
1
2n
n越高分辩能力越高，误差 越小。
② A/D转换器的转换时间。 转换所需要的时间与转换方式有关，也与位数有关，差别很
大。“逐次逼近”型较“比较型”速度要慢。
③ A/D转换器的转换精度。 定义输入模拟信号的实际电压值与被转换成数字量的理论 电压值E的差值，称之为器件的绝对误差。 相对误差指在去掉偏移误差和增益误差之后，输入的模拟 信号的实际电压值与转换成数字量的理论电压E之间的差值。 偏移误差指器件最低有效位为“1”时实际输入电压值与理 论值之差。
2. 量化过程应用的器件
（1）采样保持电路
在控制电极作用下能够 实现“采样” 和“保持” 两种功能的器件。
采样保持电路的工作时间分配：
如图7-3所示，采样保持电路的工作时间由下面几项
① 保持时间T0 ② 捕捉时间为TAC ③ 孔径时间TAP ④ ΔTAP
高速数据采集时，
采样/保持电路的ΔTAP会 影响采样精度。