自动焦度计光电检测系统.doc

丽水学院
毕 业 论 文
（2009届）

题 目 自动焦度计光电检测系统
指导教师
院 系 数理学院（物理系）
班 级
学 号
姓 名 方 晓 慧

目 录

1 引 言 2
1.1 课题的背景及意义 2
1.2 焦度计的现状及分类 2
2. 自动焦度计的设计原理 4
2.1 焦度计中的概念与定义 4
2.2 顶焦度计算推导 4
2.3 光学实现原理 6
3 系统总体设计方案 7
3.1 总体设计 7
3.2 叉丝中心位置检测 9
4．硬件电路的设计 11
4.1 S3C44BOX简介 11
4.2 LED驱动电路 15
4.3 键盘接口电路 16
4.4 步进电机接口电路 16
4.5 打印机驱动电路 17
4.6 CCD采样电路 18
4.7 地址译码电路 21
5 测量流程及程序设计 22
5.1 测量流程 22
5.2 峰值检测 23
5.3 程序设计 23
5.4 误差分析 25
6 结论 26
参考文献 27
英文翻译一 29
英文翻译二 40

1

自动焦度计光电检测系统
数理学院 物理学 指导教师：
摘要：焦度计主要用于测量镜片的顶焦度（D）、棱镜度（△），确定柱镜片的轴位方向，在未切边镜片上打印标记并可检查镜片是否正确安装在镜架中的仪器。本文讲述了目前焦度计的状况和分类，给出了焦度计中的一些基本概念。从几何光学上分析了焦度计的实现原理和顶焦度（D）、棱镜度（△）的计算方法，并给出了计算公式。接着从整体框架描述了焦度计的物理模型和它的组成部分，确定了总体的设计方案。然后从电路原理上介绍了各个模块，分析了每个模块的功能，包括LED驱动电路、键盘接口电路、步进电机驱动电路、打印机驱动电路、CCD采样电路、地址译码电路，并介绍了选用的芯片型号和功能，特别介绍了三星公司的S3X44BOX处理器的功能。接下去论述了测量的流程和CCD上峰值的检测方法，并根据流程图编了测量程序，同时简单介绍了ARM7的指令集和本次设计采用的编程方法。最后从理论上分析了主要误差及其来源，并指出了本设计中存在的欠缺和改进的方法。
关键词：焦度计；顶焦度；峰值；测量误差；
Photoelectronic measurement system of automatic focimeter
Fang xiaohui Supervisor:
Abstract:Focimeter is mainly used to measure vertex power (D) and prismatic power (△) , to confirm the axle of astigmatic lens ,to put a markek on lens whose margin is not cut, and to examine if the lens is fit to frame. This paper tells the focimeter of states and classification at present, and provides some basic conception of focimeter. It has analysed principles of the focimeter and the way of measureing about vertex power (D) and prismatic power (△) from geometrical optics, and provides calculating formula. Then it describes physical models of focimeter and its components from the whole frame, and confirmes the total designing plan. Then it introduces each module from principle of the circuit, analysed the function of each module, including driving circuit of LED, circuit of connecting keyboard, driving circuit of step-motor, driving circuit of printer, sampling circuit of CCD, circuit of deciphering address, and introduces the type and function of selected chip for using, especially the function of S3X44BOX processor of Samsung. Then describing the measureing procedure and the peak value detection method on CCD, and has compiled the measuring procedure according to the procedure chart, simultaneity briefly introducing the order of ARM7 and programming method to adopt this designing. it analyes the main error and source, and theoretically points out deficient existing in this design and improved method.
KeyWords：Focimeter；Vertex power；Peak value；Measurable Error. 1 引 言
1.1 课题的背景及意义
中国在世界上素有“眼镜王国”之称。据1999年的数据统计，全国约有3.6亿人配眼镜。其中，在校的小学生配带的比例为30%，中学生为50%，大学生到达了75%。
配镜质量的好坏直接影响到视力的健康。因此国家质量监督部门将焦度计、验光镜片和眼光机作为强制检定的计量器具。其中焦度计用于检测眼镜产品屈光度和光学中心水平距离等技术指标的设备，其质量的好坏直接关系到眼镜产品的配置质量。
2002年第二季度，国家质量监督检验检疫总局对眼科光学计量仪器产品质量进行了监督抽查，共抽查了北京、上海、江苏、浙江、山西、重庆、安徽等7个省、直辖市26家生产企业和经销企业的28种产品，合格32种，产品抽样合格率为84.2%。其中焦度计、验光镜片、验光机的产品抽样合格率分别为71%、100%、90%。
自动焦度计的品牌全世界不多，在中国使用最多的无非是5个：“新日本（XHIN—NIPPON）”、“多美（TOMEY）”、“拓普康（TOPCON）”、“尼德克（NIDEK[15]）”和“恒福利（HUNPHREY）”。而国内厂家的产品基本上是手动焦度计，自动焦度计几乎没有。自动焦度计具有精度高、测量速度快、使用方便等优势，目前广大眼镜店都配了自动焦度计，而自动焦度计基本上让国外品牌给垄断，尤其多的是日本的拓普康。中国是一个眼镜需求很大的国家，所以，尽快研制出更高性能的自动焦度计是非常必要的。
1.2 焦度计的现状及分类
焦度计主要用于测量镜片的顶焦度（D）、棱镜度（△），确定柱镜片的轴位方向，在未切边镜片上打印标记并可检查镜片是否正确安装在镜架中的仪器。
过去，国内外沿用的名称、术语很不统一。在日本、德国、美国称之为“Lensmter”、“Dioptermeter”、“Focimeter”等。在国内，南北方的名称叫法也不一致，分别称之为“屈光计”、“查片仪”、“对光计”、“量光计”等。1988年3月，在西安召开的全国“焦度计”计量检测规程草案的讨论会上，集中与会的专家意见，参照国际法制计量组织（OIML）的国际建议第八预审稿的名称“Focimter”，定名为“焦度计”。
从焦度计的设计原理和结构来分有目视式，投影式和数字显示式。进几年又有自动焦度计和激光扫描装置等（用于实验室和计量部门）。从显示方式来看，有连续显示式和数字读入式两类。
一． 目视式焦度计
光学系统由带有十字标记划分板的准直物镜和望远镜系统组成。在被测镜片
置入仪器光路时，移动标记分划板，通过望远镜清晰见到十字分划像后，读取被测镜片的光学参数。这类仪器国内外均有商品，用于眼镜行业已较普遍。如日本的Topcon公司的LM型，LM-T3型，Nikon的OL-5A/5S型和Zeiss的顶点屈光度计等。国产型号有D6Y-1型、BJC-1型、QY-II型、CCQ-I型。
二． 投影式数字焦度计[1]
主要由标记划分板，准直物镜，读取可刻度尺，投形物镜和投影屏等构成。测试时，在投影屏上观察到清晰的标记分划像和读数刻度即得被测镜片的度
数。这类仪器国外有Tpcon公司的LM-P型，Nikon的PL-2型，Rodenstock的投影式焦度计等；国产有朝阳仪器厂的LQ6-5型屈光度检查仪。
三． 数字显示式焦度计
主要由准直投影光学系统和微处理器等组成，测试结果实时数字显示，并可
打印输出。这类仪器属于数字舍入式。如Topcon公司的LM-P4，LM-P5型和Rodenstock的数字显示焦度计等。国内朝阳仪器厂的JDN-1型。该机测量时可实现球柱镜转换，散光度数直接显示，还可直接测量双光镜片，它是一种多功能的国产新型焦度计。
四．自动焦度计
它是一种新型的光电测试仪器。该类型的焦度计通常采用光学系统、CDD光学器件、步进微电机、微处理器、显示器等主要部件，其中CCD光学器件将光学量转换成电量，送入微处理器进行控制和数据处理，实现自动调焦，数据测量等功能。显示器显示标记图象和测试数据，打印机可自动打印记录。仪器商品有Topcon公司的CL-1000、CL-2000型电脑查片机，Nidek公司的LM-850、LM-870型和Nikon的NL-1、NL-2型自动焦度计，美国Humphrey公司的322型和340型镜片分析器（Lens Analyzer）等。
五． 激光扫描装置
国际标准（ISO4854）规定的镜片测试仪器。它由激光扫描器、光电二极管
桥式平衡电路和x-y记录等组成。被测镜片的度数是根据几何光学导出的公式计算出焦距，然后换算成屈光度。测试时，镜片移动，激光束在被测镜片整个表面上连续扫描，光束的位置及其偏转利用合适的标记同时示出，与屈光度相关的螺旋扫描轨迹在x和y方向的读数由光电元件和记录仪等效方法读取。仪器的灵敏度为10-5m-1，可测定镜片小范围的屈光度，不受人为的主观因数影响。
2. 自动焦度计的设计原理
2.1 焦度计中的概念与定义
　 顶焦度 [2](vertex power)：以米为单位测得的镜片近轴顶焦距的倒数。一个镜片含有两个顶焦度。
　 后顶焦度 (back vertex power)：以米为单位测得的镜片近轴后顶焦距的倒数。
　 前顶焦度 (front vertex power)：以米为单位测得的镜片近轴前顶焦距的倒数。
　 眼镜片的顶焦度 "power" of a spectacle lens：通常把眼镜片的后顶焦度定为眼镜片的顶焦度。顶焦度的表示单位为米的倒数（m－1），单位名称为"屈光度"，符号为"D"。
　 棱镜度 (prismatic power)：光线通过镜片上某一特定点后产生的偏离。棱镜度的表示单位为厘米每米（cm/m），单位名称为“棱镜屈光度”，符号为“△”。
　 球镜度 spherical power：。球面镜片的后顶焦度称为球镜度。球面镜片是使近轴平行光线会聚于一个焦点上的镜片，本定义同样还适用于单视距非球面镜片。
柱镜片 astigmatic power：柱镜片中两个主顶焦度的差值。柱镜片是使近轴平行光线会聚于两条相互分离并相互正交的焦线上的镜片，并且与球面镜片不同，含有两个主顶焦度。其中一个主顶焦度可以为零，相应焦线位于无穷远。复曲面镜片，球面和柱面联合的镜片与柱面镜片都是柱镜片。柱镜片又称为散光镜片。
2.2 顶焦度计算推导
计算方法[5]，如下图：
图2-1：自动焦度计成像原理图
上图中，o为一圆孔L2、L3、L4都是透镜，其中L2、L4都是正透镜，L3为
待测透镜，在右方有一位置传感器，光线照射物o，并通过L2、L3、L4在位置传感器上成像。设像在各个器件上离轴点的距离分别为h,i,j,l,出射光线和光轴夹角为u。
图中L2、L4为公焦点的，待测镜片L3放置在这个公焦点处，f2、f4分别为L2、L4的焦距。
对于L2，有以下方程成立：
(2-1)
对于 L3，有以下方程成立：
(2-2)
对于L4，有以下方程成立：
(2-3)
通过几何关系，可以得到以下方程：
(2-4)
(2-5)
(2-6)
(2-7)
通过上述方程可以得出待测镜片的顶焦度S为：
(2-8)
如果L4与位置传感器的位置b取为f4（L4的焦距），，，
，那么式（2-8）可以简化为：
(2-9)
当k1，k2，k3为常量时，我们可以得到这样的结论：待测镜片的顶焦度S与物O距L2的距离以及该物点在位置传感器上的成像成正比。因此，我们可以通过测量a（物O与L1的距离）以及物点在位置传感器上的像点位置1，就可以计算出待测镜片的顶焦度。
对于柱面镜，有两个顶焦度S1和S2，其柱面度A为
A=S1-S2 （2-10）
轴角和棱镜度 参考图（2-4）
UD与RL夹角分别与x轴和y轴的夹角w 是柱镜轴位倍角的函数。o 点与坐标原点o′的连线oo′即表征了被测镜片棱镜度的大小, 与基底取向。[6]

2.3 光学实现原理
下图为自动焦度计的光路原理图[6]。

图2-2：自动焦度计光路图
在上图中，4个LED处于正透镜L1的前焦平面处，因此通过L1后发出的光为准平行光[7]。该光照射到物点O上，经过L2、待测镜片、L4组成的组合透镜，成像于位置传感器（CCD）上。
当依次点亮4个LED 时，在CCD上得到4个像点，根据这4个像点的位置，根据四个像点位置计算上下、左右的相对位置x1、y1和x2、y2，如下图：

图2-3：待测镜片为球面镜的时候 图2-4：待测镜片为柱面镜的时候
叉丝中心成像图 叉丝中心成像图
根据x1、y1和x2、y2以及物点O的位置，我们可以计算出待测镜片的球面度、柱面度、轴角等参数,3 系统总体设计方案
3.1 总体设计
系统总体设计图如下：
LED光源 正透镜 叉丝 O 正透镜 待测透镜 正透镜
按键
LCD显示
微处理系统
CCD采样板及接口电路
步进电机及驱动电路
LED驱动电路
RS232接口

打印输出

图3-1：系统总体设计框图
1.采用步进电机来驱动物O移动。我们将物O安装在导轨上，通过钢丝绳与步进电机相连接，在某一位置处放置一光电开关用来表定零位。每次系上电后，移动电机至光电开关处，设定该位置为零位置。步进电机带动物O移动，通常采用移动步数来记录物O的位置，本设计中将电机转动步数固定，每次转动180度，这样做的好处是可以将“a”的误差忽略不计。
2.物O 采用叉丝片，位置传感器采用线阵CCD。叉丝的斜线与竖线的夹角都是45度，叉丝像落在CCDA和CCDB的敏感元件上，它们的位置可以通过读取CCD计算出。如果根据CCD中的数据计算处叉丝像在CCD上的像点，那么就可以进一步求的了叉丝像中心的位置。通过计算各LED的成像的叉丝中心的位置，可以计算出镜片的顶焦度等参数。
3.微处理系统采用Samsung的S3C44BOX，它是以ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面有ARM处理器的所有优点：低功耗、高性能；同时又有非常丰富的片上资源，适合于嵌入式产品的开发。集成的片上功能如下描述：
*带8KB的2.5V静态ARM7TDMI CPU核；
*扩展内存控制器；
*带有一个专用DMA通道的LCD控制器；
*2个通用DMA通道，1个带外部请求管脚的DMA通道；
*1个多主机I2C总线控制器；
*5个PWM定时器及1个内部定时器；
*看门狗定时器；
*71个通用I/O口，8个外部中断资源；
*能量控制模式：正常、低、休眠和停止；
*8个10位ADC；
*带PLL的片上时钟发生器。

3.2 叉丝中心位置检测
本系统里，为了表示叉丝中心的位置，我们以CCD B作为x轴，CCD B的0像素点为原点，并以垂直CCD B的方向建立坐标轴。通过CCD B上检测到的点来计算叉丝像中心位置，CCD A用于辅助判断叉丝像的位置。
一．CCD B上检测到三个峰值时，叉丝像中心坐标的计算方法。
当叉丝成像在CCD B上，我们可以得到三个像点位置，分别记为peak0、peak1、peak2。根据CCD A的数据我们假设叉丝像的中心位于CCD B的上方，如下图所示：

图3-2：叉丝在CCD上成像示意图
根据正弦定理，从上图可以得到以下方程：
(3-1)
(3-2)
由方程（3-1）和（3-2），可以得到：
（3-3）
(3-4)
(3-5)
(3-6)
通过以上的结果，下面可以计算出叉丝中心O点的坐标：
(3-7)
(3-8)
二．CCD B上检测到二个峰值时，叉丝像中心坐标的计算方法。
当叉丝成像在CCD B上，我们可以得到二个像点位置，分别记为peak0、peak1。根据CCD A的数据我们假设叉丝像的中心位于CCD B的上方，如下图所示所示：

图3-3：叉丝在CCD上成像示意图
图中的叉丝偏向左边，以至于像的部分落到CCD的外部，CCD上只检测到的只有两个交点（像）。这种情况的出现，是由于放入的透镜系数比较大，或者是透镜的位置比较偏造成的。当这种情况出现时，可以通过判别成像的离焦情况，来转动步进电机，从而控制叉丝的移动，实现自动对焦，最终调整可以使得CCD上检测到3个峰值点。也就是说，只检测到两个峰值点的情况只是一种过度情况，没有必要测量的很准确。在本设计里，由于叉丝在安装知保证比较垂直CCD B，那么图中的叉丝中心坐标如下计算：
x=peak0； （3-8）
y=peak1-peak0； （3-9）
其中，peak0为 CCD B检测到的第一个峰值点位置，peak1为 CCD B检测到的第二个峰值点位置。
当然，还有其它情况出现，不过在本设计里，所选择的CCD类型可以保证在CCD A和CCD B上至少各有两个像点。

4．硬件电路的设计
4.1 S3C44BOX简介
在本设计里，各种硬件电路都是基于三星公司的S3C44BOX开发板上。SAMSUNG's S3C44B0X 16/32位微处理器是三星公司专门为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微处理器解决方案，它使用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。为了降低系统成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：8KB Cache、外部存储器控制器、LCD控制器、4个DMA通道、2通道UART、1个多主I2C总线控制器、1个IIS总线控制器，以及5通道PWM定时器和一个内部定时器、71个通用I/O口、8个外部中断源、实时时钟、8通道12位ADC等。
Samsung S3C44BOX微处理器采用0.25 CMOS 工艺制造，特别适合对成本敏感和功耗敏感的应用场合。所有的S3C44BOX都采用新的总线结构SAMBAII（Samsung ARM CPU嵌入式控制器总线结构）。
S3C44BOX 最突出的特点是它的CPU 核采用ARM 公司的16/32位ARM7TDMI RISC结构（主频66MHZ）。ARM7TDMI 系统扩充包括Thumb 协处理器、片上ICE中断调试支持和32位硬件乘法器。
S3C44BOX 通过在ARM7TDMI 内容基础上扩展一系列完整的通用外围器件，使系统费用降支最低，消除了增加配置的需要。集成的片上功能[4]描述如下：
l 8KB换存的2.5V静态ARM7TDMI CPU 核；
l 扩展内存控制器（FP/FDO/SDRAM 控制，片选逻辑）；
l 2个通用DMA通道，一个外部请求管脚的DMA 通道；
l 一个多主机I2C总线控制器；
l 5个PWM 定时器及一个内部定时器；
l 看门狗定时器；
l 71个通用I/O口，8个外部中断资源；
l 能量控制模式：正常、低、休眠、和停止；
l 8个10、ADC；
l 带PLL 的片上时钟发生器。
S3C44BOX 的特点：
1． 体系结构：
l 用于手持设备和通用嵌入式应用的完整系通；
l 16/32 位处理器RISC 结构和带 ARM7TDMI CPU 核的功能强大的指令集；
l Thumb 协处理器在保证性能的前提下使代码密度更大；
l 片上ICE 中断调试支持JATG调试方式；
l 32*8硬件乘法。
2． 系统管理
l 支持大/小端模式；、
l 地址空间：每个Bank32MB（一共256MB）；
l 每个Bank支持8/16/32位数据总线编程；
l 一个起始地址和尺寸可编程的Bank；
l 固定的Bank起始地址和7可编程的Bank；
l 8个内存Bank：6个可用于ROM、SRAM；2个用语ROM/SRAM/DRAM；
l 所有内存Bank 的可编辑寻址周期；
l 在能量低的情况下支持 DRAM/SDRAM 自动刷新模式；
l 支持 DRAM 的非对称/对称寻址；
3． 缓冲内存和 SRAM
l 4路带8KB 的联合缓存；
l 不使用缓存的0/4/8KB 内容 SRAM；
l 伪LPU（最近最少使用）的替代算法；
l 通过在主内存和缓冲内存之间保持一致的方式写内存；
l 当缓冲区出错误时，请求数据填充技术；
4． 时钟和能量管理
l 低能耗；
l 时钟可以通过软件选择性地反馈回每个功能快；
l 能量模式
* 正常模式：正常运行模式；
* 低能模式：不待PLL 的低频时钟；
* 休眠模式：只使 CPU 的时钟停止；
* 停止模式：所有时钟都停止。
l 用 EINT或 RTC警告中断从停止模式唤醒。
5． 中断控制器
l 30个中断源（看门狗定时器，6个定时器，6个UART，8个外部中断，4个DMA，2个RTC，1个ADC，1个I2C，1个SIO）；
l 矢量IRQ中断模式减少中断响应周期;
l 外部中断源的水平/边缘模式;
l 可编辑的饿水平/边缘极性;
l 对紧急中断请求支持FIQ(快速中断请求).
6.带PWM的定时器
l 5个16位带PWM的定时器,1个16位基于DMA 或基于中断请求的定时器;
l 可编程的工作模式,频率和极性;
l 死区产生;
l 支持外部时钟源.
7.实时时钟
l 全时钟特点:毫秒、秒、分、小时、天、星期、月、年；
l 32.768kHz运行；
l CPU唤醒的警告中断；
l 时钟记号中断。
8．通用输入/输出口
l 8个外部中断端口；
l 71个多路输入/输出口。
9．UART
l 2个带DMA和中断的UART；
l 支持5位、6位、7位、8位串行数据传送/接受；
l 当传送/接受时支持双向握手；
l 支持IrDA1.0（115.2Kbps）；
l 测试的循环返回模式；
l 每个通道有2个内部32位FIFQ；。
10.DMA控制器
l 2路通用无需要CPU干涉的DMA控制器；
l 2路桥式DMA控制器；
l 采用6种DMA请求：软件，4个内部功能块（UART、SIO、实时器、IIS），外部管脚。支持I/O到内存、内存到I/O、I/O到I/O；
l DMA之间可编程优先级次序；
l 突发传送模式提高到FPDRAM、EDODTAM和SDRAM的传送率。
11.A/D 转换
l 8位多路ADC；
l 最大500Kbps/10位。
12.LCD控制器
l 支持彩色/单色/灰度LCD；
l 支持单扫描和双扫描显示；
l 支持虚拟显示内存；
l 系统内存作为内存；
l 专用DMA用于从系统内存中提取图象数据；
l 灰度：16级；
l 256色。
13.看门狗定时器
l 16位看门狗定时器；
l 定时器中断请求和系统复位。
14.I2C总线接口
l 1个带DMA的音频IS总线借口；
l 串行，每路8/16位数据传送器；
l 支持MSB数据传送格式。
16.SIO（同步串行I/O）
l 1带DMA和中断的SIO；
l 可编程波特率；
l 支持8位串行数据传送/接收操作。
17.操作电压范围
l 内核：2.5V，I/O：3.0V到3.6V[11]。
18.运行频率
l 最高到75MHz。
19.封装
l 160LOFP/160FBGA。

4.2 LED驱动电路
电路图[8][10]如下：

图4-1：LED驱动电路
在LED的驱动中，存在着电平匹配问题，图中74LS541为高速CMOS电路的锁存器，用+5V电源供电，其输入电平为TTL的。通常，对于TTL电平而言，起输入高电平VIH=2.0V，低电平输入为为VIL=0.8V，S3C44BOX电平为CMOS，电源电压为3.3V，其输出的高低电平接近电源电压及0V，因此，74LS541可以直接和ARM系统相连接。nRW0为记过地址译码后的写信号，只有对指定的地址进行写操作时，该信号才产生上升沿，用该上升沿将数据总线的数据锁存。由于74LS541的驱动电流只有8mA，驱动LED还不够大。因此，在74LS541的输出后接入了驱动。在上图中，采用了7407集电极开路的驱动器，其输出电流可以达到40mA，足以满足要求。在本设计里，采用集成的LED，其内部已含电阻，上图只是为了形象说明。下表为74LS541工作特性。
表4-1：74LS541工作特性

4.3 键盘接口电路
电路图[8][10]如下：

图4-2：键盘接口电路
74LS541的作用如第一节所示。在这个电路图里，74LS541是对键盘信号进行锁存。其中nRW1为经过地址译码后的读信号。当选种该地址后，该信号产生上升沿，将键盘按下所产生的信号读入ARM[5]。

4.4 步进电机接口电路
电路图[8][10]如下：

图4-3：步进电机接口电路
在本系统里，我们采用四相步进电机，分别用S3C44BOX的GPE5—GPE8控制。在上图中，TD62003为步进电机的驱动器，其内部集成了7个达林顿三极管，输出电压能高达35V，且内部集成了续流二极管，每个通道能够驱动50mA的负载，非常适合驱动感性负载。在使用中，9脚接+12V，通过片内的二极管能够起续流作用，防止感性负载的电流突变而产生的自感电动势将驱动管击穿。在TD62003后面的4个二极管的作用，只是为了进一步的保护驱动管。上图中的SPEAKER为喇叭，提醒人步进电机已转动。下表为TD62003的工作特性[16]。
表4-2：TD62003的工作特性

4.5 打印机驱动电路
电路图[8][10]如下：

图4-4：打印机驱动电路
在这个电路中，74LS541的作用如前所说，是将CPU的数据锁存起来。74LS541后接了LB1256，作为打印机的驱动器。LB1256是一个7位驱动器，它具有高达400mA的输出电流和低的饱和电压，非常适合各种电池打印机的驱动。GPE0为打印机的选通信号，二极管为状态信号管，当打印机工作时，8脚为低电平，二极管发光。下表为LB1256的工作特性[16]。
表4-3：LB1256的工作特性

4.6 CCD采样电路
电路图[8][10]如下：

图4-5：CCD采样电路
CCD A和CCD B是两个线阵敏感元件，在积分的时间内，CCD敏感元件上积累了电荷，当积分完毕，将电荷数据依次移出。在上图中，GPF5—GPF8作为CCDA
和CCD B的同步控制，并提供给CCD相应的时序。从CCD出来的信号经过滤波、前置放大，再整流、滤波和放大，然后送给A/D转换器。进入AIN0和AIN1的是模拟量，它是从CCD读取的数据。进入AIN2和AIN3的是数字量，它是经过比较器得出的，目的是为了调节脉冲宽度。本系统中，A/D转换器为S3C44BOX内部集成的，它是8通道10位的ADC。它的控制由内部寄存器控制（控制寄存器、标度寄存器、数据寄存器）。本设计中采用的CCD芯片型号为TCD1209D，它是一款高速度、低暗电流、有效像素为2048的敏感CCD器件。下面是它的一些特性。
FETURES[16]：
Number of Image Sensing Elements : 2048 elements
Image Sensing Element Size: 14 µm by 14 µm on 14 µm centers
Photo Sensing Region : High sensitive and low voltage dark signal pn photodiode
Clock : 2 phase (5 V)
Package : 22pin Cerdip
下图[8][10]为它的驱动电路：

图4-6：CCD驱动电路
上图是和图4-5连接起来的。可见，GPF5-GPF8是给CCD提供时序的，可参见图4-7。在图4-7中，SH为电荷积分波形，它表明了电荷积分所需要的时间。ф1和ф2是电荷转移波形，它们是将电荷从CMOS的栅里交替转移出来。RS为复位波形，当电荷转移一次，它就将前面的栅区清零。CP是一个钳位。它们的波形可有PWM给出。
下图为CCD的时序图[16]：

图4-7：CCD时序图
4.7 地址译码电路
电路图[8][10]如下：

图4-8：地址译码电路
S3C44BOX由于很多引脚具有特定的功能，因此有必要扩展端口，作为一些控制信号，比如键盘的片选信号。在上图中，我们用nBANK3的片选信号nGSC3以及ADDR1、ADDR2、ADDR3三根地址线参与译码，产生我们需要的信号。在本设计中，用74LS138作为译码器，它适合各种高速地址译码电路。

5 测量流程及程序设计
5.1 测量流程
流程图如下：
根据x1、y1和x2、y2以及物点O的位置，计算出待测镜片的球面度、柱面度、轴角等参数。

是否点亮4盏LED
根据叉丝中心位置，计算相应的x1、y1和x2、y2。
计算叉丝中心位置
峰值检测

读取CCD上数据
点亮LED

图5-1：测量流程图
依次点亮LED，光线通过透镜组将叉丝像成立在CCD上，然后通过A/D转换器控制寄存器将CCD的数据读入A/D数据寄存器。根据数据寄存器上的数据，通过编程检测出峰值位置，再根据第三章第二节所讲，计算出叉丝中心的位置，最后根据第二章所讲，得出所要计算的值。
5.2 峰值检测
当叉丝像落在CCD时，CCD检测到某些区域的值大于平均值[11]，也就形成了峰值，下图就是CCD采样值图。

CCD亮度值

CCD像点位置
图5-2：CCD采样值图
图中共有三个像点，分别对应叉丝像与CCD的三个交点。峰值的形状与叉丝像的离焦情况有关，如果叉丝像聚焦很好的话，那么上升眼沿和下降沿就比较陡，且峰值的亮度比较高，峰值区比较窄；如果叉丝像离焦比较大，那么上升沿和下降沿比较平缓，峰值区比较宽，不利于峰值点的位置确定。为了能够比较准确的检测峰值点的位置，本系统可以通过让步进电机驱动叉丝移动，使得叉丝像聚焦比较好的位置。
我们采用峰值的半宽中心作为像点的位置，具体的做法如下：
1. 设置一个阈值，根据这个阈值，找出峰值的上升及下降的位置；
2. 根据峰值的上升及下降沿，获取上升下降沿中间的位置；
这个中间的位