中北大学信息商务学院2013届毕业论文
片机与主机通信主要由C8051F340通过中断方式接收上位机发送过来的字符，进行码字判别后，把相应数据送回到上位机中。在此必须注意：访问USB寄存器时，USB的时钟必须是活动的。
（二）单片机设计中所包含的函数及实现的功能：
时钟丢失检测使能函数 功能 ：使能时钟丢失检测器 定时器初始化函数 功能 ：定时器初始化 PCA方式初始化函数 功能 ：PCA方式 IO口初始化函数 功能 ：设置交叉开关等 时钟初始化函数 功能 ：系统时钟等初始化，定
义系统时钟为48M
中断初始化函数 功能 ：中断初始化
系统整体初始化函数 功能 ：USB,中断等初始化 延迟函数 功能 ：延迟一段时间 USB中断函数 外部中断0中断函数
C8051F340单片机接口设计：
与上位机： 通过usb传输； 与CPLD之间： 输出：P0.1
复位（rst）信号输出；
P0.2 数据回传信号； P0.3 采样使能。
下面介绍和系统功能密切相关的三部分：
(一)主循环程序
主循环程序检查事件标志，并进入对应的子程序进行进一步的处理。 （a）初始化过程
MCU开始运行时，需要初始化其所有端口、存储区和中断服务程序、信号复位，之后
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MCU将连接至USB。
初始化要完成的任务有单片机的I／O口、外部中断的初始化，系统变量初始化，CPLD系统初始复位，信号初始复位，并连接到USB总线。当该系统的USB口连接到PC时，系统不一定准备好开始工作。而PC检测USB设备时，只是通过数据线的上拉电阻的阻值来确定是否有USB设备连接到主机，当检测到有USB设备连接到主机时就会进行设备枚举操作。
其中P4口设置为接收口，P4MDOUT=0x00；P4=0xff。中断信号引脚设置，P0MDOUT&=~(1<<0)；P0|=(1<<0)。
（b）建立包处理
当主循环检测到Setup包标志时，用调用协议控制子程序，根据优先级来区分是USB请求还是其它请求，并根据请求的类型跳转到相应的子程序里。
主循环流程如图3．22所示。
No Yes 总线复位处理 循环 初始化I/O口、中断、系统变量、连接到USB总线 主循环 图3.22 单片机主循环流程图
(二)中断服务程序
总线复位？ No Yes 建立包？ 调用协议处理程序 No CIP-51包括一个扩展的中断系统，支持16个中断源，每个中断源有两个优先级。每个中断源可以在一个SFR中有一个或多个中断标志。当一个外设或外部源满足有效中断条件是，相应的中断标志被置为逻辑“1”。如果一个中断源被允许，则在中断标志被置位时产生一个中断。一旦当前指令执行完，CPU产生一个LCALL到预定地址，开始执行
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中断程序（ISP）。
中断服务程序所执行的任务是对时间敏感的，必须马上执行。由中断寄存器来决定中断源，然后进入相应的子程序进行处理，其中USB中断的优先级设置为17，外部中断的优先级为0。主程序的工作过程：上位机给出的采样使能信号，执行外部中断，开始采集数据；再发出数据回传信号，执行采样使能失效信号。 3.6 照明系统的设计
CCD作为电荷耦合器件，其对光源的敏感度直接影响到输入数据的质量进而影响到最后数据处理的结果。为使测量精度更为准确，针对CCD器件，创造更为理想的照明环境，选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
光源一般分为自然光源和人造光源两类。由于自然光源的发光特性，在使用过程中其并不容易控制，因此一般不适宜用作图像采集系统的照明光源。在工业检测应用中，常常使用人造光源。人造光源有许多种，诸如卤素灯、荧光灯、日光灯、激光、LED照明光源、高频荧光灯等。各种光源特性如表1所示，选用时一般根据环境状况来定。 3.6.1 光源的选择
表3-2 各类光源的比较
灯类 卤素灯 荧光灯 LED光源 光色 白色、偏黄 白色、偏绿 红黄绿白蓝 寿命/h 5000-7000 6000-7000 6000-10000 5000-7000 特点 发热多，较便宜 便宜 发热少，固体，形状多 发热小。较便宜 电致发光管 由发光功率定 通过上述比较，在本文中选用LED作为发光光源。LED是工业检测中比较常用的发光光源。它具有体积小、重量轻、光源单色性好、发光亮度高、亮度便于集中调整等优点，因此，目前正广泛应用于数字仪表显示和CCD应用技术中[18]。
LED作为半导体光源，它光谱分布与半导体光电接收器光谱响应相匹配，这既能节省能量，又能减少多余能量而造成的热稳定性差以及杂光过大等不利影响[18]。同时，LED光源还具有如下特点：
（1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，所以与高压电源相比更安
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全。
（2）效能：消耗能量与相同光效的白炽灯相比，耗电量仅为白炽灯的15-20％。 （3）适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，体积小，因此可以制成各种形状，适合于易变的环境。
（4）稳定性好：LED使用寿命长，是普通光源的20-30倍。
（5）响应时间：白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。 （6）对环境无污染：无有害金属汞。 （7）抗机械冲击，防震防水，低热散发。 3.6.2 照明系统的设计
检测系统的照明方式一般采用两种，分别为明室照明和暗室照明。为使测量环境更为理想，本设计采用暗室照明来减小外界环境的影响。
本测量装置采用平行光投影的方法对物体尺寸进行测量，照明系统的目的就是产生平行光，使待测物体投影在CCD上，其尺寸信息如实地反映在线阵CCD上，从而得到待测物体的尺寸。
为了使被测物体的特征从复杂的背景中凸显出来，在二维测量中经常使用的照明方法有两种：一是采用正向光源，即光源与CCD同侧，检测物体表面特征时多采用正向光源。
图3.25 照明结构示意图
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4 图像处理算法的实现
在前面章节中，详细论述了如何设计检测系统，根据设计思路完成检测系统后，由实验结果可得到被检测物体的图像。选择合适的部件使图像尽量简单，以使后期图像处理的难度减小，但在得到图像后，仍然需要进行各种图像处理算法，以完成本设计所要实现的缺陷检测及提取图像中待测参数。在本章中，着重讨论采集到的图像处理算法概况。
4.1 图像处理技术概述
图像是人类获取外界信息的最主要来源之一，人们越来越多地利用图像信息来认识事物，解决问题。获得图像信息固然非常重要，但我们的目的不仅仅是为了获得图像，更重要的是将图像信息进行处理，在大量且复杂的图像中找出我们所需耍的信息。因此图像信息处理从某种意义上讲，比获得图像更为重要[40]。图像处理就是对原始图像进行加工，突出有用信息。本章将简要介绍怎样通过图像处理来获取我们实验所取得的图片中获取有用信息。
图像处理系统基础设计的一个重要特点是测试及实验的有效程度，正常情况下，这在得出可接受解决办法之前的需要的。这一特点意味着公式化方法和快速原型候选求解的方法的实现在减少运算开销及时间的方面会起到重要作用[27]。由前面的实验结果我们可以看出我们所取得的实验结果是有效的，因此我们可以利用MATLAB数字图像处理方面的优势来对所得到的图像进行分析和处理从而得到我们所需的有用信息。
图像处理技术基本可以分成两大类：模拟图像处理技术和数字图像处理技术，数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程。数字图像处理技术的发展涉及计算机科学、信息科学、物理学、数学以及生物学等学科，因此数字图像处理技术在现实应用中有着越来越大的影响。 4.2 处理算法流程分析及实验结果初步分析 4.2.1 算法设计总体框架
本小节着重讨论采集到的管状器件的图像处理算法。首先利用改进的中值滤波法
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