Sviluppi nell'autocostruzione di una camera CCD

Marco Paolilli

Ciao Deimos,

ti mando volentieri in privato lo schema di questa board. Ce l'ho in formato Eagle : riesci a leggerlo ?
Dovrei riuscire a utilizzare tutta la dinamica dell'ADC, perchè il segnale che esce dalla catena video varia da 0 ad un +Vout che dipende dal guadagno dell'amplificatore e posso facilmente adattarlo al range di ingresso dell'ADC ( che dovrebbe essere da 0 a +4V)

In realtà la camera completa è composta da due schede : una (questa) che contiene le logiche, la comunicazione e l'ADC. L'altra che contiene il CCD le sue alimentazioni, i driver orizzontali e verticali e l'amlificatore video. Questa seconda scheda dipende molto (ovviamente) dal sensore utilizzato : ho solo sviluppato una scheda di prova per l'ICX429 ( il sensore attuale ), ma non credo che la realizzerò. Al momento avrei due target prioritari : il Sony ICX284AL ( 1.3Mpixel ) e il Kodak KAF5101CE (5.1Mpixel) anche perchè li ho entrambi in casa.

Per quel che riguarda l'architettura, siamo ancora in tempo a cambiare tutto perchè questa prima fase è pensata più per facilitare la scrittura del firmware di controllo dei sensori che per avere elevate prestazioni. E' in questa logica che ho riutilizzato il più possibile cose già fatte nella camera precedente per accelerare i tempi. Vorrei comunque poterne rilasciare una versione funzionante, in modo da poterla utilizzare da subito anche per l'acquisizione delle immagini.

Per la versione finale della camera, quella ad alte prestazioni, ho fatto nel tempo numerose verifiche e ti chiederei consiglio. Avevo visto la famiglia dsPIC e mi era sembrata subito molto interessante. Non sono però sicurissimo che le funzionalità "DSP" siano veramente utili perchè di fatto non viene fatta nessuna elaborazione all'interno della camera. Tramite questi dispositivi sarebbe però possibile portare in software una importante funzione ( il correlated double sampling ) che viene attualmente fatto in hardware, con una interessante semplificazione circuitale e un probabile miglioramento della qualità del segnale.

Vedo che la maggior parte delle camere commerciali utilizza dei CPLD per la generazione dei clock, assieme ad una CPU abbastanza veloce. Questa potrebbe essere una strada interessante da seguire, ma forse, per l'autocostruttore un po' più complessa. Si tratterebbe di capire se esistono delle evaluation board a basso costo, con un CPLD e una CPU adatte allo scopo e una quantità sufficiente di piedini utilizzabili ( probabilmente esistono .... che dici ? )

L'altra alternativa è fare tutto con una FPGA ( cosa che a me piacerebbe forse di più ), anche perchè forse in questo caso è più facile trovare una scheda già pronta adatta allo scopo. Sarebbe però necessario implementare una CPU software : non mi pare sia comunque un problema enorme. Come la vedi ?

Ciao,
Marco

deimos83

Guarda, l'idea dell'FPGA è forte e forse neanche troppo costosa (ormai ci sono FPGA anche a prezzi tra i 40 e i 50 €, per esempio la Altera CYCLONE. Però lì il progetto va visto bene a tavolino. Io non avrei problemi a progettarla con l'FPGA (lavoro permettendo). Cmq prima di coinvolgere una FPGA bisogna vedere cosa tiriamo fuori dal chip e che ci vogliamo fare. Perchè se la si fa con un dsPIC si risparmiano molti soldi ed esce comunque un ottimo lavoro

Marco Paolilli

Dopo una piccola pausa dovuta principalmente al bel tempo che ha finalmente permesso di fare qualche ripresa ( ... era ora

! ), sono tornato alle verifiche funzionali dell'ADC.

Ho controllato tutti i collegamenti tra i pin dell'ADC, il processore e gli altri componenti e non ho trovato anomalie. Sembra tutto collegato correttamente, senza corti o interruzioni.

Ho solo trovato un piccolo errore nello schema, che ha causato la generazione di una pista sbagliata sul PCB. Non ho ancora analizzato nel dettaglio il problema perchè è relativo al front-end dell'ADC, ma mi riprometto di documentarlo e di indicare la modifica da fare in un prossimo post.

Ho scritto, in Crownhill Proton+ Basic, un piccolo programma con cui fare il test dell'ADC, di cui allego il codice. Ogni decimo di secondo il programma fa eseguire all'ADC un campionamento e spedisce al PC, tramite la porta seriale, il byte alto del valore a 16 bit misurato.

Mettendo temporaneamente in corto, tramite una resistenza di basso valore, gli ingressi differenziali dell'ADC, se tutto funziona come deve, mi aspetto di vedere, tramite HyperTerminal, una sequenza di valori attorno allo zero, che cambiano toccando uno dei due ingressi.

Staremo a vedere ....

!

Codice:

'
'   Programma di test del convertitore ADC ADS8422
'   Il byte alto del valore a 16 bit letto dal convertitore, viene trasferito sulla linea seriale
'   per lettura con Hyper Terminal ogni decimo di secondo
'   Settaggio della porta : 57K-8-N-1
'
'   PIN UTILIZZATI :
'
'   Port A *****************
'
'   Port B *****************
'
'   Port C *****************
'   RC0 : BUSY   **** pin 15 
'   RC1 : RD/CS  **** pin 16 
'   RC2 :                    
'   RC3 :                    
'   RC4 :                    
'   RC5 : BYTE   **** pin 24 
'   RC6 : Tx232  **** pin 25 
'   RC7 : Rx232  **** pin 26 
'
'   Port D *****************
'   RD0 : D0     **** pin 19
'   RD1 : D1     **** pin 20
'   RD2 : D2     **** pin 21 
'   RD3 : D3     **** pin 22
'   RD4 : D4     **** pin 27
'   RD5 : D5     **** pin 28
'   RD6 : D6     **** pin 29
'   RD7 : D7     **** pin 30

'   Port E *****************
'   RE0 : 
'   RE1 : 
'   RE2 : CONVST **** pin 10

      
        DEVICE = 18F4525                   ' Utilizzo il PIC 18F4525
      XTAL = 20                          ' Quarzo da 20 Mhz
'
'  Impostazioni della comunicazione seriale      
'
      HSERIAL_BAUD  = 57600              ' Set baud rate to 57600
      HSERIAL_RCSTA = %10010000            ' Enable serial port and continuous receive
      HSERIAL_TXSTA = %00100100            ' Enable transmit and asynchronous mode (BRGH=1) 
      HSERIAL_CLEAR = ON                   ' Optionally clear the buffer before receiving
'
'       PortC
'
      TRISC.0 = 1                           ' RC0 è di input  ( segnale BUSY dell'ADC )         - pin 15
      TRISC.1 = 0                           ' RC1 è di output ( segnale RD/CS dell'ADC )        - pin 16
      TRISC.5 = 0                           ' RC5 è di output ( segnale BYTE dell'ADC )         - pin 24
'      
      SYMBOL BUSY PORTC.0                 ' BUSY = Conversione in corso
      SYMBOL RDCS PORTC.1                 ' RDCS = Read + Chip Select (tri-state dell'ADC)
      SYMBOL BYT  PORTC.5                   ' BYT =  Selezione byte alto/basso del valore            
'
'       PortD
'   
      TRISD   = %11111111                   ' Tutta la porta D è di Input
'   
      SYMBOL D0   PORTD.0                 ' D0
      SYMBOL D1   PORTD.1                 ' D1
      SYMBOL D2   PORTD.2                 ' D2
      SYMBOL D3   PORTD.3                 ' D3
      SYMBOL D4   PORTD.4                 ' D4
      SYMBOL D5   PORTD.5                 ' D5
      SYMBOL D6   PORTD.6                 ' D6
      SYMBOL D7   PORTD.7                 ' D7   
'
'       PortE
'   
      TRISE.2 = 0                           ' RE2 è di output ( segnale CONVST dell'ADC )       - pin 10
'
       SYMBOL CONV PORTE.2                 ' CONV = Start conversion
      DIM VAR1 BYTE
'
       HRSOUT "testing"       
'
'      Reset dei pin dell'ADC :
      CONV = 1                                 ' CONV = 0 start della conversione
      BYT  = 0                              ' se Byte=0 D[8:15] contiene il byte alto del valore
      RDCS = 1                              ' Output Hi-z 
   
Loop:   
      CONV = 0                       ' Start della conversione
      DELAYUS 1                       ' Attende un micro secondo
      CONV = 1                         ' Reset di CONV **
'
Cove:   IF BUSY = 1 THEN                 ' Controlla lo stato di BUSY                              
         GOTO Cove                    ' Busy rimane 1 finche' dura la conversione               
      ENDIF                          ' Conversione terminata : Busy = 0
'    
        RDCS = 0                            ' Mette i valori in output e lo abilita
      DELAYUS  1                               ' Attende un micro secondo
      VAR1 = PORTD                    ' Memorizza su VAR1 il valore letto da PORTD
       RDCS = 1                             ' Output vanno Hi-z          
      HRSOUT DEC VAR1                   ' Trasmette il valore letto sulla porta
      HRSOUT 13                   ' CR
      HRSOUT 10                   ' LF
'
      DELAYMS 10                             ' Attende un decimo di secondo
      GOTO Loop                        ' Loop forever
   
         

Marco Paolilli

Come anticipato in un post precedente, mi sono accorto di un errore nel PCB della CPU board che, fortunatamente è molto facile da correggere.

In questa immagine il dettaglio dell'intervento correttivo :

Allegato:

Correzione_errore_ADC_board.jpg [ 432.43 KiB | Osservato 1500 volte ]

Proseguono i test dell'ADC .... :wink:

Ciao,
Marco

Marco Paolilli

Ho completato il montaggio del front-end dell'ADC perchè le letture che ottengo lasciando gli ingressi volanti o cortocircuitandoli attraverso una resistenza sono di difficile interpretazione, .

L'ADC comunque dà segni di vita poichè il byte basso del valore mostra un cambiamento casuale lasciando gli ingressi volanti e avvicinando una mano, mentre va a zero mettendoli in corto.

Tutti gli altri segnali di controllo sembrano essere a posto e il segnale di fine conversione (Busy), controllato con l'oscilloscopio, si resetta correttamente al termine della conversione.

Il front-end permette la terminazione corretta degli ingressi differenziali e, utilizzando la tensione di referenza generata dall'ADC, porta il range di ingresso a 0-4V (single ended). Quindi per provare basterà fornire una tensione tra 0 e 4 V all'ingresso.

Un paio di immagini del front-end dell'ADC montato:

Allegato:

front_end_1.jpg [ 369.05 KiB | Osservato 1483 volte ]

Allegato:

front_end_2.jpg [ 381.03 KiB | Osservato 1475 volte ]

Per andare avanti con i test ora devo sistemare l'alimentatore per avere i +15V -15V indispensabili al corretto funzionamento degli operazionali del front-end.

Marco

Marco Paolilli

Ho sistemato le alimentazioni e ho verificato il funzionamento dell'ADC, con il front-end montato.

Ho trovato un altro errore nello schema elettrico : ho invertito i due ingressi dell'ADC ... ma dormivo quando ho disegnato lo schema ??

Fortunatamente anche in questo caso la soluzione è abbastanza semplice perchè, vista la natura simmetrica dei circuiti, è bastato invertire le terminazioni di due resistenze (...non SMD).

Ho messo in ingresso al circuito un alimentatore variabile in grado di fornire una tensione da 0 a +10V. E' più che sufficiente per i test, visto che il range dell'ADC dovrebbe essere 0-4V.

Per semplificare la lettura dei valori, ho fatto qualche modifica al programma di acquisizione (modifiche che ho riportato anche nel codice riportato precedentemente). Hyperterminal ora mostra il valore decimale del byte alto del numero a 16 bit, in complemento a due, che rappresenta la tensione letta dall'ADC.

Cambiando la tensione di alimentazione, questo valore cambia in modo molto simile a come dovrebbe, ma vorrei farmi un bel grafico V/ADU per esserne sicuro.

A presto,
Marco

Paolo Ruscitti

Bene Marco,

potresti fare come in precedenza? Evidenziare la modifica da apportare al circuito?
Ci sentiamo presto.

Paolo

Marco Paolilli

Ciao Paolo,

ho provato a descrivere la modifica nelle immagini seguenti : spero sia sufficientemente chiara.

I componenti coinvolti sono le due resistenze da 12 ohm evidenziate qui :

Allegato:

mod1.jpg [ 247.46 KiB | Osservato 1461 volte ]

Anche se sullo schema una delle due è indicata in formato SMD, in realtà avevo fortunatamente usato in entrambi i casi delle resistenza standard da 1/4 W, montandone una in verticale sulla piazzola SMD.

Obiettivo dell'intervento è invertire i collegamenti ai piedini 6 e 7 dell'ADC. Bisogna dissaldare uno dei due fili di entrambe le resistenze e "incrociarli".

In questa immagine sono evidenziati i terminali da dissaldare delle due resistenze:

Allegato:

mod2.jpg [ 248.08 KiB | Osservato 1459 volte ]

In questa immagine, relativa alla resistenza di sinistra, è indicata la nuova piazzola a cui collegare il terminale dissaldato.

Allegato:

mod3.jpg [ 258.83 KiB | Osservato 1457 volte ]

In questa immagine è evidenziata la stessa cosa per l'altra resistenza.

Allegato:

mod4.jpg [ 264.9 KiB | Osservato 1459 volte ]

Spero che la cosa sia sufficientemente chiara !

Ciao,
Marco

Marco Paolilli

Completati i test di linearità dell' ADC

!!

E visto che un'immagine vale mille parole, ecco il risultato :

Allegato:

Test_linearità_ADS8422.jpg [ 106.43 KiB | Osservato 1479 volte ]

Mi pare che possiamo andare avanti .... :wink:

Ciao,
Marco

Paolo Ruscitti

Ottimo risultato Marco. Effettivamente l'immagine è assolutamente autoesplicativa! Ho ordinato l'ICX285AL poiché Michael lo aveva a disposizione, quindi credo che dovrebbe arrivare velocemente. A questo punto non manca più nulla e posso iniziare a seguire le tue orme.
Appena posso, intanto, ti faccio vedere qualche risultato in LRGB ottenuto con la UAI-CCD. Per rapidità di esecuzione, ho realizzato una slitta portafiltri interna, appena avrò tempo vorrei mettere mano ad una ruota da motorizzare, potrebbe essere una "palestra" per realizzarne una definitiva per la nuova CCD quando vedrà la luce!
A presto.

Paolo M.R.

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