EM2019WSP12/Grundlagen

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Grundlagen

  • Verlinkter Seminarvortrag
  • ggf. weitere Informationen zu verwendeten Technologien

Der CCD Zeilensensor

Grundlagen zum CCD Sensor

Ein CCD (Charge Coupled Device) ist ein Sensor der Ladungen in kleinen MOS-Caps (Metal Oxid Semiconductor Capacitors) speichert. Die Ladungen entstehen durch den inneren photoelektrischen Effekt. Hierbei wird löst ein Photon das auf ein Atom prallt frei Elektronen aus dem Kristallgitter, die dann in der Verarmungszone zwischen dem Bias Anschluss und dem Silizium Halbleitermaterial in den MOS-Caps gespeichert wird. Durch die Phasenverschobene Taktung der Bias Anschlüsse werden die Ladungen zum Ausgang des CCDs transportiert, wo sie dann ausgewertet werden können. Um zu wissen an welcher Stelle ein Photon den Zeilensensor getroffen hat wird dieser kurzzeitig belichtet und dann ausgelesen. Die Laserstrahlen werden in meiner Harfe nacheinander ein- und ausgeschaltet. Im Ausgeschalteten Zustand der Laser wird der CCD ausgewertet und danach der nächste Strahl eingeschaltet. Somit kann man sicher sein das nur EIN, bzw. KEIN Punkt auf dem Zeilensensor geladen wurde.

Eine Erklärung zum Phasenverschobenen Ladungstransport eines Zeilensensors bietet dieses Video: https://www.youtube.com/watch?v=XEAL0G2C6pM&t=951s Hier ein Photo aus dem Video: 3 Phasen CCD


Zur Verbildlichung hier ein ILX535K Zeilensensor aus einem Scanner:

CCD Sensor CCD Sensor


Vergrößert man den Zeilensensor 230x erkennt man deutlich 3 Farbfilter (rot,grün,blau). Unter diesen Farbfiltern liegen je 5300 MOS-Caps, die die durch einfallendes Licht erzeugten Ladungen speichern.

CCD Sensor CCD Sensor CCD Sensor CCD Sensor

Das MIDI Protokoll

MIDI (Musical Instruments Digital Interface) ist ein Steuerungsprotokoll zur Übertragung von Steuerbefehlen zwischen Musikinstrumenten. In diesem Protokoll können beispielsweise Informationen darüber gesendet, welche Note mit welchem Pitch und welcher Lautstärke ein Empfängergerät abspielen soll. MIDI-Befehle bestehen aus 1 bis 3 Bytes:

  • 1. Statusbyte
  • 2. erstes Datenbyte
  • 3. zweites Datenbyte

MIDI Byte

(Quelle: http://home.snafu.de/hoeldke/Text/MHOnl_MIDI-Datenformat.pdf)


Der MIDI Anschluss ist sehr simpel aufgebaut. Der MIDI Ausgang (linke Seite) benötigt lediglich einen Vorwiderstand zur Begrenzung des Stroms (bei 5V - 200 Ohm, bei 3V3 - 33 Ohm). Der MIDI Eingang (rechte Seitet) trennt zum Schutz des Instruments das Signal galvanisch über einen Optokoppler und stellt zudem keine Masseverbindung zum Sender her, um Brummschleifen zu vermeiden.

Midi Pinout

(Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=0L7WAMFWSgY&t=303s)