科学级CCD相机由于成像清晰、噪声低等突出优点,已经在科学研究、军事侦查、航天等领域得到了广泛的应用。本文在学习研究CCD图像传感器成像原理的基础上,以柯达KAF-1603型CCD为核心成像部件,同时结合高速通用串行总线(USB)传输速度快、支持热插拔的优点,研制一种基于USB接口的科学级CCD相机。首先,本文对比研究了三种常见的数据采集处理方案,确定采用开发周期短、成本低、可扩展性好的硬件采集-软件处理设计方案。其次,对各种常见的接口技术进行了对比研究,确定采用USB技术进行CCD与电脑之间的数据传输。然后根据设计方案搭建硬件平台,在设计中,采用ADI公司的AD9824进行模数转换,其内含的多个电路模块,可以降低电路设计的难度,同时将其放置在靠近CCD的位置,这样可以降低CCD的读出噪声;利用FPGA可自由编程、处理速度快的优点,实现对整个电路的控制;通过CY7C68013实现相机与电脑的通信。最后,利用Cypress公司提供的开发包,使用Keil C51软件开发USB设备固件;同时使用Driver Studio辅助开发工具完成驱动程序的编译;在Visual C++环境下开发应用程序,调用API函数实现与驱动程序的通信,并编写用户功能函数,实现对图像数据的处理。通过对所设计的USB数据采集电路进行调试与仿真,结果表明所设计的电路、固件及驱动程序都能够正常工作,基本实现了预想的功能。