基于FPGA和EPP的圖像傳感器高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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作者：時(shí)間：2007-09-26 來源：

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

引言

USB、串口、并口是PC機(jī)和外設(shè)進(jìn)行通訊的常用接口，但對(duì)于數(shù)據(jù)量大的圖像來說，若利用串行RS-232協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，速度不能達(dá)到圖像數(shù)據(jù)采集所需的要求；而用USB進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，雖能滿足所需速度，但要求外設(shè)必須支持USB協(xié)議，而USB協(xié)議與常用工程軟件的接口還不普及，給使用帶來困難。有些用戶為了利用標(biāo)準(zhǔn)并行口(SPP)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但SPP協(xié)議的150kb/s傳輸率對(duì)于圖像數(shù)據(jù)采集，同樣顯得太低。因此,為了采集數(shù)據(jù)量大的圖像數(shù)據(jù),本文采用了具有較高傳輸速率的增強(qiáng)型并行口協(xié)議(EPP)和FPGA，實(shí)現(xiàn)對(duì)OV7620CMOS圖像傳感器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，它最高速率可以達(dá)到2Mb/s。

硬件電路方案

圖1為基于FPGA和EPP技術(shù)對(duì)OV7620CMOS圖像傳感器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖，它主要由三部分組成：OV7620的參數(shù)配置電路、圖像采樣電路以及PC讀取數(shù)據(jù)電路。

系統(tǒng)原理框圖

圖1 系統(tǒng)原理框圖

OV7620的參數(shù)配置電路

系統(tǒng)在上電后需要對(duì)CMOS采像芯片進(jìn)行初始化，以確定采集圖像的開

窗位置、窗口大小和彩色或黑白工作模式等。這些參數(shù)的配置是通過OV7620芯片上提供的SCCB接口進(jìn)行的。

SCCB接口是采用一種簡單、雙向二線制的同步串行總線I2C總線，接口引線有SCL和SDA。由于89C2051沒有標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，可以用軟件程序來模擬I2C總線，OV7620開窗位置和開窗大小、黑白和彩色模式以及掃描方式均可通過相應(yīng)寄存器來設(shè)置。這些寄存器都是可讀/寫的，具體操作方法如下：可以采用頁寫的方式，即在寫寄存器過程中要先發(fā)送寫允許指令OX42，然后發(fā)送寫數(shù)據(jù)的目的寄存器地址，接著為要寫的數(shù)據(jù)。寫完一個(gè)寄存器后，CMOS會(huì)自動(dòng)把寄存器地址加一，程序可繼續(xù)向下寫，而不需要再次輸入地址。讀寄存器是同樣過程，只不過指令改為OX43。

I2C總線功能的實(shí)現(xiàn)完全是依靠SCL、SDA線上電平的狀態(tài)以及兩者之間的相互配合實(shí)現(xiàn)的。I2C總線規(guī)約中規(guī)定的條件如下：

啟動(dòng)時(shí)序：SCL為高電平時(shí)， SDA出現(xiàn)一個(gè)下降沿；

傳輸時(shí)序：在啟動(dòng)條件滿足后，SDA為穩(wěn)定數(shù)據(jù)狀態(tài), SCL產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，將傳送一位數(shù)據(jù)；

應(yīng)答時(shí)序：在從機(jī)接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，在主機(jī)釋放SDA的情況下，主機(jī)給SCL輸出一個(gè)正的時(shí)鐘脈沖,從機(jī)將SDA拉低，以表應(yīng)答；

停止條件：當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA出現(xiàn)一個(gè)上升沿，該條件可以解決多機(jī)競爭的問題，即在兩個(gè)器件對(duì)話時(shí)，第三者插入會(huì)終止前者的數(shù)據(jù)通信,其主要特點(diǎn)在于各器件每一位都在判斷總線的狀態(tài)。

I2C總線的啟動(dòng)和停止條件如圖2所示。

I2C總線的啟動(dòng)和停止條件