基于CPLD和接触式图像传感器的图像采集系统

技术分类: 测试与测量  | 2006-08-17
来源:中电网 | 长沙理工大学 贺科学 李鸿

同时也适合大容量图像数据的暂存。

       DSP芯片采用TI公司的TMS320C5402芯片,采用改进的哈佛结构,具有低功耗、高速实时信号处理的特点。

       3 CPLD硬件逻辑功能的设计

       CPLD是图像采集的核心部分,它直接控制CIS图像传感器和A/D转换器,完成数字图像数据采集、转换和存储,以及与DSP处理器的握手协调。

       CPLD模块总体功能的设计原理如图2所示,CPLD产生CIS图像传感器的时钟信号CLK(4M赫兹),选通信号输入SI,红色光源选通LEDr,绿色光源选通信号LEDg,红外光源选通LEDir。当CPLD控制这几个信号产生相应时序时,CIS传感器通过模拟信号输出引脚SIG向A/D转换器串行移位输出对应像素的灰度。

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p;         CPLD模块总体功能的设计原理

       CPLD控制A/D转换器的输出选通OE信号,使A/D转换器可以输出转换后的数据,同时,CPLD产生数据的存储地址AD[0..16]和写信号WR,将A/D转换器的数字图像数据存储在相应的存储区中。

       总线切换与双存储区模块实现了两个数据存储区的轮换工作,其原理图如图3所示,CPLD通过控制存储选择信号E来实现双存储区的轮换工作,在上电初始时,选择信号E为高电平,存储区RAM1为写状态,同时RAM2受DSP处理器的控制,改变E的状态,实现总线的切换。

       EN、NEXT和READY是DSP与CPLD之间的握手信号,EN为CPLD工作的使能信号,当EN为低电平时CPLD才开始工作。此时,若DSP处理器NEXT端上产生一个脉冲信号,CPLD控制CIS图像传感器采集一行(1728个像素)图像,同时,READY置0,表示正在采集,当一行图像采集完成时,READY信号恢复为高电平,当EN恢复为高电平时,CPLD停止工作,并将选择信号E取反来实现总线切换,将当前存储器由CPLD写状态切换为DSP读状态,实现双存储区的轮换工作。

       4 总线切换的实现

       在本文的应用中,要求高速实时的进行图像的采集和处理,要求40ms以内就要处理一帧图像,如果采集与存储图像数据占用了太多的时间,则后面的图像处理就无法完成了,为了尽可能缩短采集和存储的时间,在系统中采用了两组存储器进行轮换存储。

       在系统中,采用总线切换的方式达到两存储器交替读写的功能,当CPLD将A/D转换器输出的图像数据写入RAM1时,DSP可以读取RAM2中的数据并处理前一帧图像的数据,当CPLD写完一帧图像数据,并且DSP完成前一帧图像的处理后,改为CPLD向RAM2写数据,DSP和CPLD交换一次存储器,如此循环,使得DSP的图像处理和CIS的图像采集可以并行独立工作,保证了图像的实时和和高速性。

          总线切换的实现

       图3中,RAM1和RAM2为2片IS61C1024,构成双数据缓冲存储区,M1-M4分别是由74HC16245所构成的,实现地址总线切换控制,N1-N4是由74HC245所实现的数据总线切换控制,C1和C2实现了存储器控制线(RD读信号、WR写信号等)的切换控制,当选择线E为高电平时,M1、M4、N1、N3及C1处于工作状态,而M2、M3、N2、N4及C2处于高阻状态。因此RAM1的数据总线、地址总线及控制总线只有总线与CPLD相连接,RAM2的全部总线与DSP相连接。从而实现由CPLD向RAM1写数据,DSP从RAM2读数据,当选择线E为低电平时,则情况相反,DSP从RAM1读数据,CPLD向RAM2写数据。

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