便携式图像采集器研制

论文摘要

目前,随着现代电子技术的飞速发展,各种便携式电子产品不断涌现,与此同时,各种电子产品对自身的重量、体积、处理速度及成本等各方面要求不断提高。对于一个独立的图像采集和处理系统来说,以单片机作为核心处理器难以满足系统对实时性的要求,因此,寻找合适的处理器已成为目前数据采集处理系统的当务之急。专门为高速数字信息处理而设计的数字信号处理器(DSP)以其高速度和良好运算性能的特点,已成为数字化领域的重要角色,在图像处理、信号处理及工业控制等领域得到广泛的应用。同时EDA技术以其自身的优点在现代电子系统设计中占有的地位也越来越重要,已成为ASIC技术的一个重要分支。本课题结合数字信号处理和EDA两种技术,完成了一种便携式图像采集器的研制。本文设计的系统采用以DSP(数字信号处理器)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)为核心的硬件结构和图像采集处理技术,完成了对图像传感器输出的数字信号进行采集并快速处理的功能,对于数据量小于512K×8bit的图像采集处理具有通用性。本文分析论证了系统的特点、工作原理及芯片的选取方法,提出了一种总体解决方案,在此基础上实现的硬件搭建和软件设计是本文的重点。由于需要处理的图像数据量较大以及处理算法的复杂性,TMS320VC5402内部存储器资源无法满足要求,针对这一问题,本文提出了一种存储器扩展方案,分别对DSP的程序空间和数据空间进行扩展,此方法接口灵活,便于控制。根据系统功能强、程序大以及软件系统升级便利的要求,我们以Flash存储器作为用户代码的存储介质,采用Flash在线编程的方法,使DSP上电复位时将用户程序加载到内部RAM中运行,实现整个系统的脱机运行,这种方法具有成本低且编程灵活的优点。另外我们给出了系统整个工作过程的流程图,阐述了可编程逻辑控制模块的软件实现方法,论述了系统的初始化模块;最后介绍了硬件电路调试过程中遇到的一些问题及相应的解决办法。并对系统的进一步优化提出了建议。本次方案采用CPLD可编程芯片控制图像的采集,DSP负责图像数据的处理,从而发挥了不同类型芯片的优势。本课题设计的图像采集处理系统具有体积小,成本低,在线灵活编程,实时性较高的特点,能够很好解决重量、体积、成本在实际应用中带来的冲突问题。为采用DSP和CPLD构成图像采集系统提供了一些有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的目的和意义
• 1.2 课题的研究内容
• 1.3 论文章节安排
• 第2章 系统的总体设计方案
• 2.1 器件的选型
• 2.2 系统总体方案
• 2.2.1 图像采集模块
• 2.2.2 CPLD 逻辑控制部分
• 2.2.3 DSP 图像处理模块
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 DSP 的外围电路设计
• 3.1.1 电源电路
• 3.1.2 时钟电路
• 3.1.3 复位电路
• 3.2 VC5402 与存储器接口设计
• 3.2.1 VC5402 存储资源分配情况
• 3.2.2 VC5402 与存储器相关的信号线
• 3.2.3 本课题中存储器资源的配置和使用方案
• 3.3 DSP 的扩展I/O 端口
• 3.3.1 多通道带缓冲串口（McBSP）的I/O 口开发
• 3.3.2 HPI 主机接口的I/O 口开发
• 3.4 CPLD 的逻辑控制
• 3.5 关键引脚及多与引脚的处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 总线复用的软件控制
• 4.2 图像传感器的初始化
• 4.3 CPLD 的软件设计
• 4.4 DSP 部分的软件设计
• 4.4.1 DSP 集成开发环境
• 4.4.2 应用软件开发
• 4.5 Flash 在线编程设计
• 4.5.1 Flash 的擦除和烧写
• 4.5.2 引导表的建立
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统调试和测试
• 5.1 高速PCB 板设计
• 5.1.1 PCB 板的优化布局
• 5.1.2 PCB 板的优化布线
• 5.1.3 系统抗干扰措施
• 5.2 调试过程中遇到的问题和解决办法
• 5.3 系统调试和测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢