开放式红外成像系统的硬件平台设计

论文摘要

随着红外探测器的飞速发展,红外成像技术在导航、探测与搜索、医学诊断、科学研究、保安监视等领域得到越来越广泛的应用。为了方便更多的人了解和学习红外成像技术,设计一个开放式红外成像系统有着重要的现实意义及价值。在充分分析系统技术需求的基础上,本课题为红外成像系统构建了一个功能丰富的硬件平台。该硬件平台主要由CCD图像采集模块、DSP处理模块、FPGA处理模块、外设接口模块及电源模块组成,它可以完成图像数据的采集、传输、处理、显示和存储等一系列功能。CCD采集的红外图像信号经过相关双采样、可编程增益和模数转换等操作,以数字信号的形式传入DSP处理器。此时DSP根据外部键盘命令完成相应操作,它可以完成的操作有:①对红外图像进行各种处理,比如图像增强、图像去噪等;②将图像数据存入MMC卡中;③将图像数据通过USB接口传入计算机;④将图像数据传入FPGA处理器作后续处理,并通过液晶屏显示图像。本课题完成的主要内容有:器件选型、硬件平台的原理图设计、PCB板制作以及DSP外设初始化程序设计等。在器件选型中,重点讨论了CCD芯片、图像前端处理芯片、DSP、FPGA的选择,它们的选择很大程度上决定了系统的整体性能。在这些主要器件的基础上,构建了硬件平台的整体框架,并仔细分析了各个局部的硬件电路设计,再通过Protel软件设计出电路的原理图及PCB图。为了完成硬件平台的调试工作,本文编写了DSP片上外设的初始化程序,其外设主要包括McBSP、ADC、I~2C、MMC、USB以及DMA等。本系统使用的软件开发环境为CCS2.2,初始化程序是基于DSP/BIOS和CSL构架编写的,此程序主要用于硬件平台的调试,同时也为图像数据传输及图像处理算法的实现奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 红外成像技术的国内外现状
• 1.2 课题的研究目的及意义
• 1.3 课题研究的内容及主要任务
• 2 主要器件的选型分析
• 2.1 红外探测器
• 2.1.1 面阵CCD 的原理及特性参数
• 2.1.2 CCD 选型分析
• 2.2 图像前端处理器
• 2.2.1 图像前端处理流程
• 2.2.2 图像前端处理器选型分析
• 2.3 DSP 处理器
• 2.3.1 DSP 的体系结构
• 2.3.2 DSP 选型分析
• 2.4 FPGA
• 2.4.1 FPGA 选型分析
• 2.4.2 FPGA 软件开发环境介绍
• 2.5 本章小结
• 3 硬件平台设计
• 3.1 硬件平台整体设计
• 3.1.1 设计目标分析
• 3.1.2 整体结构分析
• 3.2 电源模块设计
• 3.3 图像采集模块
• 3.3.1 图像采集模块的器件介绍
• 3.3.2 图像采集模块的具体实现
• 3.4 DSP 处理模块
• 3.4.1 DSP 最小系统设计
• 3.4.2 DSP 存储空间扩展
• 3.4.3 DSP 与图像采集模块的连接
• 3.5 FPGA 模块
• 3.5.1 配置下载电路
• 3.5.2 FPGA 片外存储器接口设计
• 3.6 外围接口模块
• 3.6.1 MMC/SD 模块设计
• 3.6.2 USB 模块设计
• 3.6.3 键盘模块设计
• 3.6.4 LCD 模块设计
• 3.7 PCB 设计
• 3.7.1 传输线理论
• 3.7.2 信号完整性分析
• 3.7.3 电磁兼容性分析
• 3.8 本章小结
• 4 DSP 外设的初始化程序
• 4.1 DSP 外设整体介绍
• 4.2 DSP 软件开发环境介绍
• 4.2.1 DSP/BIOS 简介
• 4.2.2 DSP/BIOS 应用程序的启动分析
• 4.2.3 片级支持库CSL
• 4.3 VSP1221 初始化
• 4.3.1 ADC 编程
• 4.3.2 McBSP 简介
• 4.3.3 McBSP 编程
• 2C 总线初始化'>4.4 I²C 总线初始化
• 2C 模块简介'>4.4.1 I²C 模块简介
• 2C 初始化编程'>4.4.2 I²C 初始化编程
• 4.5 SDRAM 初始化
• 4.6 USB 模块的固件编程
• 4.6.1 USB 模块简介
• 4.6.2 USB 固件程序说明
• 4.6.3 USB 模块初始化
• 4.6.4 USB 总线的枚举过程
• 4.7 MMC 卡初始化
• 4.7.1 MMC 控制器简介
• 4.7.2 MMC 模块初始化编程
• 4.8 DMA 初始化
• 4.8.1 DMA 控制器的主要性能
• 4.8.2 DMA 初始化编程
• 4.9 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录