FPGA和USB2.0在图像数据采集中的应用

论文摘要

条形码是一种用印刷图形实现快速计算机输入的技术。通过它可以代替手工录入,降低录入差错,加快人员或商品的流通效率,改善人们的生活。随着电子技术的飞速发展,数字图像处理在人们日常生活中的使用已经越来越普及,在证件条码识别、公安、交通监控、火灾监控、产品识别、防伪等领域都有了广泛的应用。本设计就是基于数字图像处理的数据采集方案,即通过CMOS图像传感器采集一维条码、二维条码图像数据信息,将其无损传递到PC机,由PC机对采集到的信息进行运算解码,输出采集码字的详细信息。该产品在国外已经广泛使用,在国内的市场也在不断拓展。身份证、护照、名片以及书籍、消费品等商品上具有的一维条码、二维条码,可经该设备送PC机解码后查询数据库,以鉴别真伪,保护广大群众的切身利益。相对于欧美等相似产品而言,该设计方案不仅成本低,而且由于解码优化和传输过程的巧妙控制,使解码速度也有了大大提高,因而在市场上有较强的竞争力。在本论文的研究课题中,USB固件驱动Micron公司的MT9M112[1]图像传感器取得图像信息,数据在经FPGA (Field Programmable Gate Array)缓冲后用USB(Universal Serial Bus)传输至PC机,供后者解码后进行各种应用。方案利用FPGA的FIFO核(FIFO Core)资源不仅顺利解决了MT9M112和USB因工作频率不同而产生的速率匹配问题,而且将8位图像数据转换为16位,大大加快了数据的传输速率,使PC机得到的数据更加流畅,同时通过对USB(这里采用的是Cypress的EZ_USB FX2[2])增强型51核控制,实现了对MT9M112的亮度、画质、防拖影、以及指示灯等的控制,提高了产品的适应性和识别率,受到条码阅读器客户的青睐。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容与目标
• 1.3 设计方案及性能分析
• 1.3.1 硬件框图
• 1.3.2 MT9M112 模块说明
• 1.3.3 FPGA内部模块及原理
• USB FX2 从FIFO接口'>1.3.4 EZ_USB FX2 从FIFO接口
• 1.4 本章小结
• 第二章 摄像头MT9M112 的控制
• 2.1 MT9M112 芯片的ITU-R BT.656 视频数据格式
• 2.2 MT9M112 芯片输出数据的时序分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 FPGA内部模块功能实现和相应的时序控制
• 3.1 A3P060 型号FPGA的封装及管脚使用规则
• 3.2 FPGA的FIFO核的框图及参数设计
• 3.2.1 FIFO Core参数及其含义
• 3.2.2 ACTEL FIFO Core种类的介绍
• 3.2.3 FIFO Core的调用
• 3.3 具体代码控制部分
• 3.3.1 模拟MT9M112 模块
• 3.3.2 向FIFO写模块
• 3.3.3 从FIFO读并将数据提交USB模块
• 3.3.4 顶层例化
• 3.3.5 生成可综合代码
• 3.3.6 布局布线
• 3.4 本章小结
• 第四章 USB固件控制
• 4.1 USB资源及原理介绍
• USB FX2 结构框图'>4.1.1 EZ_USB FX2 结构框图
• USB FX2 工作原理'>4.1.2 EZ_USB FX2 工作原理
• USB FX2 接口方式'>4.1.3 EZ_USB FX2 接口方式
• 4.2 FIFO读写状态机原理
• 4.2.1 同步FIFO写数据
• 4.2.2 异步FIFO读数据
• 4.3 FIFO读写的配置及主/从控制信号
• USB FX2 固件开发'>4.4 EZ_USB FX2 固件开发
• USB FX2 寄存器的配置及分析'>4.4.1 对EZ_USB FX2 寄存器的配置及分析
• USB FX2 的GPIO口实现对外围灯光控制'>4.4.2 利用EZ_USB FX2 的GPIO口实现对外围灯光控制
• USB FX2 固件控制摄像头和外围复杂器件'>4.4.3 通过EZ_USB FX2 固件控制摄像头和外围复杂器件
• 4.4.4 设置Keil开发环境参数，产生所需文件
• 4.5 本章小结
• 第五章 USB驱动部分
• 5.1 驱动设备扩展简述
• 5.2 对EZUSB驱动源代码的修改
• 5.3 驱动程序的安装
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录一 设计中的主要代码
• 附录二 攻读硕士期间发表论文及科研情况
• 致谢