基于SOPC的大面阵CCD图像采集系统设计与实现

论文摘要

SOPC (System On Programmable Chip,可编程片上系统)是一种灵活、高效的SOC解决方案,一种新的软硬件协同的系统设计技术。基于SOPC的嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高等特点。随着计算机科学和图像技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用。CCD经过近三十年的发展已作为一种成熟的光电成像技术越来越广泛的应用于科学研究、生产检测、医疗生化、国防军工等相关领域。与此同时以CCD为成像器件的相机和图像采集系统的应用也非常广泛。本文在分析系统功能需求的基础上对CCD图像采集系统的实现途径进行了论证,提出了一种基于SOPC的大面阵CCD图像采集系统的实现方案,并对系统的工作流程进行了详细的叙述；然后详细设计了采集系统的硬件电路；采用NiosⅡ自定义外设IP核的设计方法,对AD9925配置SPI接口、SDRAM、USB Slave FIFO接口的控制功能进行了逻辑设计和实现,并封装成NiosⅡ可直接调用的标准外设模块；同时对CCD图像数据的采集—处理—缓存控制流程进行了逻辑设计和实现；最后,通过对采集系统工作流程的分析,设计了采集系统控制程序的实现框架,编程实现了基于NiosⅡ的控制程序,并在NiosⅡ开发板上对采集系统进行了功能测试,验证了设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 面阵CCD图像传感器
• 1.3 研究的主要内容及章节安排
• 第二章 CCD图像采集系统的总体方案设计
• 2.1 系统设计方案论证
• 2.2 系统总体设计
• 2.2.1 系统的功能需求
• 2.2.2 系统的总体结构
• 2.2.3 系统的工作流程
• 2.3 本章小结
• 第三章 CCD图像采集系统的电路设计
• 3.1 系统硬件结构
• 3.2 FPGA为核心的电路及接口电路设计
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.2 串行接口电路
• 3.2.3 FPGA下载电路
• 3.2.4 FPGA外部SDRAM接口设计
• 3.2.5 FPGA外部FLASH接口设计
• 3.2.6 SD卡接口设计
• 3.2.7 LCD与FPGA接口设计
• 3.3 图像处理器AD9925的电路设计
• 3.3.1 CCD图像传感器KAF-1001
• 3.3.2 AD9925的外围电路
• 3.4 USB2.0接口电路设计
• 3.4.1 USB接口芯片FX2简介
• 3.4.2 FX2接口电路设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 CCD图像采集模块的逻辑设计与实现
• 4.1 采集模块的整体架构
• 4.2 AD9925的SPI模块设计
• 4.2.1 SPI串行总线协议概述
• 4.2.2 AD9925的SPI简介
• 4.2.3 SPI总线接口的设计
• 4.2.4 访问SIP接口的函数
• 4.2.5 SlPlP核的封装及程序控制
• 4.3 AD9925接口模块设计
• 4.4 SDRAM接口模块设计
• 4.4.1 SDRAM的操作流程
• 4.4.2 SDRAM的读写控制模块
• 4.5 USB模块设计
• 4.5.1 基于Nios Ⅱ的FX2从FIFO接口模块设计
• 4.5.2 访问USB接口的函数
• 4.5.3 FX2的固件程序设计
• 4.5.4 FX2的驱动程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 CCD图像采集系统软件的设计与实现
• 5.1 FPGA的软件开发
• 5.1.1 Quartus Ⅱ软件介绍
• 5.1.2 Nios Ⅱ软件开发工具
• 5.1.3 Nios系统开发流程
• 5.1.4 Nios处理器系统的创建与配置
• 5.2 Nios软件的整体架构及程序流程
• 5.3 主要部分的Nios编程设计
• 5.3.1 SPI部分的Nios编程设计
• 5.3.2 USB接口部分的Nios编程设计
• 5.4 系统功能测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C