自动光学检测仪中基于PCIE接口的图像采集研究

论文摘要

自动光学检测仪作为光电检测设备的一种,具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是当今最重要的检测设备之一。本次设计的自动光学检测仪专门用于PCB产品的外观检测。随着我国PCB产业的蓬勃发展,其应用将越来越广泛。PCIE(PCI Express)总线是近年来提出的比较新的总线技术,本次设计将PCIE总线运用于自动光学检测仪中,据我们所知,这在国内还未见相关报道。本设计具有处理和传输速度高、实时性好,性价比高的优势,可以大大提高自动光学检测仪的竞争力。在对当前技术进行仔细分析的基础上,设计了一套由一块基于PCIE总线和CCD相机的图像采集卡以及相应的Windows 2000下的WDM驱动程序和应用程序组成的图像采集系统。本系统由CCD相机进行图像采集,它把CCD芯片、A/D转换以及数据存储模块集成到一起,可以直接输出数字信号。FPGA核心模块负责控制图像的采集、传输并把图像数据保存到存储器中。最后,通过PCIE桥芯片连接到计算机接口,将数据传输到计算机中进一步地处理、存储或显示。论文概括地介绍了系统的硬件组成,并且以自动光学检测仪中的这套图像采集系统为蓝本,详细阐述了了Windows 2000 WDM驱动程序设计和源代码实现,上层总控软件设计和源代码实现等主要内容。驱动程序是在DDK开发环境下编写的,采用DMA方式传输数据,支持PnP。应用软件是在VC6.0环境下编写的,功能齐全,操作界面友好。本系统工作稳定,可以满足实时图像采集的要求。由于硬件系统及驱动程序完全自主设计,为对系统进行二次开发和扩充留有很大空间。同时,由于技术的自主性,使成本有很大幅度的降低。更重要的是本系统达到了高速、实时、准确的图像采集要求,进而可以大大提高自动光学检测仪检测的准确性和有效性,对解决长期困扰PCB产品的品质检测的系列问题有很大的帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 AOI 与其它PCB 检测方法的比较
• 1.3 国内外现状和发展趋势
• 1.4 论文解决的问题和本人完成的工作
• 1.5 全文结构安排
• 第二章 工作原理及总体设计
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 系统硬件概述
• 2.3 PCI Express 总线概述
• 2.3.1 PCI Express 的系统构架
• 2.3.2 PCI Express 的体系结构
• 2.3.3 PCI Express 的配置机制及系统枚举
• 2.4 PCIE 接口的实现
• 2.4.1 PCI Express 总线设计可选择方案
• 2.4.2 本次设计PCIE 接口的设计
• 第三章 WDM 设备驱动程序开发技术
• 3.1 Windows 2000 操作系统的总体结构概述
• 3.1.1 Windows 2000 中的硬件特权层
• 3.1.2 Windows 2000 的内核模式环境
• 3.2 WDM 驱动程序的层次结构
• 3.3 驱动程序中两个重要数据结构
• 3.3.1 I/O 请求包（IRP）
• EXTENSION（设备扩展）'>3.3.2 DEVICE_EXTENSION（设备扩展）
• 3.4 WDM 驱动程序开发环境的构建
• 第四章 图像采集卡的驱动程序设计与实现
• 4.1 图像采集卡驱动程序的功能设计
• 4.2 图像采集卡驱动程序的开发
• 4.2.1 图像采集卡的初始化
• 4.2.2 配置空间访问模块
• 4.2.3 图像采集卡的中断处理
• 4.2.4 DMA 传输实现
• 4.2.5 图像采集卡读取图像的实现
• 4.2.6 PnP 模块
• 4.2.7 驱动程序的卸载
• 4.2.8 其它相关问题
• 4.3 图像采集卡驱动程序的调试与测试
• 4.3.1 图像采集卡驱动程序的调试
• 4.3.2 图像采集卡驱动程序的测试
• 4.4 驱动程序的编译和安装
• 第五章 总控应用程序开发
• 5.1 应用软件开发关键技术
• 5.2 应用程序的开发
• 5.2.1 系统主界面
• 5.2.2 应用程序与驱动程序的通信
• 5.2.3 图像处理
• 5.2.4 系统维护
• 5.2.5 系统标定
• 5.2.6 各工作模式下的测量实现
• 5.2.7 图像显示
• 5.3 测量结果及误差分析
• 5.3.1 测试结果
• 5.3.2 误差分析
• 第六章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文