基于FPGA实现的图像采集系统设计

论文摘要

随着计算机科学和视频技术的广泛发展,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,例如数字广播电视、网络视频、监视监控系统以及数码摄录和扫描设备等。视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,在多媒体应用中占据着重要的位置。设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义。本文详细介绍了一种数字图像采集系统的设计方案,该系统采用Altera公司的FPGA芯片作为中央处理器,由视频采集模块、SDRAM控制模块、PCI接口模块等组成。本文首先介绍数字图像采集系统的发展现状和前景,然后简单介绍了本次设计用到的数据采集基本理论和知识点。针对系统的设计,本文主要分为三大部分。第一部分,提出了系统的整体设计方案,根据系统实际需要,选用FPGA作为丰要控制芯片。然后分别介绍了A/D视频芯片、外部存储器SDRAM以及PCI接口的基础知识。第二部分,介绍图像采集卡FPGA内部程序以及各部分硬件设计与接口,本次的程序设计主要分为数据采集模块,即与A/D接口模块,SDRAM读写控制模块,以及PCI控制模块。第三部分,最后介绍了系统仿真结果。对图像采集卡的PCB布局布线也作了详细说明。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 图像采集系统概论
• 1.2 图像采集基本知识
• 1.3 本论文的提出
• 1.4 作者的主要工作
• 第二章 系统的方案设计和组成
• 2.1 系统整体方案设计
• 2.2 FPGA概要
• 2.2.1 FPGA简介
• 2.2.2 FPGA芯片选择
• 2.3 高速视频A/D
• 2.3.1 高速视频A/D简介
• 2.3.2 视频A/D芯片选择
• 2.4 外部存储器
• 2.4.1 外部存储器的选择
• 2.4.2 SDRAM简介
• 2.5 PCI接口
• 2.5.1 PCI总线简介
• 2.5.2 PCI接口芯片选择
• 第三章 系统的接口介绍及硬件设计
• 3.1 FPGA整体模块设计
• 3.2 FPGA控制视频AD的设计
• 3.2.1 AD9888采集电路设计
• 3.2.2 AD9888接口模块
• 3.2.3 测试程序
• 3.3 FPGA控制SDRAM的设计
• 3.3.1 SDRAM控制模块设计
• 3.3.2 控制器主体程序
• 3.3.3 测试程序
• 3.4 FPGA控制PCI的设计
• 3.4.1 PCI9054外围电路配置及数据传输过程和操作经验
• 3.4.2 PCI9054接口模块设计
• 3.4.3 测试程序
• 3.5 系统整体流程
• 第四章 仿真与系统PCB设计
• 4.1 系统仿真
• 4.1.1 FPGA对AD9888初始化的时序仿真
• 4.1.2 FPGA对SDRAM读写的时序仿真
• 4.1.3 PCI对FPGA读写的时序仿真
• 4.2 系统PCB设计
• 4.2.1 电源和地线的设计
• 4.2.2 PCB版的层数与布局
• 4.2.3 PCB板布线
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表