CPLD在CCD图像采集系统中的应用.pdf

!@BG在!!G图像采集系统中的应用

□汕头大学何炜燊郑黎明

介绍一种利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来设计CCD图像传感器驱动时序和嵌入式图像采集系统控
制逻辑时序的方法;分析TC237B图像传感器和VSP2210CCD信号专用处理芯片的时序;结合状态机的
摘要
设计给出部分驱动电路的VHDL源代码描述和功能仿真波形;验证CPLD技术在嵌入式图像采集系统
中的可行性。

关键词CPLDCCD状态机VHDL

行地输出电荷信号。输出的模拟信号经过视频模拟前端
引言
的处理后,转化成数字量并存放在缓冲区中;再由32位
自20世纪60年代末美国贝尔实验室提出电荷耦合ARM处理器把一帧数字图像信号存储到SDRAM中,为
器件CCD概念以来,依靠业已成熟的MOS集成电路工数字图像分析做准备。
艺,CCD技术得以飞速发展。CCD作为一种高性能的光
电图像传感器,具有光谱响应宽、线性好、动态范围宽、噪
声低、灵敏度高、实时传输和电荷扫描等多方面优点,同时
兼有大面阵和高空间分辨率等特性,目前已广泛应用于遥
感成像、卫星监测、景物鉴别、图文传真和工业检测等领
图系统原理图
域[1]。1
然而利用图像传感器进行图像信号采集时不
,CCD,驱动时序及视频处理控制
得不面对以下两个问题:2CCDCCD
信号分析
①CCD驱动电路的设计。CCD驱动信号多样、复
杂,且需要多种电压的驱动,因此设计出CCD的硬件驱动系统采用美国德州仪器(TI)公司的TC237B作为图像
电路是CCD正常工作的基础。另外,要使CCD正常工作传感器。TC237B是一款1/3英寸、采用帧间转移方式的
就必须为其提供驱动时序。然而,不同厂家、不同型号的CCD图像传感器。其感光区域总像素为680(H)×500
CCD对驱动时序的要求不尽相同,因此,如何产生出严(V)。其中有效像素为658(H)×496(V);非有效像素被金
格、高效且符合特定要求的CCD驱动时序成为CCD能否属遮光屏所覆盖,以便为后继的信号处理提供参考黑电平。
输出稳定可靠的视频信号的关键由感光区存储区串行寄存器和信号放大
、。TC237B、、
[]
②视频模拟前端电路的设计。模拟前端(AFE)是图模块4部分组成2。TC237B采用单相时钟驱动,要正常
像采集系统的核心部分之一,它主要完成对CCD视频信号驱动CCD需要8个信号:控制感光区像素移动的感光区
进行信号调整和A/D转换的任务。而要准确地完成A/D域门信号IAG1、IAG2,控制存储区像素移动的存储区域
转换,把CCD信号转换成精确的数字信号,为A/D器件提门信号SAG,控制串行读出的串行寄存器门信号SRG,复
供与CCD驱动相匹配的控制信号是必要条件。位信号RST以及用于变换漏极反模糊偏置供应电压
信号种电压的个信号、和
基于的嵌入式图像采集系统介绍ODB33ODB15ODB16
1CCDODB26。TC237B有多种读出模式,可选择单通道或双通
图1是基于CCD的嵌入式图像采集系统的原理框道输出;选择不同的模式时,其驱动时序也有所不同。系
图。物体透过光学系统将其影像投影于CCD的感光区域统采用了逐行扫描和单通道输出模式,图2是其时序图。
上;在CCD驱动时序的作用下,CCD完成光电转换,并串由图2可知,要驱动CCD正常工作,需要的驱动时序数量

年第期
[e-mail](投稿专用)20066Microcontrollers&EmbeddedSystems47
多,关系复杂,相位要求严格,频率高且不固定。由此可EPROM驱动,IC驱动和单片机驱动。前3种偏重于硬件
见,CCD驱动电路的设计具有一定的难度。实现,调试困难,灵活性差;后一种虽然偏重于软件,灵活
性好,但有频率低、资源浪费多等缺点[4]。
可编程逻辑器件(PLD)从20世纪70年代出现的
PLA到今日的高密度CPLD,得到了飞速发展。这得益于
它集成度高、可靠性好、工作速度高、系统灵活性好等众多
优点。利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)进行电子电路设
计,可以缩短开发周期,降低成本,并且能提高系统灵活
性。因为CPLD具有可擦除、可编程能力,所以在系统研
发阶段,当由于设计错误或任务变更而需要修改设计时,
仅须修改原设计文件,再对CPLD芯片重新编程;而无须
修改电路布局,更不需要重新加工PCB。由于这些特点,
CPLD极其适合于CCD驱动电路及信号处理控制电路的
设计、维护及升级。
简介
图2CCD驱动时序总图3.1EPM7256AE
属于公司系列的增
模拟前端用于调理图像传感器输出的模拟信号并将EPM7256AEAlteraMAX7000
强型CPLD。它基于第2代多阵列矩阵(MAX)结构,采用
其转换成数字信号,一般要对信号进行箝位、放大及A/D
高