基于USB2.0的CCD信号数据采集与传输系统研究

发布时间：2017-09-21 18:02

  本文关键词：基于USB2.0的CCD信号数据采集与传输系统研究

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【摘要】：USB接口有着热插热拔、自供电、一口支持多设备等特点,因此在信号数据采集与传输工作中,有其他总线接口无法取代的优势。本文研究设计的基于USB2.0的CCD数据采集与传输系统主要实现图像数据的采集、处理与传输功能。系统主要由USB模块、CCD模块和FPGA模块三部分组成。USB模块采用Cypress公司EZ-USB FX2系列的CY7C0813A芯片为核心电路,主要实现Slave FIFO模式的高速数据通信；CCD数据采集模块采用CCD电荷耦合器件TCD1705组成核心电路,主要完成光电信号的转换与采集处理；驱动控制模块采用现场可编程门阵列FPGA芯片为核心的电路,主要为数据采集处理模块和高速数据通信模块提供时序驱动信号和控制信号。电荷耦合器件CCD有着分辨率高、高灵敏度、宽动态和光谱响应范围、体积小、重量轻等特点,市场容量和前景非常可观。本设计选用的是线阵CCD芯片TCD1705,其工作时要求有严格的驱动时序,可实现图像数据的采集处理。USB接口具有热插热拔、自供电、一口支持多设备等特点,因此在信号数据采集与传输工作中有其他总线接口无法取代的优势。但USB协议复杂,开发难度大,开发者既需要做底层功能设备的开发又要满足协议要求,还要涉及到主机应用程序和驱动软件的开发,这对应用USB技术实现在信号数据高速传输的应用开发技术人员要求较高。USB芯片选取Cypress公司FX2系列中的CY7C0813A芯片,由其构成满足USB2.0协议的Slave FIFO高速数据传输系统,基于USB的Slave FIFO高速传输系统将CCD数据采集系统采集的数据上传到主机。FPGAEP1C6Q240C8向CCDTCD1705和Slave FIFO提供控制驱动信号,完成数据的高速采集、处理与传输。CCD数据采集与传输系统是在Slave FIFO USB2.0高速数据传输系统上搭建的,该系统的实现对于USB技术在数据采集工作中的应用有着积极的意义。
【关键词】：USB2.0 CCD图像传感器 Slave FIFO FPGA
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.7;TP274
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-10
• 1.1 选题背景与意义7-8
• 1.2 国内外现状8
• 1.3 主要研究内容8-10
• 2 USB系统及通信协议10-22
• 2.1 USB的特点10-11
• 2.2 USB系统结构11-16
• 2.2.1 USB系统中的层次结构11-12
• 2.2.2 USB系统中的拓扑结构12-13
• 2.2.3 USB的端点和总线数据流13-16
• 2.3 USB协议中的数据结构16-19
• 2.4 四种传输方式及其事务处理19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 CY7C0813A及其固件程序22-27
• 3.1 串行接口引擎22-23
• 3.2 USB芯片的8051微处理器系统23-25
• 3.2.1 CY7C68013A的增强型8051内核23-24
• 3.2.2 CY7C68013A的自动中断向量24
• 3.2.3 内部数据RAM24-25
• 3.2.4 其它片内存储器25
• 3.3 CY7C0813A固件程序设计25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 4 Slave FIFO高速数据传输系统27-39
• 4.1 Slave FIFO模式结构图27-28
• 4.2 Slave FIFO模式的功能配置28-34
• 4.2.1 Slave FIFO的接口配置29-30
• 4.2.2 Slave FIFO的接口标识信号30-32
• 4.2.3 Slove FIFO大端点的配置32-33
• 4.2.4 端点的复位33-34
• 4.3 Slave FIFO性能及测试结果分析34-38
• 4.3.1 上位机应用程序34-36
• 4.3.2 测试结果及分析36-38
• 4.4 本章小结38-39
• 5 基于Slave FIFO的CCD数据采集与传输系统39-48
• 5.1 系统整体结构39-40
• 5.2 CCD工作原理及驱动信号40-41
• 5.3 主控器FPGA模块41-45
• 5.3.1 形成内部FIFO存储器41-42
• 5.3.2 数据端口模式选择模块42
• 5.3.3 向FPGA内部FIFO写入模块42-43
• 5.3.4 从FPGA内部FIFO读出模块43-44
• 5.3.5 CCD工作时序信号产生44-45
• 5.4 系统整体电路及测试45-47
• 5.4.1 系统整体电路45
• 5.4.2 系统整体性能测试45-47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 工作总结与展望48-49
• 6.1 工作总结48
• 6.2 展望48-49
• 参考文献49-51
• 致谢51

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 叶培德;CCD应用技术的新进展[J];激光与红外;1990年02期

2 呼媛;李自田;胡炳j;马亮;;EZ-USB FX2固件与设备驱动开发[J];微计算机信息;2010年20期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨小宝;CCD成像电子学控制与采集系统的设计[D];大连海事大学;2010年

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本文编号：896036