基于USB3.0接口的FPGA图像采集系统设计
发布时间：2021-08-20 17:39
集成电路技术在摩尔定律驱动下的迅速发展,让基于CMOS工艺的图像传感器分辨率大幅度提升,输出图像质量不断变高,数据量急剧增长。成熟的数据采集系统的接口大多数为PCI、IEEE1394、PXI、USB2.0等,这些接口逐渐体现出传输速率低,便携性差等缺点,慢慢失去通用性。为实现大数据量的快速采集和传送,设计了一种基于USB3.0接口的图像数据采集系统。在系统设计中为降低模块间的耦合性,运用TOP-DOWN设计模式,按照功能从顶层开始划分模块。为了保证设计的可靠性,减少代码的冗余,功能模块的设计尽可能的利用知识产权核。根据模块的差异性使用不同的设计思想,图像传感器配置上应用了片上系统;存储上采用了乒乓操作;传输中涉及了有限状态机。为改进传统的图像传感器的配置方式,使用C++和Verilog HDL混合编程的思路,不仅增强了设计能力还增强了系统在线调试能力。为改变DDR2存储器的操作方式,对其控制器进行进一步封装,简化接口数量和使用难度。系统设计完成后,采用了回环测试验证了USB模块的可靠性,采用流模式测试验证了USB接口的有效性。然后用FPGA模拟数据源,验证系统FPGA和USB架构的可行...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统框图
还不能进行数字化处理。因而电信号还要经过提高增益、滤除干扰/数字转换等一系列的处理，转变成计算机能处理的数据。图像数字化处理会出现信息的损失，这是采样和量化过程中不可避免的，但是保留的图像为我们所利用。CIS 的结构如图 2.2 所示，由感光像素阵列电路、行列选择电路、电荷增益模拟数字转换电路等组成。排列有序的像素（Pixel）单元组成感光阵列，照强度。当光线照射到像素单元时，通过光电二极管（Photodiode）产生并成电流，光照强度越强产生的电流就越大，然后由电容转换成电压值。在择对某一行或几行中的像素信号进行采集，由列控制器选择输出对应行的，再通过放大电路加强微弱信号的增益，经过 ADC（模数转换，Analog toverter）电路输出数字信号。感光阵列中的每一个像素都可以单独处理，还固定区域的像素输出，这展现出了 CIS 的灵活性，为后期的信号处理提供了
时序产生与系统控制逻辑（Timing generator and System control logic）等组成，支持 DVP和 MIPI 两种输出接口，可以在 2592*1944 的分辨率(500 万像素)下以每秒 15 帧的速度运行。内部还嵌入了一个微控制器，可以与自动对焦引擎和可编程通用 I/O 模块(GPIO)进行连接，控制外部自动对焦。为了识别和存储的目的，OV5640 还包括一个一次性可编程(OTP)内存。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CCD与CMOS图像传感器的现状及发展趋势[J]. 马精格. 电子技术与软件工程. 2017(13)
[2]基于FPGA和USB3.0的通用数据传输系统设计[J]. 匡鹏,刘冲,王永纲. 微型机与应用. 2017(07)
[3]PCI及USB 3.0在高速数据传输系统中的应用研究[J]. 石永亮,秦丽,张会新,刘文怡,樊刘华. 现代电子技术. 2016(08)
[4]基于FPGA实现OmniVision图像传感器的SCCB总线协议[J]. 王水鱼,王欣. 微型机与应用. 2015(20)
[5]高速数据采集系统中USB3.0数据传输接口设计[J]. 杨少博,裴东兴,岳孝忠. 电子器件. 2015(04)
[6]基于USB3.0接口高速数据采集系统的设计[J]. 岳孝忠,裴东兴,王健. 电子器件. 2015(01)
[7]基于USB3.0协议的PC与FPGA通信系统的设计[J]. 杨翠翠,朱向东,李帆. 电子科技. 2014(10)
[8]基于USB3.0的图像采集系统硬件设计[J]. 杨晶菁,张浩. 微型机与应用. 2014(17)
[9]基于USB3.0设备控制器的固件设计[J]. 张聪,张涛. 电子器件. 2013(03)
[10]USB3.0协议分析与框架设计[J]. 索晓杰,翟正军,姜红梅. 计算机测量与控制. 2012(08)
硕士论文
[1]基于USB3.0与FPGA的图像采集处理系统研究[D]. 陈烁.深圳大学 2017
[2]基于FPGA和USB3.0的超高速数据采集系统设计[D]. 温建飞.中北大学 2016
[3]CMOS图像传感器测试平台的设计与实现[D]. 张克寒.大连理工大学 2016
[4]USB3.0高速实时数据采集与记录系统硬件设计[D]. 王早.电子科技大学 2016
[5]基于USB3.0的数据采集系统设计[D]. 颜航天.华中科技大学 2016
[6]基于FPGA和USB3.0的高速CMOS图像数据采集系统设计[D]. 赵健博.吉林大学 2015
[7]基于USB3.0的数据采集系统设计[D]. 谢秀峰.中北大学 2015
[8]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器设计[D]. 谭燕林.东南大学 2016
[9]基于USB3.0高分辨率摄像头图像采集系统设计[D]. 段建波.宁波大学 2014
[10]基于USB3.0的数据采集模块硬件设计[D]. 陈建.电子科技大学 2014
本文编号：3353935
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统框图
还不能进行数字化处理。因而电信号还要经过提高增益、滤除干扰/数字转换等一系列的处理，转变成计算机能处理的数据。图像数字化处理会出现信息的损失，这是采样和量化过程中不可避免的，但是保留的图像为我们所利用。CIS 的结构如图 2.2 所示，由感光像素阵列电路、行列选择电路、电荷增益模拟数字转换电路等组成。排列有序的像素（Pixel）单元组成感光阵列，照强度。当光线照射到像素单元时，通过光电二极管（Photodiode）产生并成电流，光照强度越强产生的电流就越大，然后由电容转换成电压值。在择对某一行或几行中的像素信号进行采集，由列控制器选择输出对应行的，再通过放大电路加强微弱信号的增益，经过 ADC（模数转换，Analog toverter）电路输出数字信号。感光阵列中的每一个像素都可以单独处理，还固定区域的像素输出，这展现出了 CIS 的灵活性，为后期的信号处理提供了
时序产生与系统控制逻辑（Timing generator and System control logic）等组成，支持 DVP和 MIPI 两种输出接口，可以在 2592*1944 的分辨率(500 万像素)下以每秒 15 帧的速度运行。内部还嵌入了一个微控制器，可以与自动对焦引擎和可编程通用 I/O 模块(GPIO)进行连接，控制外部自动对焦。为了识别和存储的目的，OV5640 还包括一个一次性可编程(OTP)内存。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CCD与CMOS图像传感器的现状及发展趋势[J]. 马精格. 电子技术与软件工程. 2017(13)
[2]基于FPGA和USB3.0的通用数据传输系统设计[J]. 匡鹏,刘冲,王永纲. 微型机与应用. 2017(07)
[3]PCI及USB 3.0在高速数据传输系统中的应用研究[J]. 石永亮,秦丽,张会新,刘文怡,樊刘华. 现代电子技术. 2016(08)
[4]基于FPGA实现OmniVision图像传感器的SCCB总线协议[J]. 王水鱼,王欣. 微型机与应用. 2015(20)
[5]高速数据采集系统中USB3.0数据传输接口设计[J]. 杨少博,裴东兴,岳孝忠. 电子器件. 2015(04)
[6]基于USB3.0接口高速数据采集系统的设计[J]. 岳孝忠,裴东兴,王健. 电子器件. 2015(01)
[7]基于USB3.0协议的PC与FPGA通信系统的设计[J]. 杨翠翠,朱向东,李帆. 电子科技. 2014(10)
[8]基于USB3.0的图像采集系统硬件设计[J]. 杨晶菁,张浩. 微型机与应用. 2014(17)
[9]基于USB3.0设备控制器的固件设计[J]. 张聪,张涛. 电子器件. 2013(03)
[10]USB3.0协议分析与框架设计[J]. 索晓杰,翟正军,姜红梅. 计算机测量与控制. 2012(08)
硕士论文
[1]基于USB3.0与FPGA的图像采集处理系统研究[D]. 陈烁.深圳大学 2017
[2]基于FPGA和USB3.0的超高速数据采集系统设计[D]. 温建飞.中北大学 2016
[3]CMOS图像传感器测试平台的设计与实现[D]. 张克寒.大连理工大学 2016
[4]USB3.0高速实时数据采集与记录系统硬件设计[D]. 王早.电子科技大学 2016
[5]基于USB3.0的数据采集系统设计[D]. 颜航天.华中科技大学 2016
[6]基于FPGA和USB3.0的高速CMOS图像数据采集系统设计[D]. 赵健博.吉林大学 2015
[7]基于USB3.0的数据采集系统设计[D]. 谢秀峰.中北大学 2015
[8]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器设计[D]. 谭燕林.东南大学 2016
[9]基于USB3.0高分辨率摄像头图像采集系统设计[D]. 段建波.宁波大学 2014
[10]基于USB3.0的数据采集模块硬件设计[D]. 陈建.电子科技大学 2014
本文编号：3353935
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