2007_基于OV7640的高速数字图像采集系统的设计

摘要随着机器视觉的广泛应用，以及工业4.0和“中国制造2025”的提出，在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。

传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。

一种基于FPGA和USB3.0高速接口，进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。

针对高速传输和实时传输这两点要求，通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构，实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输，并由上位机进行可视化操作和数据的保存。

整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计，并对系统各模块进行了测试和仿真验证。

通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作，验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。

在系统硬件设计部分，采用OV5640传感器作为采集前端，选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片，由DDR2存储芯片进行数据缓存，采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口，完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。

系统软件设计，主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。

通过在FPGA上搭建“软核”的方式，由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。

由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。

通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制，在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。

上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计，从而完成整体图像采集数据通路，并在上位机中显示和保存。

整体设计实现预期要求，各模块功能正常，USB3.0传输速度稳定在320MB/s，通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080，与传感器寄存器设置一致，采集卡图像采集帧率为30fps，滤波及边缘检测预处理符合要求，采集系统具有实际应用价值和研究意义。

基于FPGA的高速数据采集系统的电路设计王建秋【摘要】传统的高速数据采集系统设计方法是利用单片机和硬件FIFO对信号进行采集,但这种系统控制单一,且不易升级。

FPGA电路逻辑关系清晰,芯片时延性小、速度快,且可用VHDL或VerilogHDL来描述其内部逻辑电路,便于修改和升级。

如果在高速数据采集系统中采用FPGA控制器,将会极大地提高系统的稳定性与可靠性。

本文设计了一个基于FPGA的高速数据采集系统,对其硬件电路部分进行了设计。

%Ttraditional high_speed data acquisition system design method is carries on gathering using the monolithic integrated circuit and hardware FIFO to the signal,but this systems control is unitary,also is difficultly promoted.FPGA is of circuit logic legible【期刊名称】《潍坊学院学报》【年(卷),期】2011(011)004【总页数】4页(P16-19)【关键词】FPGA;数据采集系统;电路设计【作者】王建秋【作者单位】潍坊职业学院,山东潍坊261031【正文语种】中文【中图分类】TP274.2高速数据采集系统是现在电子信息同步实时处理系统方面的重要环节之一,在某些情况下,必须采用高速数据采集技术才能满足信息处理的同步性与准确性。

从现有的技术和产品来分析,低速、低分辨率的数据采集技术已相当成熟,实现起来比较容易,单片ADC即可满足要求,而目前我国的高速数据采集技术水平相对于世界先进的水平来讲比较落后,是我国信息通讯技术的一个颈瓶。

本文主要侧重基于FPGA 技术的高速数据采集系统硬件方面的电路设计进行研究。

1 数据采集系统的实现原理本文设计的高速、高精度数据采集系统的数据功能流程如图1所示,它主要包括三大部分:第一部分是前端的数据采集与转换,即自然信号的采集与转换的过程。

基于STM32的图像动态采集系统摘要随着科技水平的提高，ARM的应用越来越广泛。

本论文旨在对ARM的深入学习，论文对 STM32驱动OV7670图像传感器、以及图像在SSD1289驱动控制芯片的显示、以及图片在SD卡上以文件形式的存储和读取进行了初步的探索和研究。

设计过程中多亏了前辈们的刻苦、钻研留下了宝贵的资料。

对OV7670的驱动程序的开发，主要是引脚的学习和寄存器的配置，对SD卡图片存储的开发采用的是文件的方式存储，简单地说，就是存储的到SD卡上图片能在电脑上直接打开。

期间牵扯到移植文件系统FATFS到STM32上，以前没有这方面的开发经验，主要参考前人的经验。

SSD1289驱动程序主要也是一些引脚和寄存器的配置。

开发过程中牵扯到STM32的中断向量表的配置等很多基础知识，在图片存储过程中则牵扯到很多存储格式的问题，使问题变得复杂化，最后通过查阅相关资料都一一解决。

经过对STM32开发板和OV7670等芯片的学习，最后实现了图像的动态显示、图片的实时采集、存储和读取。

设计过程中碰到了很多问题、一些与课题相关的问题基本都解决了，还有些不属于本论文研究范围的，比如图片的优化显示、清晰度，虽然可以通过驱动程序让清晰度更高，但更多的与芯片本身性能有关，没去做深入的探索和研究。

关键词：STM32，OV7670，SD卡，SSD1289，驱动Based on the dynamic STM32 image acquisition systemABSTRACTWith the improvement of science and technology level, ARM used more widely. This paper aims to further study of the ARM, paper STM32 drive to OV7670 image sensor, and image in the SSD1289 drive control chip of the display, and images on the SD card to file form of storage and read a preliminary exploration and research.The design process of thanks to predecessor, studied hard left invaluable material. To OV7670 driver development, mainly is the pin learning and register configuration, SD card to the development of the storage of the picture is the way file storage, say simply, it is stored to SD card pictures can open direct on the computer. Involved in transplantation during the file system FATFS to STM32, before the development experience, main reference previous experience. SSD1289 driver is primarily some pin and registers configuration. The development process STM32 involved in the interruption of the configuration and many to scale basic knowledge, in the photo storage process is involved in a lot of storage formats, become more complicated, and finally by consulting relevant material all 11 to solve.After the STM32 development board and OV7670 etc chip learning, and finally realize image, the dynamic display of the picture of the real-time data acquisition, storage and read. In the process of design met with many problems, some of the problems and issues related to the basic are solved, and some do not belong to this research scope of, such as pictures of the optimization of the display, definition, although can through the driver let more clear, but more about performance and chip itself, not to do in-depth exploration and research.Key words: STM32, OV7670, SD card, SSD1289, drive目录前言 0第1章STM32处理器概述 (2)STM32简介 (2)Cortex-M3内核简介 (2)STM32开发板资源介绍 (12)STM32中断 (12)第2章×××××× (13)×××××× (13)×××××× (13)×××××× (13)×××××× (14)×××××× (14)第3章×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)×××××× (15)第4章×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)×××××× (16)第5章×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)×××××× (17)结论 (18)谢辞 (19)参考文献 (20)附录 (22)外文资料翻译 (23)前言随着社会智能化程度的提高，特别是近年来物联网的发展，图像动态采集越来越多地应用到社会的各个领域。

高速数据采集系统的设计与实现Ξ庞晓晖　胡修林　张蕴玉　(华中理工大学电信系　武汉　430074)胡　炜　(中国航天工业总公司第三研究院　北京　100074)摘要　高速数据采集技术是宽带模拟信号数据采集的关键技术,在现代仪器仪表等领域中得到广泛应用。

本文介绍一种250M SPS数据采集存储卡及其与计算机接口电路的工作原理、设计思想和实现方案。

本系统采用多路合成方案实现多路低速A D合成一路高速A D,减小了电路实现难度,提高了系统工作的可靠性。

采用内存直接映射的接口方案,实现采集扩展存储器在高速数据采集卡和计算机间的共享;完成高速采样数据向计算机的传输。

本文最后对系统性能和调试结果进行了理论分析。

关键词　高速A D转换　存储　接口　性能分析The D esign and I m plem en ta tion of H igh Speed Da ta Acqu isition SystemPang X iaohu i H u X iu lin Zhang Yunyu(D ep t,of E lectronics and Inf or m ation　H uaZ hong U nive of S cience and T echnology　W uH an　430074P.R.C.)H u W ei　(T he3rd R esearch A cad e m y of CA S C　B eij ing　100074)Abstract　T he technique of h igh speed data acquisiti on,w h ich iscomp rehensively app lied in advanced m easuring instrum entati on,is a key part of w ide band analog signal data acquisiti on.T he article analyzes in detail the p rin2 ci p le and the i m p lem entati on of a250M SPS acquisiti on system.In th is system,the schem e of m ulti2channel syn2 thesis is app lied to i m p lem ent h igh speed AD conversi on w ith low er speed AD conversi on,w h ich effectively de2 creases the difficulty of the system i m p lem entati on and enhances the system reliability.M o reover,the interface m ethod of direct m emo ry m ap is adop ted to i m p lem ent the data sharing betw een h igh speed data acquisiti on card and computer,realizing h igh speed data trans m issi on from AD card to computer.F inally,the article analyzes the system perfo rm ance theo retically.Key words　H igh speed A D conversi on　M emo ry　Interface　Perfo rm ance analysis1　引 言在现代电子测量、仪器仪表等领域,经常涉及对宽带信号进行数据采集和存储。

基于OV7670的图像采集及显示系统设计摘要：介绍了一种采用OV7670图像传感器采集图像数据，并以Altera的NIOSII软核处理器作为主控制器的系统设计。

此设计实现了高速的图像数据采集，并可将图像数据通过2.8寸的TFT液晶显示屏实时显示出来。

关键词：图像传感器；SCCB总线；NIOSII；图像数据；TFTLCD中图分类号：TP273 文献标识号：A1、系统设计本系统采用的FPGA为Altera的Cyclone II系列的EP2C8Q208，具有8256个LEs，36个M4K RAM blocks (4Kbits plus 512 parity bits），同时具有165,888bit的RAM，支持18个Embedded multipliers和2个PLL，资源配备十分丰富。

在它里面配置了NIOSII软核处理器，工作时钟频率可达到100MHz以上，并能稳定运行。

图像数据的采集控制以及TFT 液晶图像显示控制都是由FPGA完成，为获取高质量的图像数据及显示提供可靠保障。

2、图像数据采集2.1 SCCB总线图2 SCCB时序图SCCB总线的驱动程序由NIOSII软核来模拟SCCB时序完成。

先在SOPC Builder中配置两个IO口模块，一个设置为输出口SIO_C，另一个做为双向口SIO_D，如图3所示。

然后在Nios II IDE 软件中用C语言根据SCCB协议编写驱动程序。

图3 SCCB接口的硬件配置2.2图像数据处理输入信号OV7670_VSYNC是图像传感器的帧同步信号，当帧同步信号为低时输出图像数据，为高时结束一帧图像数据的输出。

tftlcd_wr输出信号为TFTLCD的写时钟信号,在时钟的上升沿把16位的像素数据tftlcd_DATA[15:0]写入到TFTLCD的GRAM中。

图5为图像数据处理模块仿真时序图，满足了设计的要求。

图5 OV7670图像数据处理模块仿真时序图3、图像数据的显示由图像传感器输出的图像数据经过处理后传送到TFTLCD显示。