【正文】 武漢理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 FPGA 的圖像數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件 和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū) 不保密囗 。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 ： XX 專業(yè)班級(jí) ： XX 指導(dǎo)教師： XX 工作單位 ： XX 設(shè)計(jì) (論文 )題目 : 基于 FPGA 的圖像數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 在掌握學(xué)習(xí) FPGA的基本原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，完成 基于 FPGA的圖像數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn)。 要求完成的主要任務(wù) : 查閱不少于 15 篇的相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于 3 篇，完成開(kāi)題報(bào)告。 FPGA 基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 FPGA 外圍系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 完成不少于 5000 漢字 的英文文獻(xiàn)翻譯。 完成不少于 12020 字 的論文。 必讀參考資料： 1． 王慶友．光電技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社， 2020． 2． ． Development of Image Processing System Based on DSP and Measurement and Instruments， ， 2020July 18 2020． 3． Bob Zeidman著 , 趙宏圖譯．基于 FPGAamp。CPLD的數(shù)字 IC設(shè)計(jì)方法．北京：北京航空航天大學(xué)出版社． 指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： 院長(zhǎng)簽名 （ 章 ） 武漢理工大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為《基于 FPGA 的圖像數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》，是通過(guò)搭建硬件平臺(tái)以及用硬件描述語(yǔ)言來(lái)控制圖像處理和數(shù)據(jù)的采集及傳輸?shù)?。作為大學(xué)本科最重要的一次實(shí)踐性課程，我選擇這個(gè)課題主要是基于以下原因。 圖像數(shù)據(jù)的傳輸在當(dāng)今信息化時(shí)代已成為最普遍最重要的技術(shù)，在通信、衛(wèi)星、遙感、導(dǎo)航、監(jiān)控等各項(xiàng)技術(shù)中，圖像數(shù)據(jù)采集前端都是必須的。與我們生活聯(lián)系較為緊密的就很多，如攝像機(jī)、照相機(jī)、視頻系統(tǒng)等等。數(shù)據(jù)的傳輸和控制的精確度和準(zhǔn)確性都會(huì)影響人或機(jī)器 的下一步操作。因此，作為一種基本技術(shù)，在各領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)其研究都是十分深入的，已經(jīng)有各種方法對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。 目前國(guó)內(nèi)外的圖像數(shù)據(jù)采集手段多種多樣，在主控制模塊上有基于 ARM 的，有基于 DSP 的，還有基于專用單片機(jī)的；在數(shù)據(jù)和控制信號(hào)傳輸上有基于 的，有基于 RS232 串行通信的，或是 EPP 并行方式的；圖像傳感器上既有采用CCD 的，也有采用 CMOS 的。但目前市場(chǎng)上和技術(shù)實(shí)現(xiàn)上是以 FPGA 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列為主控的最為普遍。南京林大的洪冠和南京鐵職的趙茂成等 人在“基于 PLC的肉碎骨圖像采集控制系統(tǒng)中”采用可編程邏輯器件 PLC 為控制核心，控制激光CCD 和 X 射線相機(jī)實(shí)現(xiàn)碎骨圖像采集，獲得較高的圖像分辨率。北京航空航天大學(xué)的任貴偉和張海在“基于 ARM 緊湊型圖像采集系統(tǒng)”中利用 ARM7（ LPC2210）與 CMOS（ OV7620）實(shí)現(xiàn)了一個(gè)緊湊型圖像采集、處理系統(tǒng) ； 利用 LPC2210 數(shù)據(jù)總線的工作方式，有效地消除了 OV7620 對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的干擾。 SCCB 控制，圖像數(shù)據(jù)的采集、處理以及傳輸都由一片 LPC22lO 完成，特別適合于對(duì)功耗、體積要求較嚴(yán)格的嵌入式應(yīng)用。 此次我 的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求以 FPGA 為平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)控制圖像和數(shù)據(jù)的傳輸，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有類似的研究設(shè)計(jì)并取得了相關(guān)成果，我此次則是期望通過(guò)個(gè)人的能力能設(shè)計(jì)出基于 FPGA 的圖像數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)更簡(jiǎn)化、精確、有效，并能應(yīng)用于某一領(lǐng)域。 此外，就我個(gè)人來(lái)說(shuō)，由于本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是利用 FPGA，這是一門既成熟又非常具有實(shí)用性的學(xué)問(wèn)，在本科期間只接觸了皮毛，現(xiàn)欲利用這一機(jī)會(huì)，對(duì)該課程進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，使自己額外掌握一項(xiàng)技能，爭(zhēng)取通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)掌握 FPGA的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)用基本知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)工作奠定基礎(chǔ)，作為一名電子信息類專業(yè)的理科生，掌握了數(shù)模電、單片機(jī)、編程語(yǔ)言的同時(shí)，邏輯可編程器件相關(guān)的知識(shí)也很重要。本次研究希望設(shè)計(jì)出一種能夠在某一專用場(chǎng)所使用的圖像數(shù)據(jù)傳輸器控制系統(tǒng)。 基本內(nèi)容和技術(shù)方案 數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)其實(shí)是利用 FPGA 芯片控制數(shù)據(jù)采集前端采集到的原始信號(hào)依次進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理等操作后儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器里，可供 CPU 讀取進(jìn)行運(yùn)算和處理后，再傳輸?shù)酵獠拷K端，系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)作和反應(yīng)都由 FPGA 控制。而本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容則為圖像數(shù)據(jù)的傳輸控制，即是要利用 FPGA 芯片控制圖像傳感器（本次利用的是 CMOS 傳感器）獲取圖像信號(hào)， 再將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò) FPGA控制 ,對(duì)此圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理后，將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到儲(chǔ)存器（或是顯示到監(jiān)視設(shè)備）。 技術(shù)方案上，本次設(shè)計(jì)將通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行原理方案的設(shè)計(jì)，然后選取合理FPGA 芯片及 CMOS 傳感器和其它外圍的硬件器件，搭建成具可行性的電路，編寫(xiě)出相應(yīng)的控制程序。這一系列工作都先將借助于 Quartus II 這個(gè) FPGA 設(shè)計(jì)仿真專用平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證及仿真工作，在電路上還可能會(huì)用到其他相關(guān)的電子電路設(shè)計(jì)平臺(tái)。 此外，本次設(shè)計(jì)將采用仿真與實(shí)際相結(jié)合的研究方法。在計(jì)算機(jī)上的軟件上建立一個(gè)仿真系 統(tǒng)，對(duì)各原始數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算設(shè)計(jì)一套流程和算法，在仿真獲得成功的情況下，將會(huì)利用 FPGA 開(kāi)發(fā)板和外圍電路做出實(shí)物。 進(jìn)度安排 第 1－ 3 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究?jī)?nèi)容，確定方案，完成開(kāi)題報(bào)告。 第 4－ 7 周 ： 了解研究所需 要掌握的基本知識(shí)和能力，通過(guò)自學(xué)和向他人學(xué)習(xí)來(lái)掌握這些知識(shí)能力 。 第 8－ 10 周： 學(xué)習(xí)開(kāi)始動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行調(diào)試使?jié)M足基本要求，開(kāi)始進(jìn)行論文的撰寫(xiě) 。 第 12－ 14 周：完成并修改畢業(yè)論文。 第 15 周 ： 準(zhǔn)備論文答辯。 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指 導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................ I Abstract ...........................................................................................................................................II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 論文的目的意義 ...................................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究背景 ...................................................................................................................... 1 論文的主要內(nèi)容 ...................................................................................................................... 2 2 基于 FPGA 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 3 FPGA 簡(jiǎn)介 ................................................................................................................................ 3 Cyclone II 系列芯片 ................................................................................................................. 7 Quartus II 簡(jiǎn)介 .......................................................................................................................... 8 HDL 描述語(yǔ)言簡(jiǎn)介 ................................................................................................................ 10 3 圖像傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 13 系統(tǒng)總體方案 ........................................................................................................................ 13 各模塊器件的選擇 ................................................................................................................ 13 4 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................................... 16 圖像數(shù)據(jù)采集模塊 ................................................................................................................. 16 圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 .................................................................