【正文】 存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)奇幀和偶幀數(shù)據(jù)。wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 1。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 wr_en0 = 0。 else if( href) next = h。end h:begin if(vsync) next = f。 else next = f。end e:begin if(vsync) next = f。 else next = c。end b:begin if(!vsync) next = c。 (為存儲(chǔ)器片選信號(hào)，高電平有效 ) wr_en0 = 0。 (垂直同步信號(hào) ) input href?？梢?， FPGA對(duì)圖像傳感器初始化后，選通視頻寄存器開始接收數(shù)據(jù)。web = 1。csb= 0。b0010。oeb = 1。end(設(shè)置寄存器 MCTL) e: begin a = 439。b00000000。 web = 0。data = 839。csb= 0。b0111。oeb = 1。 (數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)使能 ) 22 輸出信號(hào)的設(shè)置如下： (初始狀態(tài)：總線在空閑時(shí)為高阻態(tài) ) aa:begin a = 439。 (地址線 ) inout [7:0] data。 系統(tǒng) 軟件 初始化 圖像傳感器初始化，包括設(shè)置圖像傳感器的圖像窗口、幀頻、曝光時(shí)間等。它是作為專用集成電路 (ASIC) 領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的 , 解決了定制電路的不足 , 又克服了原有可編程門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。兩片 SRAM 可以進(jìn)行 16位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這樣 OV7670可以根據(jù)需要配置為 8 位或 16位數(shù)據(jù) 的工作模式，提高了系統(tǒng)的靈活性。 SCCB總線傳輸?shù)膯?dòng)和停止條件如圖 ： 圖 SCCB總線時(shí)序圖 過程：采用簡(jiǎn)單的三相 (Phase)寫數(shù)據(jù)的方式，即在寫寄存器的過程中先發(fā)送 OV7670 的 ID 地址（ ID Address），然后發(fā)送寫數(shù)據(jù)的目地寄存器地址（ Sub_address），最后發(fā)送要寫入的數(shù)據(jù)（ Write Data） ,見圖 3。 SCCB（ Serial Camera Control Bus）是和 I2C相同的一個(gè)協(xié)議。 SCCB控制總線功能的實(shí)現(xiàn)完全是依靠 SIO_C、 SIO_D兩條總線上電平的狀態(tài)以及兩者之間的相互配合實(shí)現(xiàn)的。而 SCCB的讀周期，則增加一個(gè)總線停止條件。不然在發(fā)送讀命令時(shí)，從機(jī)將不能產(chǎn)生 Don’t care響應(yīng)信號(hào)。 SCCB 的總線時(shí)序與 I2C 基本相同，它的響應(yīng)信號(hào) ACK被稱為一個(gè)傳輸單元的第 9位，分為 Don’t care和 NA。 最大幀率 30fpsVGA 靈敏度 (Luxsec) 信噪比 46 dB 動(dòng)態(tài)范圍 52 dB 瀏覽模式 逐行 電子曝光 1行到 510行 像素面積 μm x μm 暗電流 12 mV/s at 60℃ Well capacity B 17Ke 影響區(qū)域 封裝尺寸 3785umx4235um 注釋： A: 如果使用內(nèi)部 LDO給核供電（ ),I/O電壓應(yīng)該是 ,否則必須使用外部 。當(dāng)下一個(gè) VSYNC信號(hào)的上升沿到來時(shí) , 就表明分辨率 640*480 的 圖像采集過程結(jié)束。 PCLK 是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)。在仔細(xì)研究了 OV7670 輸出同步信號(hào) (VSYNC 是垂直同步信號(hào)、 HREF 是水平同步信號(hào)、 PCLK 是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào) ) 的基礎(chǔ)上 , 用 C 語言實(shí)現(xiàn)了采集過程起始點(diǎn)的精確控制。如果給連續(xù)的寄存器寫數(shù)據(jù) , 寫完一個(gè)寄存器后 ,OV7670 會(huì)自動(dòng)把寄存器地址加 1, 程序可繼續(xù)向下寫 , 而不需要再 次輸入地址 , 從而三相寫數(shù)據(jù)變?yōu)榱藘上鄬憯?shù)據(jù) , 由于本系統(tǒng) 15 中只需要對(duì)有限個(gè)不連續(xù)寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改 , 如果采用對(duì)全部寄存器都加以配置這一方法的話 , 會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間和資源 , 所以我們只對(duì)需要更改數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行寫數(shù)據(jù)。 為了避免傳送無用的信息位 ,分別在傳輸開始之前、傳輸結(jié)束之后將 SIO_D 設(shè)置為高電平。 通過 SCCB 總線設(shè)置 OV7670 的幀頻 系統(tǒng)上電后需要對(duì) CMOS 圖像傳感器進(jìn)行初始化 , 以確定采集圖像的開窗位置、開窗大小和黑白工作模式等。 抗輻射能力強(qiáng)： CMOS集成電路中的基本器件是 MOS晶體管，屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電器件。 溫度穩(wěn)定性能好：于 CMOS集成電路的功耗很低，內(nèi)部發(fā)熱量少，而且， CMOS電路線路結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)都具有對(duì)稱性，在溫度環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，某些參數(shù)能起到自動(dòng)補(bǔ)償作用，因而 CMOS集成電路的溫度特性非常好。 力強(qiáng)： MOS集成電路的電壓噪聲容限的典型值為電源電壓的 45%，保證值為電源電壓的 30%。國(guó)產(chǎn)CC4000系列的集成電路，可在 3~18V電壓下正常工作。 13 功耗低： CMOS集成電路采用場(chǎng)效應(yīng)管，且都是互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，工作時(shí)兩個(gè)串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)管總是處于一個(gè)管導(dǎo)通，另一個(gè)管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。它體積小、工作電壓低，提供單片 VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能。隨著技術(shù)的發(fā)展， CMOS 圖像傳感器正在向高靈敏度、高分辨率、高動(dòng)態(tài)范圍、集成化、數(shù)字化、智能化的 “片上相機(jī) ”解決方案方向發(fā)展。 CMOS 傳感器中每一個(gè)感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號(hào)之后，電信號(hào)首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的 數(shù)字信號(hào)。 在接受光照之后，感光元件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流，電流大小與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)，因此感光元件直接輸出的電信號(hào)是模擬的。 每個(gè)感光元件對(duì)應(yīng)圖像傳感器中的一個(gè)像點(diǎn)，由于感光元件只能感應(yīng)光的強(qiáng)度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。但在周邊組成上，CCD的感光元件與 CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了 感光二極管之外，包括一個(gè)用于控制相鄰電荷的存儲(chǔ)單元，感光二極管占據(jù)了絕大多數(shù)面積 —換一種說法就是， CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強(qiáng)的光信號(hào)，對(duì)應(yīng)的輸出電信號(hào)也更明晰?？梢?CMOS與 CCD圖像傳感器互為補(bǔ)充，不會(huì)出現(xiàn)誰消滅誰的結(jié)局，在可預(yù)見的未來將并存發(fā)展，共同繁榮圖像傳感器市場(chǎng)。隨著 CCD與 CMOS傳感技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)。 綜上所述： CMOS與 CCD圖像傳感器相比，具有功耗低、攝像系統(tǒng)尺寸小，可將信號(hào)處理電器與 CMOS圖像傳感器集成在一個(gè)芯片上等優(yōu)點(diǎn)。 CMOS像感器設(shè)計(jì)者都采用將模數(shù)轉(zhuǎn)換（ ADC）作在每個(gè)像元中，使 CMOS傳感器信號(hào)讀出速率可達(dá)1000PIXELS/S。 CMOS傳感器設(shè)計(jì)者采用在不同時(shí)間對(duì)不同行進(jìn)行曝光的滾動(dòng)快門方式解決此問題，這種方式減少了像元中是晶體管，提高了占空比，但在高性能應(yīng)用中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)會(huì)出現(xiàn)明顯的圖像變形，因此只適合 某些商業(yè)應(yīng)用。 電子快門：快門代表了任意控制曝光開始和停止的能力。 CCD圖像傳感器靈敏度較 COMS圖像傳感器高 30%50%。 CCD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷都會(huì)依次傳送到下一個(gè)象素中，由最底端部分輸出會(huì)，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出：而在COMS傳感器中，每個(gè)象素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器 A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。 OV7670圖像數(shù)據(jù)采集板主要完成圖像數(shù)據(jù)采集，其圖像數(shù)據(jù)總線、幀圖像數(shù)據(jù)時(shí)鐘、幀同步信 號(hào)、行同步信號(hào)與 FPGA圖像數(shù)據(jù)接收緩存板相連， FPGA協(xié)調(diào)兩片 SRAM“乒乓模式 ”的讀寫操作，并完成模塊的外部接口。它主要包括圖像存儲(chǔ)器單元、 CMOS攝像頭接口、 PC機(jī)總線接口等。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。 圖像采集 7 圖像傳感器 COMS圖像傳感器是近幾年發(fā)展較快的新型圖像傳感器，由于采用了相同 COMS技術(shù)，因此可以將像素陣列與外圍支持電路集成在同一塊芯片上，是一個(gè)完整的圖像系統(tǒng)。可編程邏輯器件的兩個(gè)主要類型是：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)和復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD)，與 CPLD 相比， FPGA 可提供更高的邏輯密度、更豐富的特性和更高的性能。 6 第 2 章 系統(tǒng)方案 FPGA開發(fā)環(huán)境 數(shù)字電子領(lǐng)域中三種基本的器件類型為：存儲(chǔ)器件、微處理器和邏輯器件。 當(dāng)用戶通過原理圖或 HDL 語言描述了一個(gè)邏輯電路以后， PLD/FPGA 開發(fā)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算邏輯電路的所有可能結(jié)果，并把真值表 ( 即結(jié)果 ) 事先寫入 RAM，這樣，每輸入一個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算就等于輸入一個(gè)地址進(jìn)行查表，找出地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，然后輸出即可。而 FPGA不同邏輯可以并行執(zhí)行 ,可以同時(shí)處理不同任務(wù) ,這就導(dǎo)致了 FPGA工作更有效率?？梢哉f， FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA的編程無須專用的 FPGA編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM編程器即可。 FPGA是由存放在片內(nèi) RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的 RAM 進(jìn)行編程。 FPGA 如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。用戶可對(duì) FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯。與此同時(shí)，這類應(yīng)用所要求的功能、性能和復(fù)雜度也在增加，但卻不能以增加電池為代價(jià)。無線通信、工業(yè)、科學(xué)及測(cè)量、醫(yī)療設(shè)備、音視頻廣播、汽車、計(jì)算、存儲(chǔ)應(yīng)用和快速發(fā)展的消費(fèi)品市場(chǎng)，都成為 FPGA業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝幾乎都會(huì)在第一時(shí)間被應(yīng)用在 FPGA產(chǎn)品上。而應(yīng)用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進(jìn)趨勢(shì)越來越明顯：一方面， FPGA供應(yīng)商致力于采用當(dāng)前最先進(jìn)的工藝來提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本；另一方面，越來越多的通用 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）或客戶定制 IP 被引入 FPGA中，以滿足客戶產(chǎn)品快速上市的要求。本文介紹了一種基于 FPGA的圖像采集系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)需要對(duì) FPGA 內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O模塊重新配置 ,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)；而且采用這種設(shè)計(jì)方案 ,便于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤 ,能夠有效地縮短研發(fā)時(shí)間，提高工作效率。圖像采集系統(tǒng)在當(dāng)今工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用，如使用在遠(yuǎn)程監(jiān)控、安防、遠(yuǎn)程抄表、可視電話、工業(yè)控制、 圖像模式識(shí)別、醫(yī)療器械等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從 原來的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等廣泛