【正文】 ， CMOS電路尚有微量靜態(tài)功耗。隨著電源電壓的增加，噪聲容限電壓的絕對(duì)值將成比例增加。各種射線、輻射對(duì)其導(dǎo)電性能的影響都有限，因而特別適用于制作航天及核實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在數(shù)據(jù)傳輸期間 , SIO_D 上數(shù)據(jù)的傳輸受 SIO_C 的控制 , 當(dāng) SIO_C 為低電平時(shí) , SIO_D 上數(shù)據(jù)有效 , SIO_D 為穩(wěn)定數(shù)據(jù)狀態(tài) , SIO_C 每出現(xiàn)一正脈沖 ,將傳送一位數(shù)據(jù)。圖 表示了圖像采集期間三個(gè)同步信號(hào)的時(shí)序關(guān)系示意圖。 OV7670 OV7670的功能如下： 高靈敏度適合低照度應(yīng)用；低電壓適合嵌入式應(yīng)用；標(biāo)準(zhǔn)的 SCCB接口，兼容I2C接口； RawRGB,RGB(GRB4:2:2,RGB565/555/444),YUV(4:2:2)和 YCbCr (4:2:2)輸出格式；支持 VGA,CIF,和從 CIF到 40x30的各種尺寸； Vario Pixel 子采樣方式；自動(dòng)影響控制功能包括：自動(dòng)曝光控制、自動(dòng)增益控制、自動(dòng)白平衡，自動(dòng)消除燈光條紋、自動(dòng)黑電平校準(zhǔn) .圖像質(zhì)量控制包括色飽和度、色相、伽瑪、銳度和 ANTI_BLOOM；ISP具有消除噪聲和壞點(diǎn)補(bǔ)償功能；支持閃光燈： LED燈和氙燈；支持圖像縮放；鏡頭失光補(bǔ)償； 50/60Hz自動(dòng)檢測(cè)；飽和度自動(dòng)調(diào)節(jié)（ UV調(diào)整）；邊緣增強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；降噪自動(dòng)調(diào)節(jié)。 Don’t care位由從機(jī)產(chǎn)生 。 SCCB是和 I2C相同的一個(gè)協(xié)議。 SIO_C和 SIO_D分別為 SCCB總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線。 對(duì) SRAM 的要求：其內(nèi)部完全由靜態(tài)異步電路構(gòu)成，無(wú)需輸入時(shí)鐘信號(hào)，也不必對(duì)芯片進(jìn)行刷新，即可直接對(duì)無(wú)用數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋。該部分程序基于狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，全部采用默認(rèn)值，通過(guò)修改實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)置達(dá)到滿意的圖像效果，狀態(tài) aa、 b、 c、 d、 e、 f、 start 為順序執(zhí)行，部分程序如下： input cam_clk。b0110。data = 839。b00000000。oeb = 1。csb= 0。 web = 0。 圖 初始化程序仿真圖 接收數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用兩片 SRAM 存儲(chǔ)器，每片每次存儲(chǔ)一幀圖像，當(dāng)寫完第一 幀后，外部連接的微處理器可以根據(jù)需要取出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而控制器可以繼續(xù)將下一幀圖像寫入另一片存儲(chǔ)器。 (為存儲(chǔ)器 0寫信 號(hào)，高電平有效 ) wr_en1 = 0。end d:begin if(vsync) next = b。end g:begin if(vsync) next = f。 else next = i。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 1。wr_en1=0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。wr_en1 = 0。 else if(!href) next = i。 else if( href) next = d。 else next = b。 (水平同步信號(hào) ) input pclk。a = 439。data = 839。b0001。end (設(shè)置寄存器 FRCTL 得到最高幀頻 ) d: begin a = 439。 web = 0。csb= 0。 (雙向數(shù)據(jù)線 ) output csb。 CMOS 寄存器配置時(shí)序的 VHDL描述 時(shí)序部分的主要功能是驅(qū)動(dòng) CMOS 圖像傳感器的正常工作 , 驅(qū)動(dòng) 時(shí)序的要求使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)規(guī)模較大 , 復(fù)雜程度高 , 很難用傳統(tǒng)的方式描述 ,必須采用更高層次的描述方法 , 實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì) , 因此可以用 VHDL 語(yǔ)言與 FPGA 器件結(jié)合 , 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是用 VHDL 語(yǔ)言描述 SCCB的配置時(shí)序關(guān)系。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 ID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)只需對(duì)有限個(gè)不連續(xù)寄存器進(jìn)行配置，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)。 SCCB總線傳輸?shù)膯?dòng)和停止條件如圖 過(guò)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(guò)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(jiàn)圖 3。 由于 I2C和 SCCB的一些細(xì)微差別，所以采用 GPIO模擬 SCCB總線的 方式。 B: 決定動(dòng)態(tài)范圍大小和靈敏度的硬件條件 , 當(dāng)光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換出來(lái)的電荷要儲(chǔ)存在電勢(shì)阱中，阱也就起到暫時(shí)儲(chǔ)存電荷的作用，但當(dāng)儲(chǔ)存的電荷超過(guò)阱的最大容量時(shí)就會(huì)出現(xiàn)溢出，所以為了防止溢出造成數(shù)據(jù)丟失及產(chǎn)生噪聲，就要及時(shí)轉(zhuǎn)移電荷 。當(dāng) HREF 為高電平期間 , 才能開(kāi)始有效的數(shù)據(jù)采集 , PCLK 下降沿的到來(lái)表明數(shù)據(jù)的產(chǎn)生 , PCLK 每出現(xiàn)一個(gè)下降沿傳輸一位數(shù)據(jù)。對(duì)于每一個(gè)變化的寄存器 , 都采用三相寫數(shù)據(jù)的方法。這些參數(shù)是受 OV7670 內(nèi)部相應(yīng)寄存器的值控制的 , 可通過(guò) SCCB 總線對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。一般陶瓷金屬封裝的電路，工作溫度為 55 ~ +125℃ ；塑料封裝的電路工作溫度范 圍為 45 ~ +85℃ 。 邏輯擺幅大： CMOS集成 電路的邏輯高電平 “1”、邏輯低電平 “0”分別接近于電源高電位 VDD及電影低電位 VSS。通過(guò) SCCB 總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率 8 位影響數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，在 CMOS 傳感器中，每一個(gè)感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出，所得數(shù)字信號(hào)合并之后被直接送交 DSP 芯片處理 —問(wèn)題恰恰是發(fā)生在這里， CMOS 感光元件中的放大器屬于模擬器件，無(wú)法保證每個(gè)像點(diǎn)的放大率都保持嚴(yán)格一致，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無(wú)法代表拍攝物體的原貌 —體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于 CCD傳感器。在這方面，不同的傳感器廠商有不同的解決方案，最常用的做法是覆蓋 RGB紅綠藍(lán)三色濾光片，以 1： 2：1的構(gòu)成由四個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)彩色像素（即紅藍(lán)濾光片分別覆蓋一個(gè)像點(diǎn)，剩下的兩個(gè)像點(diǎn)都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對(duì)綠色較為敏感。根據(jù) KODAK公司的預(yù)測(cè)，未來(lái) 10年 CCD仍將占據(jù)高性能圖像傳感器市場(chǎng)， CMOS隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與成熟，也將在高端市場(chǎng)占據(jù)一席之地。但其圖像質(zhì)量（特別是低照度環(huán)境下）與系統(tǒng)靈活性與 CCD的相比相對(duì)較低。此外可采用較大尺寸的像元以兼顧圖像高性能和具有與 CCD類似的同時(shí)曝光的電子快門功能。這主要因?yàn)?CCD像元耗盡區(qū)深度可達(dá) 10MM，具有可見(jiàn)光及近紅外光譜段的完全收集能力。 8 地址 數(shù)據(jù) / 總線 地址 WR RD CS 總線 圖像數(shù)據(jù) READY Pclk Dclk Vsync Hsync 數(shù)據(jù)總線 地址 數(shù)據(jù) / 總線 地址 WR RD CS 總線 圖 圖像采集系統(tǒng)框圖 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì) 基于 FPGA的 CMOS圖像傳感器系統(tǒng)接口如圖 。所有圖像處理功能過(guò)程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等都可以通過(guò) SCCB接口編程。 可編程邏輯器件與固定邏輯器件相比，其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面： (1)在設(shè)計(jì)過(guò)程中為客戶提供了更大的靈活性，因?yàn)閷?duì)于可編程邏輯器件來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)反復(fù)只需要簡(jiǎn)單地改變編程文件就可以了，而且設(shè)計(jì)改變的結(jié)果可立即在工作器件中看到； (2)不需要漫長(zhǎng)的前置時(shí)間來(lái)制造原型或正式產(chǎn)品，因?yàn)榭删?程邏輯器件已經(jīng)十分活躍于市場(chǎng)中，購(gòu)買方便； (3)不需要客戶支付高昂的一次性工程費(fèi)用 (Non． Recurdng Enginneering,M迎 )和購(gòu)買昂貴的掩膜組，因?yàn)榭梢栽谕粋€(gè)芯片中重復(fù)編程，實(shí)現(xiàn)不同的功能，這樣便可延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用周期，從而分?jǐn)傎?gòu)買芯片時(shí)所花的成本； (4)允許客戶在需要時(shí)僅定購(gòu)所需要的數(shù)量，從而使客戶可控庫(kù)存； (5)可以進(jìn)行重新編程，有了可編程邏輯器件之后，對(duì)于設(shè)備新功能的增加和升級(jí)，只需要將新的編程文件下載到可編程邏輯器件中，就可以在系統(tǒng)創(chuàng)建新的硬件邏輯； (6)有越來(lái)越多的知識(shí)產(chǎn) 權(quán) (口 )核心庫(kù)的支持。從表中可以看到， LUT 具有和邏輯電路相同的功能。 與單片機(jī)相比， FPGA具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1),FPGA運(yùn)行速度快 ： FPGA內(nèi)部集成鎖項(xiàng)環(huán) ,可以把外部時(shí)鐘倍頻 ,核心頻率可 5 以到幾百 M,而單片機(jī)運(yùn)行速度低的多 .在高速場(chǎng)合 ,單片機(jī)無(wú)法代替 FPGA。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。它還具有靜態(tài)可 重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣 通過(guò)編程來(lái)修改。在這種情況下， FPGA企業(yè)也開(kāi)始了相應(yīng)的轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)新的發(fā)展需求。此外，F(xiàn)PGA企業(yè)都在大力降低產(chǎn)品的功耗，滿足業(yè)界越來(lái)越苛刻的低功耗需求。 目 錄 第 1章 緒論 3 FPGA國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .............................................................................. 3 FPGA的原理以及與單片機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn) ............................................................... 4 FPGA作為 RAM ........................................................................................................ 5 第 2章 系統(tǒng)方案 ............................................................................................................. 6 FPGA開(kāi)發(fā)環(huán)境 ....................................................................................................... 6 圖像采集 ....................................................................................