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CCD数据采集系统的FPGA实现

作 者: 刘玉
导 师: 谭守标
学 校: 安徽大学
专 业: 电子与通信工程
关键词: 数据采集 FPGA USB 线阵CCD
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 8次
引 用: 0次
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内容摘要


21世纪是信息化时代,信息技术给人们的日常生活带来巨大的变化。图像传感器越来越多的应用到我们日常生活之中,例如手机上的照相机,遍布社区和道路上的监控探头等。这些应用成果都功归于对图像传感器技术的不断研究。现阶段以CCD图像传感器和CMOS图像传感器的研究比较成熟,应用较其他的相对广泛。其中CCD图像传感器具有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点被广泛的应用于图像分析、遥感成像、高精度测量以及工业控制等领域。本文在分析研究了当前的数据采集系统后,充分利用FPGA的低成本、高可靠性、工作速度快及开发周期短和USB的灵活、高速等优点,设计了一种基于FPGA和USB的线阵CCD图像采集系统。FPGA作为系统的核心控制芯片,使用Verilog HDL硬件描述语言设计FPGA内部逻辑产生系统的硬件时序来控制整个系统的外围模块。本系统采用Altera公司的StratixIII系列FPGA为主控制器,设计了线阵CCD驱动模块、A/D转换器驱动模块、FIFO控制模块、USB接口控制模块。系统采用USB2.0接口作为数据的传输接口,将采集到的数据传输到PC机上。系统硬件方面,线阵CCD采用日本东芝公司的TCD1209D,数模转换芯片采用Analog Device公司的线阵CCD专用芯片AD9822,使用Cypress公司的CY7C68013A作为USB接口控制芯片。软件方面。使用Altera公司的QuartusII集成开发环境用Verilog HDL硬件描述语言设计实现了线阵CCD驱动时序,A/D转换芯片的驱动时序和Slave FIFO写状态机。使用Keil uVision2设计实现了USB接口控制芯片的固件程序。使用Altium Designer Winter09设计绘制了系统的PCB电路板。通过最终对系统硬件和软件的测试,可以把CCD采集到的数据显示和存储下来,表明本文的设计方案是可行的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 论文的主要研究内容  9-11
第二章 系统方案设计和开发工具简介  11-14
  2.1 系统总体方案概述  11
  2.2 系统开发平台及工具介绍  11-14
第三章 系统硬件设计  14-37
  3.1 图像采集系统的硬件结构  14
  3.2 CCD硬件设计  14-21
    3.2.1 CCD的简介及工作原理  14-15
    3.2.2 TCD1209D简介  15-19
    3.2.3 CCD电平转换电路设计  19-21
  3.3 A/D模数转换模块设计  21-24
    3.3.1 AD9822简介及工作原理  21-23
    3.3.2 AD9822外围电路  23-24
  3.4 FPGA控制模块设计  24-29
    3.4.1 FPGA简介  24
    3.4.2 典型的FPGA开发流程和工具  24-28
    3.4.3 FPGA控制模块实现  28-29
  3.5 USB接口模块设计  29-37
    3.5.1 USB协议简介  29-33
    3.5.2 CY7C68013A简介  33
    3.5.3 CY7C68013A传输接口  33-34
    3.5.4 CY7C68013A外围电路设计  34-37
第四章 系统软件设计  37-47
  4.1 系统软件设计简介  37
  4.2 CCD驱动时序设计  37-38
  4.3 A/D转换芯片的配置和驱动时序  38-40
    4.3.1 A/D转换芯片的配置时序设计  38-39
    4.3.2 AD9822驱动时序设计  39-40
  4.4 SlaveFIFO状态机设计  40-42
  4.5 USB固件程序设计  42-47
第五章 系统调试及实验结果  47-49
  5.1 系统整体调试  47
  5.2 实验室结果  47-49
第六章 结论与展望  49-50
参考文献  50-53
附录A 电路板正面图  53-54
附录B 部分软件程序  54-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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