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基于FPGA多路图像采集系统的研究与实现

作　者: 杨帆
导　师: 杨晓慧
学　校: 长春理工大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: FPGA NIOS Ⅱ 多路图像采集 AVALON USB总线
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

当今,自动化设备已经越来越广泛地被应用于工业生产中。图像传感器是机器获得图像数据的主要部分,通过图像传感器机器可以获得周围的图像数据。通过处理器的计算,可以得到周围视觉信息。机器可以利用这些信息对设备进行控制,完成特定的生产工作。本文主要研究利用FPGA同时采集两路图像传感器的图像数据,并送到上位机进行显示。本文中的图像传感器使用CMOS图像传感器,在内部寄存器配置上,采用ⅡC总线协议。FPGA片内采用模块化设计方式,各个模块在编写时符合AVALON,总线协议。主要由图像采集模块、图像数据解码模块、图像裁剪模块、图像处理模块、以及图像存储和图像传输模块组成。所有模块均采用Verilog HDL语言进行编写,以IP核的形式挂载在AVALON,总线上。FPGA内部建立一个NIOS Ⅱ核负责管理各个模块和处理各种突发事件。FPGA采集到的图像数据通过USB总线传输到上位机,USB总线协议使用CY7C68013A芯片实现。上位机软件使用LabVIEW编写显示程序。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-11
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 研究现状  8-9
  1.3 本论文的主要内容  9-11
第2章图像采集技术基础  11-23
  2.1 FPGA技术与Verilog HDL硬件描述语言  11-12
  2.2 NIOSⅡ与片内AVALON总线  12-14
  2.3 DMA传输技术  14-15
  2.4 CMOS和CCD传感器介绍  15-18
    2.4.1 CMOS和CCD对比  15-16
    2.4.2 CMOS图像传感器输出的图像数据格式  16-18
  2.5 ⅡC通信协议  18-19
  2.6 VGA显示技术  19-20
  2.7 USB通信部分技术  20-22
  2.8 LabVIEW与VISA技术  22-23
第3章系统的整体方案及电路设计  23-31
  3.1 系统的整体方案设计  23
  3.2 FPGA部分的电路设计  23-25
  3.3 图像传感器部分的电路设计  25-26
  3.4 DDR SDRAM的电路设计  26-27
  3.5 USB传输部分的电路设计  27-28
  3.6 VGA显示部分的电路设计  28
  3.7 电源电路设计  28-31
第4章系统软件部分设计  31-58
  4.1 Verilog程序设计  31-47
    4.1.1 图像传感器配置模块和触发模块  32-34
    4.1.2 图像解码模块  34-37
    4.1.3 图像处理模块  37-38
    4.1.4 SDRAM控制器模块  38-39
    4.1.5 时钟匹配模块  39-40
    4.1.6 VGA图像显示模块  40-41
    4.1.7 USB图像传输模块  41-47
  4.2 NIOSⅡ软件程序设计  47-51
    4.2.1 ⅡC配置软件程序  47-48
    4.2.2 CMOS图像获取软件程序设计  48-49
    4.2.3 USB图像传输软件程序设计  49-51
  4.3 CY7C68013A固件程序设计  51-56
    4.3.1 固件程序组成  51-52
    4.3.2 USB芯片中的寄存器  52-55
    4.3.3 固件程序详解  55-56
  4.4 驱动程序  56-57
  4.5 LabVIEW上位机软件设计  57-58
第5章系统测试  58-62
  5.1 模块测试  58-60
    5.1.1 图像采集模块及图像存储模块的测试  58-59
    5.1.2 VGA显示模块的测试  59-60
    5.1.3 单路图像采集系统的测试  60
  5.2 系统联合测试  60-62
总结和展望  62-63
参考文献  63-65
在校期间发表的学术论文及科研项目  65-66
致谢  66

基于FPGA多路图像采集系统的研究与实现

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