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基于USB2.0的CCD相机系统的设计与实现

作　者: 韦伟
导　师: 张功萱
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: CCD相机 USB2.0 CY7C68013A 数据采集图像处理
分类号: TB852.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 147次
引　用: 3次
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内容摘要

CCD技术是20世纪70年代末投入使用的新型探测技术。由于线性度和饱和度比照相底片好、灵敏度高、易于数字化处理等优点,CCD一问世就被广泛应用于照相摄影、天文观测、空间探测、卫星测地、军事侦查等各个领域。CCD技术在国外发展很快,现在在国内也是相关行业研究的热点之一。而通用串行总线USB具有速度快、支持热拔插及传输线少等优点,因此将USB应用于CCD中可以很好地解决传统数据采集系统的不足,具有实际的应用价值。本文所介绍的这款相机所有的软件、硬件、机械及光学设计完全是由我们自主研发的,经过测试其性能达到了国内领先水平。本文主要针对CCD相机中的数据采集、传输及显示的需要,设计了基于USB的相应系统。该系统设计工作包括硬件和软件两个部分,硬件部分选用了Cypress公司的CY7C68013A作为USB通讯芯片,负责接收由A／D转换得到的图像数据,并通过其实现与PC机之间的USB数据通信。本系统设计的主要工作难点是系统软件的设计,包括固件程序、USB驱动程序和应用程序的设计三部分。其中,固件程序在Keil uVision2环境中开发；而USB驱动程序则通过编写inf驱动文件和设计GPIF波形,对CY7C68013A的GPIF(通用可编程接口)进行编程,实现了硬件上的识别和数据的高速传输；PC机上的应用程序利用Visual C++.net 2003开发,通过调用EZ-USB FX2LP的CyUSB.sys驱动文件和CyAPI.lib程序库,完成了与硬件之间的数据传输,并能够在应用程序主界面上显示所采集的图像信息。本文最后对系统进行了测试,并与国外产品作了对比。测试的各性能参数结果表明采用USB实现CCD和主机之间的通讯,满足了相机对数据快速稳定传输的实时性要求,同时也符合了相机操作简单方便的实用性要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-10
  1.1 课题研究的意义  7-8
  1.2 课题研究的背景  8
  1.3 课题研究的内容  8-10
2 系统设计中的主要技术  10-21
  2.1 CCD概述  10-14
    2.1.1 CCD的工作原理  10
    2.1.2 CCD芯片的种类  10-12
    2.1.3 CCD相机分类  12-13
    2.1.4 CCD相机性能参数  13-14
    2.1.5 CCD相机的主要生产商  14
  2.2 USB概述  14-21
    2.2.1 USB的发展历史及现状  14-16
    2.2.2 USB的特点  16-17
    2.2.3 USB的通信协议  17-19
    2.2.4 USB芯片的选择  19-21
3 CCD相机系统的硬件设计  21-31
  3.1 相机系统主要组成部件的选择  21-27
    3.1.1 CCD芯片选择及主要性能参数  21-24
    3.1.2 USB芯片选择  24-26
    3.1.3 CPLD选取  26-27
  3.2 系统结构设计  27-29
  3.3 系统基本工作模式  29-31
    3.3.1 空闲状态  29
    3.3.2 采集模式  29-31
4 CCD相机系统的软件设计  31-63
  4.1 固件程序设计  31-46
    4.1.1 固件的架构设计  31-32
    4.1.2 固件的各功能程序设计及调试  32-46
  4.2 USB设备驱动程序设计  46-49
  4.3 系统应用程序设计  49-63
    4.3.1 单帧图像采集模块  51-56
    4.3.2 图像显示模块  56-57
    4.3.3 存储模块  57-58
    4.3.4 多帧采集模块  58-59
    4.3.5 温度采集模块  59-61
    4.3.6 图像处理模块  61-63
5 系统性能测试及与同类相机对比  63-66
  5.1 CCD信号波形  63
  5.2 USB传输速度测试  63-64
  5.3 相机性能参数及使用功能  64
  5.4 相机及对比观测图片  64-66
6 总结  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-69

基于USB2.0的CCD相机系统的设计与实现

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