長江大學(xué)電子信息學(xué)院 曹 媛 李永全

嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)在圖像采集中的運(yùn)用

長江大學(xué)電子信息學(xué)院 曹 媛 李永全

圖像采集和處理系統(tǒng)在我國社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了十分重要的作用，測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)、智能化交通系統(tǒng)的操作都需要圖像采集和處理系統(tǒng)支持。嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)隨著 工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)水平的提升，從傳統(tǒng)控制形式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑刂菩问?，?shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制發(fā)展。將其應(yīng)用在圖像采集中能夠提升這項(xiàng)工作的效率。為此，文章在闡述嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，分析圖像采集系統(tǒng)中的嵌入式單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，并對(duì)嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)在圖像采集中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真分析。

【摘要】嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)；圖像采集系統(tǒng)；應(yīng)用

嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，且系統(tǒng)的運(yùn)行變得更加準(zhǔn)確，將嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用到圖像采集系統(tǒng)中，在很大程度上節(jié)省了傳統(tǒng)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)人工操作的不便，促進(jìn)了圖像采集工作的效率。嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)逐漸成為我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要部件，特別是在電子操作設(shè)備和信息采集中的應(yīng)用，為我國社會(huì)發(fā)展建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn)。為此，針對(duì)傳統(tǒng)圖像采集系統(tǒng)應(yīng)用操作的缺陷，文章以MOTOROLA Coldf i ne系列的32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)為例，具體分析其在圖像采集中的運(yùn)用。

一、嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)是我國計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一種比較常見的形式，主要是通過系統(tǒng)移植技術(shù)來保證系統(tǒng)設(shè)備更好的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化發(fā)展。和一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)是由軟硬件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成的。在系統(tǒng)構(gòu)成，嵌入式系統(tǒng)最為重要的系統(tǒng)部件是單片機(jī)系統(tǒng)。嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸出設(shè)備共同組成系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備的操作管理發(fā)揮了十分重要的作用。嵌入式系統(tǒng)的軟件由技術(shù)應(yīng)用軟件和嵌入式系統(tǒng)模塊組成，彌補(bǔ)了原有計(jì)算機(jī)操作存在的不足。

文章研究的MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)是由某網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司開發(fā)的，MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)包含運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)硬件設(shè)備CPU、SDRAM、Flash和以外網(wǎng)接口共同組成。在硬件系統(tǒng)構(gòu)成的同時(shí)還保留了原有的資源裝載和運(yùn)行操作程序。MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)具有操作簡便、耗能低、體積小、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能強(qiáng)大等方面的特點(diǎn)。

二、基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)由圖像傳感器、邏輯時(shí)序接口、圖像幀存儲(chǔ)器、嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)共同組成，基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)具體如圖一所示。

圖一 基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)傳感器應(yīng)用的是美國公司開發(fā)的CMOS圖像傳感器芯片OV7620。CMOS圖像傳感器芯片OV7620具有體積小、精確高、集成化水平高、圖像輸出速度快、耗能低、可以進(jìn)行可編程操作等方面的優(yōu)勢(shì)?；谇度胧絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)能夠通過總線對(duì)其功能寄存器進(jìn)行重新設(shè)置安排，從而根據(jù)實(shí)際需要來控制圖像的數(shù)據(jù)信息輸出格式、輸出速度等。CMOS圖像傳感器芯片OV7620能夠輸入八位到十六位的圖像數(shù)據(jù)信息，能夠應(yīng)用的圖像數(shù)據(jù)信息輸出格式有YUV和RGB兩種。在一般情況下，芯片的工作頻率是27MHz,，圖像輸出的荼毒達(dá)到了每秒30frame。

基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集操作首先由CPLD將圖像傳感器輸出的 圖像數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到圖像幀存儲(chǔ)器中，之后應(yīng)用嵌入單片機(jī)系統(tǒng)將每一幀圖形數(shù)據(jù)信息從圖像幀的存儲(chǔ)器中來進(jìn)行讀取操縱。在一般情況下，圖像的存儲(chǔ)器、圖像的傳感器和嵌入單片機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換是通過CPLD來實(shí)現(xiàn)的。嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)總線讀寫操作時(shí)序受圖像傳感器圖像數(shù)據(jù)輸出操作和圖像幀存儲(chǔ)器的讀寫時(shí)序來進(jìn)行?；谇度胧絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)的圖像采集總線讀寫時(shí)序確定之后能夠進(jìn)一步確定CPLD的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)。文章所研究的CMOS圖像傳感器芯片OV7620存儲(chǔ)器要求采用4M異步靜態(tài)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)的讀取周圍是70ms，數(shù)據(jù)操作需要應(yīng)用十六位數(shù)據(jù)總線和十九位總線接口。CMOS圖像傳感器芯片OV7620支持下的CPLD內(nèi)部邏輯框圖具體如圖二所示。

圖二 CMOS圖像傳感器芯片OV7620支持下的CPLD內(nèi)部邏輯框圖

在CPLD內(nèi)部邏輯框圖中，邏輯時(shí)序的功能是結(jié)合圖像傳感器和嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生的圖像幀存儲(chǔ)片選和讀寫信號(hào)等處理圖像信息的存儲(chǔ)。在有一幀圖像數(shù)據(jù)信息從圖像傳感器傳輸?shù)綀D像幀存儲(chǔ)器的時(shí)候，邏輯時(shí)序譯碼器就會(huì)結(jié)合傳感器的控制信號(hào)信息來進(jìn)行圖像幀存儲(chǔ)器片選、信號(hào)輸入等操作。

三、基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集邏輯時(shí)序仿真實(shí)驗(yàn)

基于嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集邏輯時(shí)序仿真實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)用了該公司MAX7000系列的芯片，具有快速、預(yù)測(cè)性強(qiáng)等方面的特點(diǎn)，能夠滿足高速圖像信息采集系統(tǒng)的發(fā)展要求。MAX7000系列的芯片邏輯時(shí)序仿真結(jié)果具體如圖三所示。在圖三中的mcu-clk是單片機(jī)系統(tǒng)總線信號(hào)，rst是地址發(fā)生器的清零信號(hào)，mcu-cs是單片機(jī)系統(tǒng)片選信號(hào)，read 是單片機(jī)的讀信號(hào)。在基于嵌入式的單片機(jī)系統(tǒng)向一副圖像幀存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作的時(shí)候，會(huì)和CPLD的地址信號(hào)、片選信號(hào)、讀信號(hào)等進(jìn)行有效的鏈接，在數(shù)據(jù)的設(shè)置和讀取操作中能夠?qū)D像的幀信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)中。

圖三 MAX7000系列的芯片邏輯時(shí)序仿真

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，基于嵌入式的單片機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用，具有操作穩(wěn)定、處理速度快、操作方便等方面的特點(diǎn)。為了更好的發(fā)揮出嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，需要相關(guān)人員進(jìn)一步探討嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)在圖像信息采集整理中的應(yīng)用。

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