基于高速处理器的CMOS数字图像采集系统的硬件设计

摘要

现代测量技术中,图像采集处理技术占有非常重要的地位。当今的图像采集系统一般采用CCD作为成像器件,通过A/D转换器将CCD输出的模拟信号转化为数字信号再进行处理。这就使得系统的体积和成本都比较高。随着CMOS电路消噪技术的不断发展,CMOS的成像质量已经接近CCD,并且具有集成度高、成本低、直接输出数字信号的优点。因此,本课题设计了一种以CMOS图像传感器作为图像采集器件,以TI公司的高速DSP处理器TMS320DM642作为处理核心的图像采集处理系统,具有体积小、处理速度快、成本低、功耗低的特点。本文首先对图像采集系统的发展现状进行了分析,在此研究基础上,根据系统设计要求,设计了基于TMS320DM642的图像采集处理系统,在给出了系统总体设计后,文章给出了包括DSP外围电路设计、图像采集电路设计、按键控制等硬件电路设计。然后,本文给出了TMS320DM642处理系统的系统初始化程序包括EMIF控制寄存器配置、I2C模块配置、EDMA控制寄存器配置及对CMOS的初始化程序,最后本文介绍了图像质心计算算法,并给出了图像质心计算的实验结果。实验结果表明,基于TMS320DM642 DSP的CMOS图像采集实时处理系统是可以独立工作的,并且具有体积小、处理速度快、功耗低、成本低等特点,在非接触式位移测量领域具有较为广阔的应用前景。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 CCD和CMOS的研究和发展现状

1.2.2 DSP处理器的发展及应用

1.2.3 图像测量系统的发展及现状

1.3 本课题主要研究的内容

第2章 系统总体设计

2.1 图像传感器

2.2 DSP处理器

2.2.1 CPU单元

2.2.2 Cache结构

2.2.3 视频端口

2.2.4 以太网媒体接入控制器（EMAC）

2.2.5 增强的DMA 控制器（EDMA）

2.2.6 扩展内存接口EMIF

2.2.7 主端口接口HPI

2.3 存储器

2.4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 DSP引脚配置

3.2 电源

3.2.1 电源要求

3.2.2 电源电路设计注意事项

3.3 复位电路

3.4 时钟电路

3.5 图像采集部分的设计

3.5.1 图像传感器MT9M001

3.5.2 TMS320DM642 视频端口结构

3.5.3 图像输入接口电路

3.6 EMIFA接口的使用

3.7 键盘接口电路的设计

3.8 PCB板设计

3.9 开发环境的搭建

3.10 本章小结

第4章 系统的软件设计

4.1 系统的引导设定和储存器分配

4.2 系统启动引导流程

4.3 器件复位后的片内外设配置

4.4 DMA的初始化和启动

4.5 C64 x的EDMA的结构及初始化

4.5.1 C64 x的EDMA结构

4.5.2 EDMA的启动方式与传输方式

4.5.3 EDMA的传输计数与地址更新

4.5.4 EDMA的传输类型

4.6 SDRAM的初始化

4.7 本章小结

第5章 测量实验

5.1 质心算法原理

5.2 图像处理算法程序

5.3 实验的搭建

5.4 数据处理

5.5 结论及分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

附录1

附录2

致谢