基于SOPC的CIS扫描控制器设计与实现

摘要

CIS图像传感器具有体积小、重量轻、抗震动、装配简单等特点，在地图、广告和工程图纸等大幅面扫描领域常选用CIS作为其图像传感器。SOPC(SystemonaProgrammableChip可编程片上系统)是基于FPGA（FieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列）解决方案的SOC（SystemonChip片上系统）技术。论文的主要工作为利用SOPC技术设计与实现CIS扫描控制器。
　　本文在分析研究已有扫描控制器工作原理的基础上，结合可编程逻辑技术，提出了基于SOPC的CIS扫描控制器实现方案;通过对CIS图像传感器CIPS305BF600的分析，设计了基于WM8213模拟前端处理器(AnalogFront-endProcessor，简称AFE)的CIS扫描驱动电路;在对CIS图像扫描控制过程进行研究的基础上，通过可编程逻辑设计，实现了AFE模拟前端的SPI配置接口、像点数据采集、动态像点校正、图像数据存储及USB图像数据上传等逻辑功能模块;然后，通过逻辑封装技术对设计实现的各逻辑功能块进行自定义组件的封装，并集成了基于SOPC的CIS扫描控制器;最后，通过对NiosⅡ编程，实现了对整个扫描过程的控制。经时序仿真和系统功能测试，研究结果达到了设计要求。
　　基于SOPC的CIS扫描控制器的设计实现，不仅降低了控制电路的复杂性和成本，而且提高了扫描控制系统的性能。实现结果对高速、宽幅CIS扫描设备的设计及应用，具有一定的借鉴价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景介绍

1．2 课题来源及研究意义

1．3 论文主要工作与章节安排

第二章 CIS扫描控制器功能需求分析与总体方案设计

2．1 功能需求分析

2．2 总体方案

2．2．1 硬件方案

2．2．2 FPGA逻辑模块化分

2．2．3 软件方案

2．2．4 系统工作流程

2．3 硬件平台选择

2．4 本章小结

第三章 CIS图像扫描控制电路的设计

3．1 电路结构

3．2 CIS图像传感器CIPS305BF600

3．2．1 基本特性及工作原理

3．2．2 三通道并行输出工作模式

3．3 模拟前端WM8213电路

3．3．1 模拟前端处理器WM8213简介

3．3．2 三通道输入工作模式

3．3．3 WM8213电路设计

3．4 灯光驱动电路

3．5 电源电路

3．6 CIS图像扫描控制电路的PCB设计原则

3．7 本章小结

第四章 CIS图像扫描控制逻辑的设计与实现

4．1 CIS图像扫描控制逻辑的总体结构

4．2 WM8213模拟前端SPI配置接口模块的设计实现

4．3 CIS图像扫描控制时序信号产生模块的设计实现

4．3．1 CIS图像扫描控制时序分析

4．3．2 时序模块的逻辑设计及仿真

4．4 CIS图像数据采集与动态像点校正模块的设计实现

4．4．1 像点数据采集及校正逻辑结构

4．4．2 流水线简介

4．4．3 CIS图像数据采集逻辑设计

4．4．4 动态校正逻辑设计

4．5 双口SDRAM像点存储模块的设计实现

4．5．1 SDRAM时序原理

4．5．2 CIS扫描图像数据的缓存机制

4．5．3 双口SDRAM控制器的设计与实现

4．6 USB接口模块设计

4．6．1 USB接口芯片CY7C68013

4．6．2 USB接口逻辑设计

4．7 本章小结

第五章 基于SOPC的CIS扫描控制器集成与实现

5．1 基于Nios Ⅱ处理器的SOPC系统简介

5．2 CIS扫描控制器的SOPC架构

5．3 CIS扫描控制逻辑功能模块Nios Ⅱ自定义组件的封装

5．3．1 WM8213模拟前端SPI配置接口模块的IP封装

5．3．2 存储校正参数SRAM控制器模块的IP封装

5．3．3 SDRAM控制器读端口的IP封装

5．3．4 USB接口模块的IP封装

5．4 CIS扫描控制器的SOPC集成

5．5 基于Nios Ⅱ的CIS扫描控制编程

5．5．1 WM8213内部寄存器的初始化

5．5．2 存储校正参数SRAM的初始化

5．5．3 扫描过程控制

5．6 CIS扫描控制器的仿真测试

5．6．1 测试方案的设计

5．6．2 仿真结果

5．7 本章小结

结束语

致谢

参考文献