光学显微图样测量系统中基于Camera Link接口的图像采集卡的设计

摘要

光学显微图样测量系统是一种集合了光学系统、CCD技术、图像采集技术、数字图像处理、软件技术于一身的机器视觉系统。该系统能够对PCB板的走线宽度、线距、孔径等进行精确地光学检测，克服了传统检测的不利因素，可以提高检测的分辨率和精度，提高生产效率，降低生产成本。
　　光学显微图样测量系统硬件结构主要由光源、镜头、CCD相机、图像采集卡和计算机组成。本文基于目前国内较新的Camera Link数字相机接口，以高速的DDR SDRAM存储器进行数据存取，使用FPGA芯片结合PCI总线，设计出了一种数字图像采集卡。该采集系统用于采集CCD相机输出的数字图像信号，提高了图像采集的传输速率和抗干扰能力。本图像采集卡主要用于光学显微图样测量系统的图像采集，配合相关算法可以对采集到的光电图像进行处理。本次设计将基于Camera Link接口的图像采集卡应用于光学显微图样测量系统中，据我们所知，这在国内还未见相关报道。
　　论文首先介绍了图像采集卡的整体方案，分析了系统工作原理和芯片的特点，设计了三个模块——基于Camera Link接口的数据采集模块、基于DDR SDRAM的数据存储模块和基于PCI接口的数据传输模块，并对各个模块的功能和实现进行了详细地讨论；然后绘制出原理图，结合抗干扰性能及走线的整体布局完成了印刷电路板的设计。最后，我们运用Verilog HDL硬件描述语言对FPGA进行编程，完成了对FPGA的内部逻辑设计，实现了对各个功能模块的控制。

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第一章 引言

1.1 光学显微图样测量系统研究背景

1.2 图像采集卡概述

1.3图像采集系统发展的现状与趋势

1.4本课题完成的工作及创新点

第二章 图像采集系统总体方案

2.1 光学显微图样测量系统硬件结构

2.2 基于Camera Link接口的图像采集卡的工作原理

2.3输入接口的选择

2.4 采集系统核心控制器件的选择

2.5 高速大容量存储模块的选择

2.6高速数据传输接口设计

第三章 Camera Link 接口的设计

3.1 Camera Link接口标准

3.2 LVDS 差分信号

3.3 相机信号

3.4 Camera Link接口电路设计

第四章 DDR SDRAM 存储器的设计

4.1 DDR的初始化操作

4.2 DDR的参数特点

4.3 DDR的控制命令

4.4 DDR的芯片选型与电路设计

第五章 PCI总线的设计

5.1 PCI总线的系统结构

5.2 PCI总线特点

5.3 PCI局部总线信号特点与意义：

5.4 总线命令

5.5 PCI传输控制

5.6 PCI接口芯片的选型

5.7 PCI9054的结构和性能

5.8 PCI9054的引脚分配

5.9 PCI9054接口电路设计

第六章 FPGA硬件设计

6.1 FPGA芯片选型

6.2 电源的设计

6.3 启动及配置模式

6.4 PLL时钟电路设计

第七章 电路板设计

第八章 FPGA内部逻辑设计

8.1 FPGA内部逻辑结构

8.2 FIFO模块的设计

8.3 DDR控制模块

8.4 PCI本地总线控制设计

第九章 总结和展望

致谢

参考文献

攻硕期间所取得的成果