來源：電子設計應用 作者：郝迎吉 劉青 涂凌志 徐尚龍

    引言

    usb、串口、并口是pc機和外設進行通訊的常用接口，但對于數(shù)據(jù)量大的圖像來說，若利用串行rs-232協(xié)議進行數(shù)據(jù)采集，速度不能達到圖像數(shù)據(jù)采集所需的要求；而用usb進行數(shù)據(jù)采集，雖能滿足所需速度，但要求外設必須支持usb協(xié)議，而usb協(xié)議與常用工程軟件的接口還不普及，給使用帶來困難。有些用戶為了利用標準并行口(spp)進行數(shù)據(jù)采集，但spp協(xié)議的150kb/s傳輸率對于圖像數(shù)據(jù)采集，同樣顯得太低。因此,為了采集數(shù)據(jù)量大的圖像數(shù)據(jù),本文采用了具有較高傳輸速率的增強型并行口協(xié)議(epp)和fpga，實現(xiàn)對ov7620cmos圖像傳感器進行高速數(shù)據(jù)采集，它最高速率可以達到2mb/s。

    硬件電路方案

    圖1為基于fpga和epp技術對ov7620cmos圖像傳感器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖，它主要由三部分組成：ov7620的參數(shù)配置電路、圖像采樣電路以及pc讀取數(shù)據(jù)電路。

    ov7620的參數(shù)配置電路

    系統(tǒng)在上電后需要對cmos采像芯片進行初始化，以確定采集圖像的開窗位置、窗口大小和彩色或黑白工作模式等。這些參數(shù)的配置是通過ov7620芯片上提供的sccb接口進行的。

    sccb接口是采用一種簡單、雙向二線制的同步串行總線i2c總線，接口引線有scl和sda。由于89c2051沒有標準的i2c總線接口，可以用軟件程序來模擬i2c總線，ov7620開窗位置和開窗大小、黑白和彩色模式以及掃描方式均可通過相應寄存器來設置。這些寄存器都是可讀/寫的，具體操作方法如下：可以采用頁寫的方式，即在寫寄存器過程中要先發(fā)送寫允許指令ox42，然后發(fā)送寫數(shù)據(jù)的目的寄存器地址，接著為要寫的數(shù)據(jù)。寫完一個寄存器后，cmos會自動把寄存器地址加一，程序可繼續(xù)向下寫，而不需要再次輸入地址。讀寄存器是同樣過程，只不過指令改為ox43。

    i2c總線功能的實現(xiàn)完全是依靠scl、sda線上電平的狀態(tài)以及兩者之間的相互配合實現(xiàn)的。i2c總線規(guī)約中規(guī)定的條件如下：

    啟動時序：scl為高電平時， sda出現(xiàn)一個下降沿；

    傳輸時序：在啟動條件滿足后，sda為穩(wěn)定數(shù)據(jù)狀態(tài), scl產生一個正脈沖，將傳送一位數(shù)據(jù)；

    應答時序： 在從機接收到一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)時，在主機釋放sda的情況下，主機給scl輸出一個正的時鐘脈沖,從機將sda拉低，以表應答；

    停止條件：當scl為高電平時，sda出現(xiàn)一個上升沿，該條件可以解決多機競爭的問題，即在兩個器件對話時，第三者插入會終止前者的數(shù)據(jù)通信,其主要特點在于各器件每一位都在判斷總線的狀態(tài)。

    i2c總線的啟動和停止條件如圖2所示。

    圖像采樣電路

    在隧道的平行度、無損檢測、垂直度測量儀中常選用的圖像分辨率為320×320，用黑白模式就能基本滿足圖像識別對圖像特征點的要求。 因此本系統(tǒng)采樣的參數(shù)是在圖像分辨率取為320×320、黑白模式、zv圖像格式中進行的。

    cmos圖像芯片zv端口格式的輸出波形如圖3所示。圖中vsync是垂直場同步信號，其下降沿表示一幀圖像的開始(cmos是按列采集圖像的)，href是水平場同步信號，其上升沿表示一列圖像數(shù)據(jù)的開始。pclk是輸出數(shù)據(jù)同步信號，y是圖像灰度信息。下面介紹fpga如何對圖像傳感器的數(shù)據(jù)采樣。

    為了進行速度匹配，fpga和pc之間有兩根握手信號: ready和ack。它們來協(xié)調fpga對同一個數(shù)據(jù)存儲芯片的讀寫過程。ready是fpga通知pc圖像數(shù)據(jù)已經讀完信號；ack是pc通知fpga數(shù)據(jù)已讀完信號，兩者都是低電平有效。

    在數(shù)據(jù)采樣期間，將ready拉高，表示正在采集，這時fpga根據(jù)ov7620的vsync、href、pclk產生圖像mem_wr(寫信號)和address(地址)，讀取ov7620的數(shù)據(jù)到高速緩存，到下一個vsync信號時，表示一幀數(shù)據(jù)已經采完，接著向pc機發(fā)送申請ready信號，表示圖像采集完成，如果pc不