梁德群 楊海軍 來(lái)源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》

     摘要：分析圖像采集的存儲(chǔ)地址產(chǎn)生時(shí)序，利用lattice公司的isplsi1032e芯片和ispexpert集成開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了圖像的采集、存儲(chǔ)和控制。圖像處理部分采用atmel的89c55。

     關(guān)鍵詞：單片機(jī)

     isp vhdl語(yǔ)言 圖像處理 圖像采集

     引言

     隨著圖像處理技術(shù)應(yīng)用的普及，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。在醫(yī)學(xué)、軍事、公安等領(lǐng)域，特別是近些年在工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)檢測(cè)方面得到廣泛應(yīng)用。目前的圖像處理系統(tǒng)大多采用計(jì)算機(jī)加上視頻采集卡和攝像頭來(lái)構(gòu)成其硬件系統(tǒng)，這種硬件結(jié)構(gòu)對(duì)于處理自滿不復(fù)雜的簡(jiǎn)易圖像處理系統(tǒng)顯然是不合適的。

     目前，epld芯片內(nèi)部的資源越來(lái)越多，速度越來(lái)越快，開(kāi)發(fā)的軟件功能也更加完善，使其應(yīng)用逐步擴(kuò)大。人們普遍認(rèn)為，今后的許多電子系統(tǒng)，將以cpu+ram+epld的結(jié)構(gòu)為特征。圖像系統(tǒng)將向小型化發(fā)展。如何設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單的、低成本的圖像處理系統(tǒng)是將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到更廣的領(lǐng)域的迫切要求。

     本文介紹的系統(tǒng)正是針對(duì)這樣的需求而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。

     1 總體設(shè)計(jì)方案

     整個(gè)系統(tǒng)由攝像頭、圖像輸入單元、圖像存儲(chǔ)單元、圖像處理單元、圖像顯示單元及驅(qū)動(dòng)控制單元幾部分組成。圖像處理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

     該圖像處理系統(tǒng)采用atmel的89c55為中央處理單元，系統(tǒng)時(shí)鐘為20mhz。圖像采集部分由isplsi1032e提供存儲(chǔ)圖像ram的地址信號(hào)和采集圖像點(diǎn)陣的時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù)需要每幀圖像可分為256×256或512×512點(diǎn)陣，在特殊情況下也可采用256×128或512×256半屏方式。在圖像輸出單元，可將圖像與顯示菜單迭加輸出，構(gòu)成可視菜單。

     另外，為適應(yīng)工業(yè)檢測(cè)和工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用，在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)控制電路，可以輸出開(kāi)關(guān)量和模擬量�；旧夏軌蜻m應(yīng)各種控制場(chǎng)合。

     2 硬件電路設(shè)計(jì)

     2.1 isp器件開(kāi)發(fā)

     isp器件除具有一般pld器件所具有的易用性、高性能和fpga的靈活性、高密度外，最重要的一條是它的在系統(tǒng)可編程技術(shù)，即isp可以在空白的狀態(tài)下焊接到電路板上。任何已經(jīng)安裝好isp器件的電路板，只要通過(guò)pc機(jī)和下載電纜，就能升級(jí)新的編程代碼，并且一切工作可在不斷電的前提下進(jìn)行。

     isp（in system programming）技術(shù)是lattice半導(dǎo)體公司首先提供出來(lái)的一種能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，隨時(shí)對(duì)其器件、電路板或整個(gè)電子系統(tǒng)的邏輯和功能進(jìn)行組態(tài)或重組的最新技術(shù)。

     在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，圖像采集的核心部分是視頻信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果如何存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，即如何根據(jù)視頻信號(hào)產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址信號(hào)。經(jīng)過(guò)對(duì)所需邏輯門(mén)數(shù)量的估算，我們采用isplsi1032為地址發(fā)生器和其它一些邏輯電路。

     2.2 圖像采集時(shí)序的產(chǎn)生

     這里，以256×128點(diǎn)陣為例，說(shuō)明圖像采集時(shí)序的產(chǎn)生。

     以a0～a7表示每行中點(diǎn)陣的地址，a8～a14表示行地址。其行有效信號(hào)和a0～a7地址的時(shí)序如圖2所示，其場(chǎng)有效信號(hào)和a8～a14地址的時(shí)序如圖3所示。這樣共用256×128=32

     768個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1幅圖像。

     如果需要采集圖像，由由cpu給isp發(fā)出start信號(hào)，令isp斷開(kāi)cpu提供給圖像ram的地址線，改由isp產(chǎn)生圖像ram的地址a0～a14。sip產(chǎn)生完1幅圖像的地址后，輸出1個(gè)end信號(hào)，通知cpu采圖完畢，并讓出ram的地址線和數(shù)據(jù)線給cpu，供其進(jìn)行圖像處理。

     系統(tǒng)中共有4片32k×8bit的ram（62256），其中：

     ram1為圖像幀存；

     ram2為圖形標(biāo)志位，用于圖像的標(biāo)注；