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利用USB2.0單片機實現全數字圖像的實時采集

時間:2023-05-01 09:18:41 計算機論文 我要投稿
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利用USB2.0單片機實現全數字圖像的實時采集

摘要:主要論述利用USB2.0單片機接口技術實現高分辨率(640×480點陣以上)、快速(24幀/s以上)全數字圖像的實時采集、傳輸的原理、方法和系統實現,以及相應的固件程序設計。

    關鍵詞:USB2.0 接口技術 數字圖像 單片機

引言

傳統的方法是用視頻采集卡(如1394)對視頻信號進行采集,利用相應的軟件傳給PC機,既不方便,也不經濟。本文介紹一種利用Cypress公司2002年發布的世界上第一塊帶 有USB2.0接口的芯片CY7C68013與PC機(主板為支持USB2.0的華碩主板PB533)實現了高分辨率(640×480點陣以上)、快速(24幀/s以上)、全數字圖像的實時采集系統。

1 數字圖像的實時采集原理

數字圖像的實時采集原理如圖1所示。在圖1中,以Omnivision technologies公司的OV7620/7120芯片作為圖像采集芯片,其主要特點是該芯片可提供0.5~30幀/s,640×480像素點陣CMOS的彩色或黑白數字圖像,工作頻率為27MHz,像素時鐘為27MHz;以Cypress公司的CY7C68013作為CPU控制和USB2.0接口芯片,該芯片的主要特點是在一塊芯片上集成了USB2.0內核和引擎、一個增強型51系列的微處理器,及可編程外圍接口的芯片,提供了高效率的時序解決方案,在這種有獨創性的結構下,仍然使用低價位的51系列的微處理器,其數據傳輸速度可以達到56MB/s,可以提供USB2.0的最大帶寬。因此在圖1中,CPU控制和USB2.0接口芯片選擇了上述芯片。圖像芯片(OV7620/7120)所采集的圖像數據按設定的頻率(0.5~30幀/s),在CY7C68013內部51CPU的控制下,直接將其送到CY7C68013的FIFO緩沖區,再由其內部的USB2.0接口通過USB電纜將其圖像數據傳輸到計算機。

2 數字圖像的實時傳輸

為了實現數字圖像的實時傳輸,必須解決影響實時傳輸的幾大因素:一是圖像芯片采集速度;二是圖像芯片與CY7C68013的FIFO緩沖區之間的傳輸速度;三是CY7C68013內部的USB2.0與帶有USB2.0接口計算機之間的傳輸速度;四是計算機中應用軟件的接收圖像、處理圖像速度。以下將分別加以具體說明。

    (1)圖像芯片采集速度

圖像芯片采集速度是選擇圖像芯片的關鍵指標,在該指標滿足的前提下,選取圖像分辨率相對較高的圖像芯片。如可以選取Photobit公司的PB-0300或Omnivision公司的OV7620以及Philips公司的SAA7111等高分辨率圖像采集及處理芯片。

(2)圖像芯片與CY7C68013的傳輸速度

一般的,對于大多數CMOS數字圖像采集和處理芯片,其數據傳輸速度為其像素時鐘,與其工作頻率基

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