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基于SOPC的大面阵CCD图像采集系统设计与实现

作　者: 冯军
导　师: 吴自力
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: SOPC CCD SPI USB 图像采集
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


SOPC (System On Programmable Chip,可编程片上系统)是一种灵活、高效的SOC解决方案,一种新的软硬件协同的系统设计技术。基于SOPC的嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能强、可靠性高等特点。随着计算机科学和图像技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用。CCD经过近三十年的发展已作为一种成熟的光电成像技术越来越广泛的应用于科学研究、生产检测、医疗生化、国防军工等相关领域。与此同时以CCD为成像器件的相机和图像采集系统的应用也非常广泛。本文在分析系统功能需求的基础上对CCD图像采集系统的实现途径进行了论证,提出了一种基于SOPC的大面阵CCD图像采集系统的实现方案,并对系统的工作流程进行了详细的叙述；然后详细设计了采集系统的硬件电路；采用NiosⅡ自定义外设IP核的设计方法,对AD9925配置SPI接口、SDRAM、USB Slave FIFO接口的控制功能进行了逻辑设计和实现,并封装成NiosⅡ可直接调用的标准外设模块；同时对CCD图像数据的采集—处理—缓存控制流程进行了逻辑设计和实现；最后,通过对采集系统工作流程的分析,设计了采集系统控制程序的实现框架,编程实现了基于NiosⅡ的控制程序,并在NiosⅡ开发板上对采集系统进行了功能测试,验证了设计的正确性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 面阵CCD图像传感器  8-9
  1.3 研究的主要内容及章节安排  9-11
第二章 CCD图像采集系统的总体方案设计  11-17
  2.1 系统设计方案论证  11-13
  2.2 系统总体设计  13-15
    2.2.1 系统的功能需求  13
    2.2.2 系统的总体结构  13-15
    2.2.3 系统的工作流程  15
  2.3 本章小结  15-17
第三章 CCD图像采集系统的电路设计  17-33
  3.1 系统硬件结构  17-18
  3.2 FPGA为核心的电路及接口电路设计  18-25
    3.2.1 电源电路  18-19
    3.2.2 串行接口电路  19
    3.2.3 FPGA下载电路  19-20
    3.2.4 FPGA外部SDRAM接口设计  20-21
    3.2.5 FPGA外部FLASH接口设计  21-22
    3.2.6 SD卡接口设计  22-24
    3.2.7 LCD与FPGA接口设计  24-25
  3.3 图像处理器AD9925的电路设计  25-30
    3.3.1 CCD图像传感器KAF-1001  25-27
    3.3.2 AD9925的外围电路  27-30
  3.4 USB2.0接口电路设计  30-32
    3.4.1 USB接口芯片FX2简介  30-31
    3.4.2 FX2接口电路设计  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第四章 CCD图像采集模块的逻辑设计与实现  33-53
  4.1 采集模块的整体架构  33-35
  4.2 AD9925的SPI模块设计  35-40
    4.2.1 SPI串行总线协议概述  35-36
    4.2.2 AD9925的SPI简介  36-37
    4.2.3 SPI总线接口的设计  37-39
    4.2.4 访问SIP接口的函数  39-40
    4.2.5 SlPlP核的封装及程序控制  40
  4.3 AD9925接口模块设计  40-43
  4.4 SDRAM接口模块设计  43-47
    4.4.1 SDRAM的操作流程  43-45
    4.4.2 SDRAM的读写控制模块  45-47
  4.5 USB模块设计  47-52
    4.5.1 基于Nios Ⅱ的FX2从FIFO接口模块设计  47-49
    4.5.2 访问USB接口的函数  49-50
    4.5.3 FX2的固件程序设计  50-51
    4.5.4 FX2的驱动程序设计  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章 CCD图像采集系统软件的设计与实现  53-65
  5.1 FPGA的软件开发  53-57
    5.1.1 Quartus Ⅱ软件介绍  53
    5.1.2 Nios Ⅱ软件开发工具  53-54
    5.1.3 Nios系统开发流程  54-55
    5.1.4 Nios处理器系统的创建与配置  55-57
  5.2 Nios软件的整体架构及程序流程  57-59
  5.3 主要部分的Nios编程设计  59-61
    5.3.1 SPI部分的Nios编程设计  59-60
    5.3.2 USB接口部分的Nios编程设计  60-61
  5.4 系统功能测试  61-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 全文总结  65
  6.2 对未来工作的展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-71
附录A  71-72
附录B  72-73
附录C  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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