新型數字CCD相機及其圖像數據傳輸卡設計

２ 數字ＣＣＤ相機圖像數據傳輸卡的設計實現

在應用系統中，數字ＣＣＤ相機圖像數據傳輸卡的主要任務是產生相機工作所需的輸入信號，解譯相機的輸出信號，使相機在電控方式下工作并實時、正確地抓取相機輸出的圖像數據，在相機和計算機內存之間建立硬件傳輸通道。為了適應數字ＣＣＤ相機數據傳輸速率的不斷提高，早期基于ＩＳＡ總線的圖像數據傳輸卡正逐步向基于ＰＣＩ總線的傳輸卡過渡。

２．１ 圖像數據傳輸卡電路說明

筆者設計開發的適用于ＤＡＬＳＡ公司ＣＡ－Ｄ７－１０２４Ｔ型數字ＣＣＤ相機的圖像傳輸卡的原理框圖如圖２所示。

驅動轉換接口電路對相機與傳輸卡間的接口信號進行ＲＳ４２２和ＴＴＬ電平間的相互轉換；雙口ＲＡＭ為幀存儲器，經編程控制可將相機輸出的一幀圖像數據寫入，或經ＰＣＩ橋讀出圖像數據至內存。采用幀存儲器可以實現多個相機同時曝光，圖像數據分時通過計算機總線寫入內存。ＦＰＧＡ時序發生器用來產生雙口ＲＡＭ的地址線、讀寫控制線以及相機和傳輸卡正常工作所需的聯絡信號。ＰＣＩ接口芯片是計算機與雙口ＲＡＭ及ＦＰＧＡ間的橋梁，在它們之間實現數據、控制信號的傳輸，并可通過初始化設置，實現ＰＣＩ協議提供的各種傳輸模式。

２．２ ＦＰＧＡ時序邏輯發生器設計

本圖像數據傳輸卡采用ＡＬＴＲＡ公司生產的ＦＰＧＡ芯片ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４－１５作為時序邏輯發生器。通過在系統編程（ＩＳＰ）使其實現一個２０位計數器、一個１位計數器、兩個鎖存器及十幾個非標邏輯門的功能。其中２０位計數器給１Ｍ×４Ｂｉｔ的幀存儲器提供地址；１位計數器用來對卡上的３０ＭＨｚ時鐘信號進行二分頻，產生１５ＭＨｚ的ＶＣＬＫ信號；兩個鎖存器分別輸出行同步和場同步信號；邏輯門用來實現信號的與、或、非等邏輯運算。

ＡＬＴＥＲＡ公司的ＭＡＸ＋ＰＬＵＳⅡ編程仿真工具軟件，可對ＦＰＧＡ芯片進行在系統編程、仿真、調試，大大提高了傳輸卡設計的靈活性和對不同型號相機的適應能力，縮短了傳輸卡的研發周期。使用ＡＨＤＬ編程語言對ＦＰＧＡ芯片進行在系統編程，程序文件的主體如下：

ＢＥＧＩＮ

ＨＳＹＮＣ ＝ ｌｐｍ＿ｆｆ＿ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ２．ｑ０．．０

ｌｐｍ＿ｆｆ＿ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ２．ｃｌｏｃｋ ＝ ＦＶＡＬＴ＆ＳＴＲＯＢＴ＆ＬＶＡＬＴ＆

ＧＰ５　 ＃ ＧＰ５＆ＶＣＬＫ

ｌｐｍ＿ｆｆ＿ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ２．ｄａｔａ０．．０ ＝ ＨＳＹＮＮ

ＶＳＹＮＣ ＝ ｌｐｍ＿ｆｆ＿ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ３．ｑ０．．０