TI PGA308模拟传感器信号调理方案

引 言 

与视频采集卡等传统图像采集系统相比，嵌入式图像采集系统体积小、成本低、可靠性高，广泛应用于智能交通、远程监控、果汁计算机视觉等领域。本文设计的嵌入式图像采集系统采用ARM7为内核的LPC2106作为主控芯片，首先控制CMOS传感器OV图像采集由6620进行，然后由LPC2106控制首先存储图像数据FIFO存储器AL4V8M在1440中，图像采集结果最终通过各种通信接口传输，或者通过SD提取图像采集系统中的图像数据。图像采集系统只使用一个ARM芯片是对的OV系统结构紧凑，功能强大，如功能控制、时序同步、数据采集与处理等。图像采集系统只使用一个ARM芯片是对的OV系统结构紧凑，功能强大，如功能控制、时序同步、数据采集与处理等。 

1系统总体方案 

在检测过程中，光线会照射在被摄对象的表面，ARM控制面阵CMOS相机收集图像，然后将获得的图像数据发送到FIFO在存储器中缓冲，然后通过串口传输给计算机，或者通过SD存储图像的卡接口SD卡中。


2系统硬件设计 

2.1 ARM与CMOS的接口 

OV6620是CMOS彩色/黑白图像传感器。它支持连续和分隔两种扫描方法，CIF与QCIF最高像素为352×288，帧速率为26 fps；包括数据格式YUV、YCrCb、RGB三，能满足一般图像采集系统的要求。OV6620内部可编程功能寄存器有上电模式和SCCB编程模式。本系统采用SCCB编程模式，连续扫描，8位RGB数据输出。如图2所示。


ARM有芯片选择ARM7TDMI内核的LPC2106，通过LPC2106的GPIO模拟SCCB设置总线协议OV功能寄存器6620。使用LPC2106中断口引入OV垂直同步信号输出6620图像VSYNC，图像数据输出通过中断同步。OV6620的Y0～Y7通道输出的8位并行数据首先通过AL4V8M440缓存，然后进入LPC2106中。 

AL4V8M440为FIFO作用正确的存储器CMOS缓存传感器采集的图像数据，调整ARM同CMOS从而收集到完整的图像。 

2.2 ARM与SD卡接口 

SD卡(secure digiatl memory card)基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。SD日本松下、东芝和美国的卡由SanDisk公司于1999年8月共同开发开发。SD卡有广泛的应用领域，音乐、电影、新闻等多媒体文件可以轻松保存SD卡中。本文添加了该接口，便于提取图像采集系统的数据。 

SD卡支持SPI和BUS该系统采用两种接口模式SPI接口模式。SD卡的DAT0接到MOSI，CLK(时钟线)接收SCK，CMD(命令线)接收MOSI，CS接到P0.14。SD卡支持单线和4线读/写，前者通过DAT0数据串行传输，CS作为中断口，最高传输速率为25 Mbps；后者通过DAT0～DAT三是串行数据传输，最高传输率100 Mbps。该系统选用前者，可节约硬件资源，实现方便，ARM与SD如图3所示。


3系统软件设计 

3.1 ARM与CMOS软件接口设计 

3.1.1 OV6620寄存器设置 

由于SCCB不支持多字节读写，NA位置必须是高电平。SCCB起始概念没有重复，所以在SCCB在阅读周期中，当主机发送电影中的寄存器地址时，必须发送总线停止条件。否则，在发送阅读命令时，机器将无法生成Don't care响应信号。 

由于I2C和SCCB因此，一些细微的差异是普通的IO口P0.22，P0.23模拟SCCB总线的方式。SCCB直接使用写作周期I2C总线协议的写周期顺序；和SC-CB阅读周期增加了总线停止条件。OV6620功能寄存器地址为0x00～0x50(其中很多是保留寄存器)。可以设置相应的寄存器OV6620在不同的模式下工作。 

例如，设置OV6620是低分辨率、自动曝光、自动白平衡和设置帧时钟周期。


camera_set_register()它的第一个参数是设置寄存器函数OV6620_addr为宏定义的芯片地址0xC第二个参数为片内寄存器地址，第三个参数为相应的寄存器设定值。 

3.1.2 OV6620采集过程 

OV6620有4个同步信号：VSYNC(垂直同步信号)，FODD(奇数场同步信号)HREF(水平同步信号)，PCLK(像素同步信号)。只使用连续扫描VSYNC和HREF、PCLK三个同步信号。

LPC作为2106的外部中断引脚VSYNC相应的中断服务程序是信号输入Vsync_IRQ()，HREF接LPC2106的普通IO口，PCLK接FIFO读时钟的存储器。 

图像采集的基本过程是：当使用时SCCB初始化好OV6620后，使能VSYNC相应的中断，在Vsync_IRQ()判断服务程序中是否获得了一帧图像数据。如果没有，打开FIFO写作使能，将一帧图像数据写入FIFO如果是，关闭存储器；FIFO的写使能，CMOS不向FIFO等待存储器ARM读取FIFO存储器的一帧图像数据。 

3.1.3图像提取过程 

图像提取的基本过程是：当采集数据存储在中时FIFO中，利用ARM取出数据，然后传输到上位机。FIFO读复位，使FIFO指针指向第一个地址，然后根据OV6620所输出RGB读取数据格式。 

其中，最重要的是提取过程OV6620所输出RGB影响提取图像准确性的数据格式。该系统采用8位输出，数据格式如表1所示。

从第二行开始读取第一行Y通道的无效数据，B、R数据只出现在奇次项中，G数据只出现在偶数项中。在每行中，R数据的偶数点，B通过分别对两侧两个点的R和数据B获得数据求平均值。 

这样，图像就提取出来了，可以直接存储成二进制文件(系统用串口输出到PC显示或存储SD卡上。 

3.2 ARM与SD软件接口设计卡 

ARM同SD卡接口有SPI和BUS该系统采用两种接口模式SPI接口模式可以直接使用LPC2106自带的SPI数据传输接口方便。SD卡的SPI通道由以下四个信号组成：CS(片选)，CLK(时钟)，DataIn(主机到卡的数据信号)和DataOut(卡到主机的数据信号)。CS是SD卡片选择信号线，在整个SPI在操作过程中，必须保持低电平有效，CLK用于同步，DataIn不仅传输数据，还发送命令DataOut除发送数据外，还发送响应信号。 

在SPI模式中，SD该卡可支持单块和多块数据的读写。以单块数据的写入和读取为例。写入单块数据SD卡的步骤是先向SD发卡单元写命令CMD24.写下地址。卡将向主机发送响应信号，并等待主机发送数据块reasult0时，说明数据可以发送，一块大小为512字节。卡通过响应信号确认每个发送给自己的数据块。它有一个字节长，当它低于4位16时，它被制成0x05时，数据块正确写入SD卡。因此，在发送单块数据后，将判断响应信号是否为0x05。

写入单块数据SD如图4所示。而从SD卡读取单块数据的步骤是先向SD发卡单元写命令CMD17.阅读地址时，卡将向主机发送响应信号，并向主机发送单块数据reasult0时，说明可以接收数据，然后判断接收的第一个字节是否为起始字节0xFE，是的，接受5112 B，否则，数据读取失败。写入和读取SD卡单块数据流程图如图4、5所示。

4实验结果 

根据上述设计理念，建立图像采集系统，进行图像采集实验，并添加收集到的图像数据BMP使用位图文件头信息bmp存储格式文件SD在电脑上读卡很方便SD卡上的图像数据。 

以拍摄运动中的商标带为例，在运动中的某个时刻拍摄图片如图6所示。图6显示，图像采集系统可实时采集，图像图案清晰，精度高，基本满足设计要求。


5结语 

本文主要介绍了利用LPC2106硬件平台和OV6620摄像头采集图像，通过采集到的图像数据SD图像存储卡的方法。与普通视频采集卡相比，嵌入式图像采集系统大大简化了系统结构，降低了系统设计成本，缩短了开发周期；图像数据的收集和处理是由ARM芯片完成降低了数据中转过程中传输错误的概率，提高了系统的可靠性。