基于SOPC图像采集系统的设计

薛 飞，宁 铎，黄建兵，李 斌

(陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西 西安 710021)

1 系统原理及硬件组成

该方案设计了一种利用 FPGA和 USB2.0将摄像头(OV7660)图像数据传给PC机，使用USB2.0(这里选用的是EZ_USB FX2)控制器的从FIFO(Slave FIFO)模式，通过嵌入NiosII处理器在FPGA中产生相应的控制信号，实现对数据的快速读写。该方案传输速度快、数据准确，可扩展到其他需要通过USB进行快速数据传输的系统。与其他采用异步通信方案相比，该设计利用NiosII处理产生相应的控制信号对采集到的图像数据进行缓冲作用，使数据无丢失传输，在上位机得到的数据更加清晰流畅。

图1为系统原理框图，包括OV7660的参数设置、数据采集和数据上传3部分。

图1 系统原理图

1.1 图像传感器

图像传感器选用CMOS彩色图像传感器芯片OV7660，该芯片将CMOS传感器技术与数字接口组合，是高性能的数字图像传感器，可提供彩色/黑白多种格式的输出;内置10位双通道A/D转换器，输出8位图像数据;具有自动增益和自动白平衡控制，能进行亮度、对比度、饱和度等多种调节功能。可通过SCCB进行内部寄存器配置[1]。只需要外接一个24 MHz的晶振，就可输出数字视频流的同时还提供像素时钟PCLK、行参考信号HREF、垂直同步信号VSYNC，便于外部电路读取图像，并可编程设置HREF、VSYNC在图像局部开窗，输出窗口图像。

1.2 图像采集控制

图像采集控制部分选用现场可编程逻辑器件FPGA EP2C8Q208C8。该芯片是基于1.5 V，0.13 μm工艺，具有8256个逻辑单元，165888个比特的嵌入RAM，2个锁相环(PLL)，可使用Altera的宏功能和丰富的IP库，并且引脚兼容5 V电压输入[2]。通过……