專利名稱：用于高速ccd相機(jī)的電路接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)傳輸裝置領(lǐng)域，特別涉及一種用于高速CCD相機(jī)的電路接口。
背景技術(shù)：
CCD(電荷耦合器件)是一種光電轉(zhuǎn)換器件，用集成電路工藝制造，主要由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)、輸出結(jié)構(gòu)組成。目前，CCD廣泛應(yīng)用于安全保衛(wèi)系統(tǒng)中的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)、視頻游戲機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)等設(shè)備，并可作為天文學(xué)、光譜學(xué)和結(jié)晶學(xué)研究中膠片照相的替代方法。同時(shí)CCD還不斷在交通辨識(shí)、電視和電腦外設(shè)、玩具、有線和RF視頻會(huì)議及Internet接入裝置等方面開拓著新的應(yīng)用領(lǐng)域。
高速CCD是各種CCD產(chǎn)品中較為特殊的一類，其幀率可以達(dá)到幾百甚至上千幀每秒，是研究高速過(guò)程的有力工具。高速CCD相機(jī)是半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，是近年來(lái)新興的一種技術(shù)。高速CCD芯片是高速相機(jī)的核心部件，目前只有少數(shù)國(guó)家的少數(shù)公司能夠生產(chǎn)。由CCD的特點(diǎn)可知，CCD應(yīng)用系統(tǒng)如果要正常工作，必需借助于必要的光學(xué)系統(tǒng)、合適的外圍驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)處理電路及接口電路等一些外圍設(shè)備，而接口電路是其中非常重要的一個(gè)部分，接口電路將高速相機(jī)拍攝的圖像輸出給計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理?？梢哉J(rèn)為，數(shù)據(jù)接口電路是高速相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的橋梁。由于高速相機(jī)具有數(shù)據(jù)率非常高的特點(diǎn)，一般的設(shè)計(jì)難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口。所述高速相機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)接口是采用專用圖像采集卡通過(guò)PC機(jī)的PCI總線連接構(gòu)成，其特征在于所述高速電荷耦合相機(jī)采用USB 2.0接口芯片ISP1581作為數(shù)據(jù)接口，ISP1581與作控制傳感器的可編程邏輯器件CPLD相連；ISP1581的初始化配置采用單片機(jī)AT89S52實(shí)現(xiàn)，將AT89S52的數(shù)據(jù)地址總線與ISP1581的總線相連，并將CPLD的IO口與ISP1581的DMA口相連，CPLD為DMA主機(jī)，ISP1581為DMA從機(jī)，實(shí)現(xiàn)CPLD與ISP1581之間的高速DMA傳輸。
所述CPLD與ISP1581之間還并接先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO，以此避免數(shù)據(jù)的丟失，而在計(jì)算機(jī)無(wú)法及時(shí)取走數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖。
所述CPLD的型號(hào)為M4A5-128/64。
本發(fā)明的有益效果是采用USB2.0作為高速相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的接口，從而在系統(tǒng)中省去了采集卡，即節(jié)約了成本又提高了系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)CPLD實(shí)現(xiàn)高速傳輸。另外，本發(fā)明在USB 2.0接口芯片之外額外擴(kuò)展了FIFO，這樣可以達(dá)到避免USB 2.0傳輸過(guò)程中偶爾中斷造成的數(shù)據(jù)丟失。


圖1為USB 2.0接口電路連接圖。
圖2為USB 2.0接口擴(kuò)展FIFO電路圖。
圖3為USB 2.0電路中采用的FIFO寬度擴(kuò)展模式圖。
圖4為ISP1581的DMA時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口，一般高速相機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)接口是采用專用圖像采集卡通過(guò)PC機(jī)的PCI總線連接構(gòu)成。在圖1所示的USB 2.0接口電路連接圖中，USB 2.0接口采用芯片ISP1581作為數(shù)據(jù)接口，ISP1581與作控制傳感器的可編程邏輯器件CPLD相連；ISP1581的初始化配置采用單片機(jī)AT89S52實(shí)現(xiàn)，將AT89S52的數(shù)據(jù)地址總線與ISP1581的總線相連，并將CPLD的IO口與ISP1581的DMA口相連，CPLD為DMA主機(jī)，ISP1581為DMA從機(jī)，實(shí)現(xiàn)CPLD與ISP1581之間的高速DMA傳輸。ISP1581有兩套數(shù)據(jù)接口MCU(單片機(jī))接口、高速DMA(直接內(nèi)存存取)接口。MCU接口用于配置ISP1581內(nèi)部寄存器，初始化USB 2.0通訊為較慢速度的通訊；啟動(dòng)DMA接口用于高速數(shù)據(jù)傳輸，由CPLD控制；CPLD的型號(hào)為M4A5-128/64。
在圖2所示USB 2.0接口擴(kuò)展FIFO電路圖中，在CPLD與ISP1581之間還并接先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO，以此避免數(shù)據(jù)的丟失，而在計(jì)算機(jī)無(wú)法及時(shí)取走數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖。將高速CCD芯片拍攝到的數(shù)字圖像傳送到計(jì)算機(jī)，拍攝到的圖像序列的數(shù)據(jù)速率為120Mbps，而且由于數(shù)字圖像流本身的特點(diǎn)，要求數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)穩(wěn)定。這就要求接口電路擁有連續(xù)穩(wěn)定的大于120Mbps的傳輸速度。雖然USB 2.0理論上具有480Mbps的帶寬。但是，由于協(xié)議開銷等問(wèn)題，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到理論值，而且由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)忙等問(wèn)題，ISP1581的DREQ就會(huì)變低，短暫的中斷DMA傳輸。這種短暫中斷對(duì)于非實(shí)時(shí)傳輸應(yīng)用沒(méi)有影響，但對(duì)于實(shí)時(shí)應(yīng)用就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。因此在電路中額外添加的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO，從而解決了USB 2.0傳輸不穩(wěn)定所造成的丟失數(shù)據(jù)問(wèn)題。用作緩沖的FIFO型號(hào)為IDT7206，為異步操作型FIFO，即FIFO的讀寫可以同時(shí)進(jìn)行，不需要考慮讀和寫的同步。IDT7206的寬度為9bits，深度為16K。由于CPLD與ISP1581間的DMA是16bits的，因此需要對(duì)FIFO的寬度進(jìn)行擴(kuò)展，使之寬度擴(kuò)展為18bits，實(shí)際使用其中的16bits，另外2bits丟棄。在圖3所示FIFO的寬度擴(kuò)展圖中，對(duì)FIFO的控制有四路最重要的信號(hào)WR、RD、FF、FE。WR是FIFO寫信號(hào)，在WR的上升沿上，DATA IN總線數(shù)據(jù)會(huì)被寫入FIFO，同時(shí)FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)指針自動(dòng)加一。RD是FIFO讀信號(hào)，在RD的上升沿上，F(xiàn)IFO內(nèi)數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存到DATA OUT總線上去，同時(shí)FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)指針自動(dòng)減一。FIFO的讀寫操作可以同時(shí)進(jìn)行，而不會(huì)造成FIFO內(nèi)部的數(shù)據(jù)指針的混亂。FF是Full Flag的縮寫，如果FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到FIFO存儲(chǔ)量的極限，F(xiàn)F信號(hào)會(huì)被FIFO置低電平，如果此時(shí)繼續(xù)向FIFO寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將不能進(jìn)入FIFO，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)丟失。EF是空標(biāo)志的縮寫，如果FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)已經(jīng)全部被讀出，數(shù)據(jù)指針指向零，EF信號(hào)會(huì)被FIFO置低電平，如果此時(shí)繼續(xù)從FIFO讀數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO輸出數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。ISP1581與MCU的接口線有8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD
、地址鎖存信號(hào)ALE、讀使能信號(hào)RD、寫使能信號(hào)WR，外加一條ISP1581通知MCU去讀數(shù)據(jù)的中斷信號(hào)INTn。
在圖4所示ISP1581的DMA時(shí)序中。單片機(jī)不參與高速傳輸，高速傳輸靠CPLD#2與ISP1581間的DMA(直接內(nèi)存存取)實(shí)現(xiàn)。在高速傳輸過(guò)程中CPLD#2為直接內(nèi)存存取主機(jī)，ISP1581為DMA SLAVE。傳輸過(guò)程由作為DMA SLAVE的ISP1581發(fā)起，DMA過(guò)程由DMA MASTER控制。傳輸開始時(shí)，首先由ISP1581發(fā)出DMA請(qǐng)求，ISP1581將DREQ拉成高電平表示有DMA請(qǐng)求，這時(shí)候需要CPLD#2給出DMA應(yīng)答，如果CPLD#2已經(jīng)準(zhǔn)備好傳輸，則CPLD#2將應(yīng)答信號(hào)DACK拉低，之后由CPLD#2控制DIOR(讀)/DIOW(寫)和DATA[15:0]來(lái)進(jìn)行DMA讀寫操作。
權(quán)利要求
1.一種用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口，所述高速相機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)接口是采用專用圖像采集卡通過(guò)PC機(jī)的PCI總線連接構(gòu)成，其特征在于所述高速電荷耦合相機(jī)采用USB 2.0接口芯片ISP1581作為數(shù)據(jù)接口，ISP1581與作控制傳感器的可編程邏輯器件CPLD相連；ISP1581的初始化配置采用單片機(jī)AT89S52實(shí)現(xiàn)，將AT89S52的數(shù)據(jù)地址總線與ISP1581的總線相連，并將CPLD的IO口與ISP1581的DMA口相連，CPLD為DMA主機(jī)，ISP1581為DMA從機(jī)，實(shí)現(xiàn)CPLD與ISP1581之間的高速DMA傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口，其特征在于所述CPLD與ISP1581之間還并接先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO，以此避免數(shù)據(jù)的丟失，而在計(jì)算機(jī)無(wú)法及時(shí)取走數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口，其特征在于所述CPLD的型號(hào)為M4A5-128/64。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于數(shù)據(jù)傳輸裝置領(lǐng)域的一種用于高速電荷耦合相機(jī)的電路接口。采用USB2.0作為高速相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)接口，USB2.0與作控制傳感器的可編程邏輯器件CPLD相連；USB2.0的總線與單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址總線相連，并將CPLD的IO口與USB2.0的DMA口相連，實(shí)現(xiàn)CPLD與USB2.0之間的高速傳輸。在USB 2.0接口芯片之外額外擴(kuò)展了FIFO，從而在系統(tǒng)中省去了采集卡，即節(jié)約了成本又提高了系統(tǒng)的可靠性。并且達(dá)到避免USB 2.0傳輸過(guò)程中偶爾中斷造成的數(shù)據(jù)丟失。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1687870SQ200510075009
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者徐磊, 陳強(qiáng), 孫振國(guó) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)