ISP型PLD的圖像處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

引言

隨著圖像處理技術(shù)應(yīng)用的普及，其應(yīng)用范圍越來越廣。在醫(yī)學(xué)、軍事、公安等領(lǐng)域，特別是近些年在工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)檢測(cè)方面得到廣泛應(yīng)用。目前的圖像處理系統(tǒng)大多采用計(jì)算機(jī)加上視頻采集卡和攝像頭來構(gòu)成其硬件系統(tǒng)，這種硬件結(jié)構(gòu)對(duì)于處理自滿不復(fù)雜的簡(jiǎn)易圖像處理系統(tǒng)顯然是不合適的。

目前，EPLD芯片內(nèi)部的資源越來越多，速度越來越快，開發(fā)的軟件功能也更加完善，使其應(yīng)用逐步擴(kuò)大。人們普遍認(rèn)為，今后的許多電子系統(tǒng)，將以CPU+RAM+EPLD的結(jié)構(gòu)為特征。圖像系統(tǒng)將向小型化發(fā)展。如何設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單的、低成本的圖像處理系統(tǒng)是將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到更廣的領(lǐng)域的迫切要求。

本文介紹的系統(tǒng)正是針對(duì)這樣的需求而開發(fā)出來的。

1 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由攝像頭、圖像輸入單元、圖像存儲(chǔ)單元、圖像處理單元、圖像顯示單元及驅(qū)動(dòng)控制單元幾部分組成。圖像處理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

該圖像處理系統(tǒng)采用Atmel的89C55為中央處理單元，系統(tǒng)時(shí)鐘為20MHz。圖像采集部分由ISPLSI1032E提供存儲(chǔ)圖像RAM的地址信號(hào)和采集圖像點(diǎn)陣的時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù)需要每幀圖像可分為256×256或512×512點(diǎn)陣，在特殊情況下也可采用256×128或512×256半屏方式。在圖像輸出單元，可將圖像與顯示菜單迭加輸出，構(gòu)成可視菜單。

另外，為適應(yīng)工業(yè)檢測(cè)和工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用，在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)控制電路，可以輸出開關(guān)量和模擬量。基本上能夠適應(yīng)各種控制場(chǎng)合。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 ISP器件開發(fā)

ISP器件除具有一般PLD器件所具有的易用性、高性能和FPGA的靈活性、高密度外，最重要的一條是它的在系統(tǒng)可編程技術(shù)，

即ISP可以在空白的狀態(tài)下焊接到電路板上。任何已經(jīng)安裝好ISP器件的電路板，只要通過PC機(jī)和下載電纜，就能升級(jí)新的編程代碼，并且一切工作可在不斷電的前提下進(jìn)行。

ISP(In SYSTEM PROGRAMMING)技術(shù)是LATTICE半導(dǎo)體公司首先提供出來的一種能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，隨時(shí)對(duì)其器件、電路板或整個(gè)電子系統(tǒng)的邏輯和功能進(jìn)行組態(tài)或重組的最新技術(shù)。

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，圖像采集的核心部分是視頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果如何存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，即如何根據(jù)視頻信號(hào)產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址信號(hào)。經(jīng)過對(duì)所需邏輯門數(shù)量的估算，我們采用ISPLSI1032為地址發(fā)生器和其它一些邏輯電路。