基于DSP和CPLD的智能相机系统设计与研制

    引言

    在工业生产中, 生产设备的自动化程度在很大程度上决定着生产的效率。同时, 高技术高科技的生产设备, 对提高产品的档次也有很大的作用。在工业生产现场, 有许多工作是重复简单的劳动, 或工作环境是不适合人进行处理的。这时, 可以设计一种智能仪器, 代替人进行这种简单重复的工作或在恶劣的工作环境下进行工作。智能相机系统就是这样的一种自动化仪器。它以其工作效率高、性能稳定、能适合复杂和恶劣的工作环境而越来越受到工业生产的重视。本文将介绍一款用于工业生产现场产品质量控制的智能相机的设计方案, 并给出该相机的实际工作情况。

    1 系统整体设计

    进行相机系统设计, 首要考虑的问题是工业现场生产速度和相机处理速度的匹配问题。系统的整体设计必须以需要处理的数据量为基础来选择需要的处理器类型、外围接口元器件工作速度、以及选择传感器的型号和参数等。工业生产速度一般以每分钟多少个产品来计算, 必须将其换算为以秒为单位。综合各方面的因素, 在本智能相机系统设计中, 图像传感器采用美国国家半导体公司 (National Semiconductor)生产的 CMOS 单色 VGA 格式图像传感器 LM9617, 系统的逻辑控制和地址发生器则采用 LATTICE 公司生产的 CPLD ispLSI1048C, 中央处理器采用美国德州仪器(TI)公司的高速数字信号处理器 TMS320VC5402, 显示器件则采用台湾元太公司生产的液晶显示屏PD064VT5。在传感器和图像缓存间采用 LVDS 电平转换以提高长距离传输时的传输能力和抗干扰能力。在选定系统各部分的工作器件后, 对系统的整体结构设计如图 1 所示。

    由传感器输出的图像数据和对传感器的控制信号, 经过 LVDS 电平转换后, 分别送入到 CPLD 逻辑缓存控制单元和传感器。CPLD 在 DSP 的控制下, 完成对图像的缓存和传输以及传感器的配置。中央处理器DSP 对缓存图像进行处理, 完成后, 将处理结果图像写入到显示缓存中。当处理结果写入完毕后, 由显示驱动控制器完成处理结果图像的显示。

    2 系统各部分及功能描述

    (一)图像传感器单元

    图像传感器主要完成光信息信号向电信号转换,从而获得图像信息。考虑到普通的工业生产线的工作360 元 / 年 邮局订阅号: 82-946 《现场总线技术应用 200 例》PLD CPLD FPGA 应 用情况, 在本系统中, 图像传感器采用美国国家半导体公司(National Semiconductor)生产的 CMOS 单色 VGA格式图像传感器 LM9617, 其工作电压为 3.3V, 有效像元为 648×488, 像素尺寸可达 7.5×7.5。在时钟频率为48MHz 时, 输出图像为 30FPS。由于采用了 CMOS 工艺, 传感器的输出直接是图像的数字信号, 输出的图像数据可以是 8 位、10 位或 12 位。其控制和工作方式配置是在 DSP 的控制下, 通过 CPLD 和传感器的 IC总线来完成。该 CMOS 图像传感器采用 PLCC48 封装,其管脚定义和典型应用电路如图 2 所示: