I2C總線(xiàn)CMOS型PB-0300數字圖像傳感器
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摘要：介紹CMOS型數字圖像傳感器PB-0300的性能特點(diǎn)、功能設置、與MCS-51系列單片機的接口電路及編程技術(shù)。 關(guān)鍵詞：I2C總線(xiàn) 數字圖像 傳感器 1 功能描述 1.1 性能特點(diǎn) PB-0300系列CMOS型有源像素數字圖像傳感器，內置模數轉換8、位并行數據輸出、64個(gè)內部寄存器，采用I2C總線(xiàn)控制，可編程控制；可以在彩色和黑白兩種模式下工作。當外接24MHz時(shí)鐘晶振時(shí)，可以獲得30幀/s的圖像輸出。在上電期間，自動(dòng)調入缺省參數設置，包括自動(dòng)曝光功能，所以可以不編程情況下使用傳感器。主要性能指標如表1。
1.2 內部結構 PB-0300由五大部分組成：數字邏輯模塊、像素陣列、列平行的增益電路和讀出電路、8位ADC、偏置DACs，如圖1所示。 主要引腳功能如表2。
PB-0300有三種分開(kāi)的供電電源：數字電源、模擬電源和傳感器陣列電源。使用時(shí)要特別注意各電源間的相互影響。 2 圖像輸出格式與時(shí)序 PB-0300控制像素數據輸出的信號有：幀有效（FRAME-VALID）信號、行有效（LINE-VALID）信號、像素時(shí)鐘（PIXCLK）信號。FRAME-VALID信號控制一幀有效圖像的輸出，高電平有效；LINE-VALID信號控制每行有效信號的輸出，高電平有效；PIXCLK信號控制每個(gè)像素的輸出，當FRAME-VALID和LINE-VALID均為高電平時(shí)，每個(gè)像素時(shí)鐘周期輸出一個(gè)8位像素信號；并行的DOUT0～DOUT7是像素數據的8位輸出，它們始終和像素時(shí)鐘同步。在PIXCLK處于下降沿時(shí)，數據輸出和LINE-VALID都不能改變。在默認的VGA（640480）下，當每行640個(gè)有效像素信號輸出之后，LINE-VALID變?yōu)榈碗娖?，PB-0300按一定編碼方式向外輸出982個(gè)無(wú)效信號，然后再輸出像素信號。當480行有效像素和無(wú)效信號完全輸出之后，傳感器再輸出9行空白信號。這期間FRAME-VALID為低電平，標志著(zhù)當前幀的結構和下一幀的開(kāi)始；同時(shí)，讀入寄存器的最新值，通過(guò)對寄存器編程而改變的圖像參數在下一幀生效。信號輸出時(shí)序如圖2所示。 3 寄存器設置 PB-0300共有64個(gè)寄存器（R0-R63），地址依次為00H～3FH，在缺省情況下有自動(dòng)曝光功能；可以改變輸出圖像的大小、位置和速度；通過(guò)調節像素累積時(shí)間、ADC參考和增益值可以控制采集到的圖像亮度。下面介紹幾個(gè)主要寄存器的功能。 *復位控制寄存器（R13） R13能夠使PB-0300復位到上電后的缺省狀態(tài)。首先向R13的最低位寫(xiě)入“1”，使PB-0300處于復位狀態(tài)，然后再寫(xiě)入“0”繼續工作。 *窗口位置與大小控制寄存器（R1，R2，R3，R4） 控制采集圖像窗口的位置與大小。只有在此窗口內的像素才能有效地讀出。窗口的像素個(gè)數最大值為640480。R1為行起始坐標，R2為列起始坐標，（1024-R3）為有效行數，（1024-R4）為有效列數；窗口大小的默認值為VGA（640480），右上角坐標為（0，0），左下角坐標為（639，479）。 *像素累積控制寄存器（R8，R9） 控制像素的采光時(shí)間，R8為累積幀數，R9為累積行數，實(shí)際總的累積時(shí)間，即實(shí)際處理完一幀圖像的時(shí)間為：Tint=[(R8(1024-R3)+R9)Trow，其中，Trow為處理完一行有效像素所用的時(shí)間。一般的R8設置為0，R9的最大值為有效圖像窗口的行數。Tint的值應該能信號避免由于光閃爍使圖像產(chǎn)生條紋。在60Hz光閃爍頻率下，Tint必須為1/120s的整數倍；50Hz頻率下，Tint必須為1/100的整數倍。 *幀速率控制寄存器（R5，R6，R10） 控制每行和每幀有效像素信號之間的無(wú)效信號時(shí)間。當其它圖像參數改變時(shí)，通過(guò)改變上幀速度控制寄存器的值為調節幀速率。若通過(guò)R4減小有效像素列數后，處理一行有效像素的時(shí)間將變短，幀速率將增加。這時(shí)可以調節R5的值來(lái)增加每行元效信號的輸出數量和時(shí)間，從而使幀速率保持不變；同理，若改變有效像素行數時(shí)，調節R6來(lái)保持幀速率。R10是通過(guò)控制PIXCLK的輸出來(lái)改變像素輸出時(shí)間的。 設置輸出像素的各種顏色的增益值。像素信號在模數轉換前經(jīng)過(guò)增益放大電路，分別對各種顏色進(jìn)行處理，R43、R46分別對應藍色和紅色，R44、R45都對應綠色，R53是全局設置。一般的照明情況下（100～1000lx），增益值為1～8，編程的值是多少，對應的增益值就是多少。從R53可以讀出自動(dòng)曝光模式下的增益值。 *模數轉換參考（ADC）控制寄存器（R25） 通過(guò)改變模數轉換參考值，改變圖像的數字輸出，從而調節圖像亮度。當圖像亮度大時(shí)，增加ADC值，得到的圖像將變暗；當圖像較暗時(shí)，減小ADC值，得到的圖像將變亮。在非自動(dòng)曝光模式下，R25控制ADC的最大參考值（最小參考值為0），其典型值在24～38之間。在自動(dòng)曝光模式下，ADC參考值不能改變。 *信號漂移值設置寄存器（R32） 設置信號漂移值，調節圖像的亮度，可以設置正負兩種值。當圖像太暗時(shí)，給R32加一個(gè)正值，像素信號變大，使得圖像變亮；當圖像太亮時(shí)，給R32加一個(gè)負值，使圖像變暗。 4 PB-0300與單片機的接口 當PB-0300復位至默認狀態(tài)下時(shí)，能夠自動(dòng)工作，此時(shí)采用自動(dòng)曝光功能，輸出的圖像為640480像素，輸出速率為30幀/s。也可以通過(guò)修改寄存器的值來(lái)改變傳感器的工作方式和提高圖像的輸出質(zhì)量。在MCS-51系列單片上，可以使用虛擬I2C總線(xiàn)軟件包VIIC模擬I2C總線(xiàn)，對PB-0300的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。接口電路如圖3所示。 PB-0300采用16位寄存器，需要寫(xiě)入2個(gè)字節，寫(xiě)滿(mǎn)之后寄存器地址自動(dòng)增加。所以對連接寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，只需寫(xiě)入第一個(gè)寄存器的地址；進(jìn)行讀操作時(shí)，先對控制寄存器空寫(xiě)一次，以明確操作對象，然后進(jìn)行讀數。子程序WRITE是將默認狀態(tài)下R5的值（510）修改為340（0214H），使圖像輸出為VGA（640480），輸出速率為25幀/s。子程序READ是以讀R9、R10為例的典型程序。子程序清單如下： VSDA EQU P1.7 VSCL EQU P1.6 SLA EQU 50H NUMBYT EQU 51H MTD EQU 30H MRD EQU 40H WRITE：MOV 30H，#05H ；寄存器R5地址 MOV 31H，#02H ；寄存器值（0214H） MOV 32H，#14H MOV SLA，#0BAH ；尋址并為寫(xiě)操作 MOV NUMBYT，#03H ；寫(xiě)入字節數 LCALL WRNBYT RET READ：MOV 30H，#09H ；寄存器的R9地址 MOV NUMBYT，#01H ；寫(xiě)入字節數 MOV SLA，#0BAH ；尋址并為寫(xiě)操作 LCALL WRNBYT MOV SLA，#0BBH ；尋址并為讀操作 MOV NUMBYT，#04H；讀出字節數 LCALL RDNBYT RET PB-0300具有體積小、功耗低、接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且編程操作靈活，可以不用編程在默認方式下工作，也可以通過(guò)編程來(lái)改變輸出圖像的質(zhì)量、大小和速度等，特別適合于現場(chǎng)應用中。PB-0300系列目前流行使用的是PB-0330。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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