基于USB的高清彩色CCD圖像采集系統

圖3中，IFCLK為Slave FIFO的接口時(shí)鐘。Slave FIFO接口時(shí)鐘信號既可由內部提供，也可由外部提供。如果FX2LP設置為使用外部時(shí)鐘源，則IFCLK引腳可被用來(lái)提供5～48 MHz之間的任何頻率的時(shí)鐘信號。當IFCLK被設置為輸入時(shí)，最小頻率為5 MHz。FIFOADR[1：0]引腳用來(lái)選擇EP2、EP4、EP6和EP8中的一個(gè)FIFO與數據總線(xiàn)FD連接。FULL和EMPTY引腳分別是FIFO的滿(mǎn)狀態(tài)和空狀態(tài)標志，通過(guò)配置CY7C68013A內部的相關(guān)寄存器可使得當FIFO滿(mǎn)狀態(tài)或者空狀態(tài)的時(shí)候向外部控制器發(fā)送相應的標志。SLWR引腳是寫(xiě)FIFO控制信號，當SLWR被激活時(shí)，數據總線(xiàn)FD上的數據在每個(gè)時(shí)鐘信號IFCLK上升沿到來(lái)時(shí)被寫(xiě)入FIFO。
INT1和PAUSE信號是為了協(xié)調高清圖像數據正常發(fā)送而引入的額外信號。系統中CCD圖像傳感器輸出的模擬信號經(jīng)AD9824采樣后輸出14 bit數字信號，但數據中不包含圖像幀頭信息。為使主機應用程序能夠準確和完整地分離出圖像數據，本系統設計方法是在EZ-USB FX2LP的INT1中斷服務(wù)程序中為每一幀圖像加入特定的幀頭。在EZ-USB在往FIFO里面寫(xiě)入幀頭的過(guò)程中，不允許CPLD繼續讓AD向FIFO傳送數據，從而引入了PAUSE信號通知CPLD暫停傳送數據的操作。
本系統采用的模擬轉換器AD9824是一款14bits的高效CCD信號處理器，而FD[15：0]是16位的數據總線(xiàn)，在設計過(guò)程中，我們將高位數據線(xiàn)接地，低14位數據線(xiàn)接AD9824數據并行輸出數據。

2 系統軟件實(shí)現
2．1 AD相關(guān)雙采樣
相關(guān)雙采樣(CDS)通過(guò)對每一個(gè)CCD像素點(diǎn)輸出信號采樣兩次來(lái)消除低頻噪聲的影響，它是根據CCD輸出信號和噪聲信號的特點(diǎn)而設計。圖4為相關(guān)雙采樣時(shí)序圖，圖中詳細的指出了相關(guān)采樣的時(shí)序要求。CCD每個(gè)像元的輸出周期都以復位脈沖信號開(kāi)始T1，先清除前一個(gè)像素的電荷，以等待下一像素電荷的到來(lái)。此時(shí)的輸出信號被嵌入復位電平，并產(chǎn)生復位噪聲；在圖中T2期間，由于復位MOSFET漏電流的影響，復位電平有微小下降，這種現象稱(chēng)為復位失調電壓。此時(shí)的輸出信號為復位電平與復位噪聲、復位失調電壓的疊加；在T3期間，CCD電荷進(jìn)行水平轉移，此時(shí)混入移位時(shí)鐘干擾；T4期間的輸出為復位噪聲、復位失調電壓和有用光敏輸出信號的疊加。所以相關(guān)雙采樣的原理就是在T2和T4時(shí)刻對同一像素點(diǎn)的輸出信號進(jìn)行采樣，然后將兩次采樣值相減就基本消除了復位噪聲的干擾，得到信號電平的實(shí)際有效幅值。本系統選用的模數轉換器AD9824內部具有相關(guān)雙采樣電路，系統實(shí)現過(guò)程中就是EPM3128產(chǎn)生如圖4所示的SHP、SHP、DATACLK采樣信號，即可完成相關(guān)雙采樣邏輯，很大程度降低了圖像數據中包含的噪聲信號。

2．2 USB固件程序設計
在USB接口設計中，USB固件編程是整個(gè)設計任務(wù)的核心。USB固件程序用于完成USB設備的識別、重列舉、設備請求、USB協(xié)議處理、外部硬件的功能、負責與USB主機之間的數據通信等。固件的設計就是使在USB總線(xiàn)上的傳輸能獲得最大的有效的數據傳輸速度。
設備上電之后，就會(huì )按照如下的步驟執行固件：
1)初始化架構全局變量；
2)調用TD_Init()初始化FX2LP芯片，調用用戶(hù)自定義的初始化函數，返回后USB設置為未配置狀態(tài)，并打開(kāi)中斷；
3)在緊接著(zhù)的1秒內，重新枚舉USB設備，直到收到SETUP封包；
4)檢查設備請求，有請求則執行相應的功能，有的需要跳轉到相應函數；
5)檢查總線(xiàn)掛起事件，沒(méi)有掛起事件則執行9)；
6)調用TD_Suspend()，返回失敗代碼則執行9)；
7)掛起處理器；
8)檢查重新開(kāi)始事件，事件發(fā)生則調用TD_Resume()，否則執行7)；
9)調用TD_Poll，函數返回到4)并執行。