CN102769711A - 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法 - Google Patents

一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102769711A
CN102769711A CN2011101143210A CN201110114321A CN102769711A CN 102769711 A CN102769711 A CN 102769711A CN 2011101143210 A CN2011101143210 A CN 2011101143210A CN 201110114321 A CN201110114321 A CN 201110114321A CN 102769711 A CN102769711 A CN 102769711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fpga
cis
hardware
circuit
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101143210A
Other languages
English (en)
Inventor
邓耀华
吴黎明
骆学畅
韩威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN2011101143210A priority Critical patent/CN102769711A/zh
Publication of CN102769711A publication Critical patent/CN102769711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Image Input (AREA)

Abstract

本发明是一种基于FPGA的硬件可自定义CIS(Contact Image Sensor，CIS)传感信号采集方法，采用FPGA作为信号处理逻辑芯片，产生CIS工作时钟基准时序、同步采集信号，CIS传感器输出信号经高速A/D转换后，送入FPGA进行滤波、图像重构。根据实际CIS传感器接口形式，在线修改硬件配置文件，自定义FPGA硬件I/O，可以使单一电路***具备许多不同电路的功能，满足不同类型CIS传感器接口要求，方便实现不同类型的CIS传感器的即插即用，有利于提高采集模块的兼容性，减少硬件再次开发的成本，在CIS图像扫描领域具有应用价值。

Description

一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法
技术领域
本发明适用于图像扫描应用领域，所述的方法利用FPGA产生CIS传感器信号采集所需基准时钟及同步采集信号，基于硬件可自定义设计方法，只需修改硬件配置文件即可以方便实现不同类型的CIS传感器的即插即用。
背景技术
图像信号采集传感器种类繁多，应用的领域十分广阔。常用到的主要有CIS、CCD、COMS等作为扫描影像的传感器，CIS为线性传感器的一种，是用来将平面的图像或文件扫描成电子格式，以便储存、显示、处理或传输的光电元件。产品具有轻、薄的特性，且由于组装容易，可即插即用，可节省生产成本。CIS接触式影像传感器在很多图像传输***中有着广泛的应用。
图像信号采集传感器信号采集与处理一直研究热点，目前，所采用的信息采集、处理芯片主要为单片机，该类单片机能够满足一般图像传感信号采集，但是将会消耗单片机大量的时间和资源，同时只能应用与单一型号的信号传感器采集，不具备兼容性，不能够满足不同型号的信号传感器采集要求。本发明利用了FPGA作为信号处理逻辑芯片，其核心频率可以到400-500MHz，更重要的是，FPGA可以通过软件进行硬件自定义，从而可以产生不同型号的信号传感器采集的工作基准时序，具有强大的兼容、重构性。
发明内容
该发明采用FPGA作为信号处理逻辑芯片，CIS作为传感信号采集器，可以根据不同类型CIS接口要求，通过编写硬件编程语言对FPGA硬件进行配置，自定义硬件I/O，进行采集并实时传输数据。本发明提供一种稳定性、可靠性、实时性、兼容性的CIS图像传感信号采集方法。通过硬件自定义可以产生满足不同型号CIS的信号采集电路，利用高性能FPGA完成采集信号进行滤波及图像重构等运算。
一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法，其具体操作步骤如下：
(1)本发明采用Spartan-3/3L系列FPGA的XC3S400作为信号处理逻辑芯片，其电源电路的设计采用AS2830-3.3、1117-2.5、1117-1.2分别将5V输入电压转化为3.3V、2.5V、1.2V电压供给***。3.3V作为I/O电压VCC0、2.5V作为辅助电压VCCAUX，1.2V电压作为Spartan3的内核电压。
(2)信号处理电路采用差分放大电路，CIS输出信号是与像素一一对应模拟信号，在时钟信号作用下，模拟开关依次打开，将与像素信息一一对应的模拟信号依次输出。
(3)采用3阶巴特沃斯低通滤波器，进行高频噪声抑制，减少噪声参与后续图像重构，保证采集图像信息能够真实显示。
(4)选用8位高速并行模数转换器TLC5510，最高工作频率高达40MHz。采用双电源供电双向收发器74LVC4245进行电平切换，保证FPGA能实时采集到来自A/D转换数据。
(5)选用L298N芯片驱动传动电机，输出电压最高可达50V，直接通过电源来调节输出电压，用FPGA的I/O口提供电机控制信号。
(6)根据CIS传感器接口电路以及基准时钟要求，通过编写程序配置FPGA，在线完成硬件I/O自定义。
一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法，其中信号逻辑处理芯片采用FPGA，能够实现功能复杂，处理速度、可靠性、适应性等较高应用场合。如果直接由微处理器(MPU)产生CIS传感器控制时序信号及相关控制信号，则会消耗微处理器时间和资源。该技术在CIS传感器采集中具有显著优势和特点，能够完成更高速的图像信号采集，满足CIS传感器的即插即用，降低硬件重复开发成本，将在图像采集领域具有实际应用价值。
本发明相对现有技术具有如下优点和有益效果：
(1)选用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控制器，产生CIS传感器控制时序信号、采样时钟及相关控制信号，在FPGA内部构建数据存储空间，简化***电路及满足高速采集要求。
(2)不同类型CIS传感器，只需通过软件编程对FPGA硬件重新配置，即可产生符合不同类型CIS工作基准时序，实现CIS传感器即插即用。
(3)FPGA硬件的可自定义能使电路***结构和功能任意变换，从而使单一电路***具备许多不同电路功能，实现多种功能于一体化设计，降低开发成本。
附图说明
图1是本发明***硬件结构图；
图2是本发明所采用芯片XC3S400外接电路图；
图3是本发明所述***配置电路图；
图4是本发明所采用的信号处理电路-差分放大电路图；
图5是本发明所设计的3阶巴特沃斯低通滤波器的幅频特性响
应仿真图；
图6是本发明所述***高速A/D转换电路图；
图7是本发明所述***电平转换模块电路图；
图8是本发明所述***电机驱动模块电路图；
图9是本发明所述***的CIS基准工作时序图；
图10是本发明所述CIS信号采集控制流程图；
图11是本发明所述CIS信号采集方法原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明关键技术要点作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
参阅图1：为本发明涉及的一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法***硬件结构图，图像采集***包含：信号处理逻辑芯片FPGA(1)、CIS传感器(2)、信号处理放大电路(3)、高速A/D转换模块(4)、电平转换模块(5)、电机控制模块(6)、三态双向总线驱动器(7)。其中FPGA主控制芯片包含晶振电路(8)、Reset电路(9)、电源电路(10)、JTAG接口电路(11)、配置电路(12)。CIS传感器(2)采用时钟频率为4MHz。高速A/D转换模块(4)采用8位高速并行模数转换器TLC5510，最高工作频率高达40MHz，高速A/D转换模块(4)TLC5510的时钟信号管脚和输出使能信号管脚由FPGA主控器(1)直接控制，分别为AD_EN和AD_CLK。当AD_CLK为下降沿时，FPGA主控器(1)将TLC5510的转换数据读取到FPGA主控器(1)内部寄存器，实现信号由模拟到数字转换过程。电平转换模块(5)采用双电源供电的双向收发器74LVC4245。CIS传感器(2)工作电压为5V，CIS传感器(2)工作时钟信号及行同步信号的高电平电压最小值为3CIS传感器(2)、高速A/D转换模块(4)的驱动能力。
本发明涉及一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法，其工作流程包括：1、***工作流程：扫描件的信息经CIS传感器(2)扫描输出模拟电压值，经高速A/D转换模块(4)进行模数转换，FPGA主控器(1)读取采样值，并控制传动电机拖动扫描件以备下一行扫描采样。2、本发明所采用FPGA主控器(1)总线***工作状态如下：①***状态1：检测控制开始命令管脚电平，如果开始命令管脚是低电平且检测纸张管脚是低电平时，则说明主控器(1)已发送***启动命令且有扫描件***扫描器，可以开始扫描，转向***状态2，否则停留在***状态1。②***状态2：检测CIS行同步信号，在CIS行同步信号由高电平变成低电平时，转向***状态3，否则停留在***状态2。③***状态3：启动A/D采样，对A/D读取的次数进行计数，如果读取完扫描一行数据时，转动电机并转向***状态4，否则停留在***状态3。④***状态4：采集数据送入FPGA的输出控制。当传输完则转向***状态1，否则停留在***状态4。4、CIS传感器(2)的工作时序和MD控制模块(4)其工作流程如下：CIS传感器(2)行同步信号下降沿到来后，在CIS传感器(2)的每个工作时钟下降沿都会输出像素的模拟值，直到一行像素全部输出，假设CIS一行像素有Pmax个。CIS行同步信号等待所有像素全部输出后，还需等待若干个工作时钟周期，开始下一行扫描输出。当***开始采集，在CIS传感器(2)行同步信号由高电平变成低电平时，捕捉AD时钟信号AD_CLK上升沿，在AD_CLK上升沿时将AD采样值读入FPGA主控器(1)内部指定寄存器组，在多个时钟信号后完成一行信号采集，由于TLC5540在其时钟信号下降沿对输入模拟信号进行保持和采样，在若干时钟周期后将转换的数据输出到内部总线上，所以舍弃FPGA主控器(1)内部寄存器数组前面三个无效数据，余下数据则是有效像素数据，连续采集，直到完成扫描件扫描。5、FPGA主控器(1)将采集到的像素数据进行滤波，然后进行信号图像重构，输出图像。

Claims (4)

1.一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法，其特征在于：本发明采用FPGA作为信号处理逻辑芯片，通过设计硬件编程语言重构FPGA硬件接口电路，自定义的I/O，产生符合不同类型CIS工作基准时序，实现CIS传感器的即插即用。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的硬件可自定义CIS传感信号采集方法，其特征在于：FPGA产生CIS行同步信号和工作时钟基准时序，CIS传感器输出像素的模拟电压值经A/D转换后的送入FPGA进行数据滤波、图像重构。
3.根据权利要求1所述的方法，FPGA硬件接口电路包括电源电路、配置电路、高速A/D转换电路、电平转换电路、三态双向总线驱动器电路；FPGA硬件的可自定义，可以使FPGA的I/O具备许多不同电路的功能，满足不同类型CIS传感器接口要求，FPGA硬件电路具有智能、重构性。
4.根据权利要求1所述的方法，CIS输出信号经3阶巴特沃斯低通滤波器进行高频噪声抑制，减少噪声参与后续的图像重构。
CN2011101143210A 2011-05-04 2011-05-04 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法 Pending CN102769711A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101143210A CN102769711A (zh) 2011-05-04 2011-05-04 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101143210A CN102769711A (zh) 2011-05-04 2011-05-04 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102769711A true CN102769711A (zh) 2012-11-07

Family

ID=47096957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101143210A Pending CN102769711A (zh) 2011-05-04 2011-05-04 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102769711A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107169961A (zh) * 2017-05-15 2017-09-15 中烟追溯（北京）科技有限公司 一种基于cis图像采集的条烟分拣检测***和方法
CN108401085A (zh) * 2018-03-14 2018-08-14 河北南昊高新技术开发有限公司 一种扫描方法、扫描仪及扫描***
CN108804232A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 郑州云海信息技术有限公司 一种支持云端fpga部署的方法、主机服务器及***
CN109829394A (zh) * 2019-01-14 2019-05-31 上海思立微电子科技有限公司 屏下指纹芯片

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101587146A (zh) * 2009-06-10 2009-11-25 湖南大学 一种谐波和间谐波参数的检测方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101587146A (zh) * 2009-06-10 2009-11-25 湖南大学 一种谐波和间谐波参数的检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李善寿等: "基于FPGA和CIS的人民币图像采集***设计", 《传感器与微***》, vol. 29, no. 10, 20 October 2010 (2010-10-20) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107169961A (zh) * 2017-05-15 2017-09-15 中烟追溯（北京）科技有限公司 一种基于cis图像采集的条烟分拣检测***和方法
CN108401085A (zh) * 2018-03-14 2018-08-14 河北南昊高新技术开发有限公司 一种扫描方法、扫描仪及扫描***
CN108804232A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 郑州云海信息技术有限公司 一种支持云端fpga部署的方法、主机服务器及***
CN109829394A (zh) * 2019-01-14 2019-05-31 上海思立微电子科技有限公司 屏下指纹芯片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104483011B (zh) 一种旋转机械多通道振动信号的在线检测与分析***及方法
CN102202171B (zh) 一种嵌入式高速多通道图像采集与存储***
CN102769711A (zh) 一种基于fpga的硬件可自定义cis传感信号采集方法
CN102625056A (zh) 一种基于fpga的cis图像采集***及其采集方法
CN104469196A (zh) 一种针对行间转移ccd传感器的图像采集***的驱动装置
CN103442180A (zh) 基于sopc的双目视频拼装置及双目视频拼接方法
CN109030926A (zh) 多通道电压采集模块
CN104597802B (zh) 一种超高采样率可重现数据采集***
CN202841351U (zh) 一种图像像元合并的电路
CN110233948A (zh) 扫描设备、图像形成装置、扫描方法及存储介质
CN103679917A (zh) 一种基于fpga的高速纸币冠字号码提取识别***及其实现方法
CN101610339B (zh) 一种图像传感同步方法及其电路
CN202524483U (zh) 一种基于fpga的cis图像采集***
CN201063104Y (zh) 一种dsp与绝对式编码器通讯及解码的装置
CN103018542A (zh) 一种基于usb总线的电晕电流采集卡
CN210895078U (zh) 一种基于fpga+mcu的高速模拟量采集板卡
CN203522895U (zh) 基于sopc的双目视频拼装置
CN107122313B (zh) 基于fpga驱动线阵ccd的高速图像数据采集方法
CN203054072U (zh) 一种基于usb总线的电晕电流采集卡
CN202584096U (zh) 一种使用有限状态机控制fifo之间读写的装置
CN208128368U (zh) 一种智能图像处理***
CN203813865U (zh) 使用cpld的线阵ccd数据采集同步电路
CN206164677U (zh) Usb3.0cmos线阵工业相机
CN206863533U (zh) 一种基于pc104总线的发电机励磁模拟量采集卡
CN101841636A (zh) 基于低维量子结构光电传感器读出电路的光电成像***

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121107