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基于USB2.0高分辨率线阵摄像头设计
篇一:gsou,usb2.0,camera
编号
毕 业 设 计（论文）
题目 基于USB 2.0高分辨率线阵摄像头设计
二级学院 电子信息与自动化学院
专 业 电子信息工程
班 级 1070702XX
学生姓名 陈 X 学号 1070702XXXX
指导教师 职称 教 授
时 间 2011年6月1日
目 录
摘 要 ........................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................................ II 1绪 论 .......................................................................................................................................... 1gsou,usb2.0,camera。
1.1本课题背景及研究意义 .................................................................................................... 1
1.2国内外研究情况 ................................................................................................................ 2
1.3本课题研究的主要任务 .................................................................................................... 3
1.4本章小结 ............................................................................................................................ 3 2USB2.0高清线阵摄像头系统设计方案 .......................................................................... 4
2.1系统设计 ............................................................................................................................ 4
2.2系统的主要部分 ................................................................................................................ 4
2.3系统功能 ............................................................................................................................ 5
2.3.1图像采集功能 .......................................................................................................... 6
2.3.2视频信号处理功能 .................................................................................................. 6
2.3.3图像数据读取功能 .................................................................................................. 6
2.4本章小结 ............................................................................................................................ 6 3 系统核心模块线阵CCD .................................................................................................... 7
3.1线阵CCD概述 .................................................................................................................. 7
3.2 CCD成像器件的原理 ....................................................................................................... 7
3.3线阵CCD器件的选择 ...................................................................................................... 8
3.3.1TCD2901器件介绍 .................................................................................................. 9
3.4 TCD2901工作时序分析 ................................................................................................. 10
3.5本章小结 .......................................................................................................................... 11 4系统功能模块设计 .............................................................................................................. 12
4.1时序控制与逻辑控制部分 .............................................................................................. 12
4.1.1芯片介绍 ................................................................................................................ 12
4.1.2电路设计 ................................................................................................................ 12
4.2高速A/D转换设计 ......................................................................................................... 13
4.2.1芯片介绍 ................................................................................................................ 13
4.2.2电路部分 ................................................................................................................ 13
4.3高速FIFO ........................................................................................................................ 15
4.3.1芯片介绍 ................................................................................................................ 15
4.4 USB2.0接口的设计 ......................................................................................................... 16
4.4.1元器件的选择 ........................................................................................................ 16
4.4.2增强8051核 .......................................................................................................... 17
4.4.3存储空间 ................................................................................................................ 18
4.5本章小结 .......................................................................................................................... 18 5系统软件设计 ........................................................................................................................ 19
5.1系统软件设计概述 .......................................................................................................... 19
5.2 CCD驱动时序及图像数字转换器接口时序的设计 ..................................................... 19
5.2.1 CCD驱动时序设计 ............................................................................................... 19
5.2.2图像数字转换器接口时序设计 ............................................................................ 20
5.3 FIFO控制器设计 ............................................................................................................ 21
5.4 USB相关软件设计 ......................................................................................................... 22
5.4.1 USB通信协议 ....................................................................................................... 22
5.4.2 USB固件程序设计 ............................................................................................... 24
5.4.3 USB驱动程序设计 ............................................................................................... 29
5.5用户端应用程序设计 ...................................................................................................... 30
5.6本章小结 .......................................................................................................................... 31 6系统调试 ................................................................................................................................. 32
6.1 CPLD时序仿真 ............................................................................................................... 32
6.2 USB设备调试 ................................................................................................................. 32
6.3本章小结 .......................................................................................................................... 33 7总结与展望 ............................................................................................................................ 34
7.1总结 .................................................................................................................................. 34gsou,usb2.0,camera。
7.2工作展望 .......................................................................................................................... 34
参考文献 .................................................................................................................................... 36 致 谢 ........................................................................................................................................... 38 附 录 ........................................................................................................................................... 39
附录1 ................................................................................................................................. 39 附录2 ................................................................................................................................. 40 附录3 ................................................................................................................................... 41
摘 要
随着数字多媒体技术的飞速发展，视频采集的高分辨率技术已经在诸多领域成为一项非常重要的核心技术，当前工业用途的摄像头对图像分辨率有着严格的要求，对于图像采集速度没有太多的限定，本课题正是针对这两点介绍了一款基于USB2.0接口的线阵高分辨率摄像头。
该系统主要由线阵CCD图像传感器、CPLD（可编程逻辑）时序逻辑控制器、高速FIFO缓存、高速A/D转换模块、USB2.0与计算机的通信模块构成。本系统选用CY7C68013作为USB接口芯片，主机端向CY7C68013芯片发送图像采集的请求信号，片上8051根据该信号启动CPLD驱动模块，继而CPLD发出CCD驱动时序与逻辑控制的信号，采集到的图像首先经过XRD4460视频信号处理芯片的相关双采样，然后再通过高速A/D转换器把电信号转换为数字信号，最后借助USB接口将采集到的视频数据实时的输入主机端（PC机）进行最终的数据处理。此外，为了解决采集端和接收端相互的数据传输速度问题，本课题采用了CY7C4255芯片作为FIFO存储器来缓存A/D转换后的图像数据。本设计采用USB接口节省了采集卡，且即插即用，从而达到了低成本的效果。
通过主机端的控制可以完成采集控制、时序控制、去噪、传输、读取等功能，从而实现高分辨率的线阵摄像头系统设计，有效地提高了摄像头的分辨率。
关键词：USB 2.0、摄像头、高分辨率、线阵CCD
UTMI及USB 2.0 PHY高速传输特性分析
篇二:gsou,usb2.0,camera
分类： 硬件基础2010-03-29 16:30 788人阅读 评论(2) 收藏 举报
1. 概述
USB2.0 利用传输时序的缩短（微帧125us）以及相关的传输技术，将整个传输速度从原来的12Mbps提高到480Mbps，提高了40倍的带宽，为开发高宽带USB接口产品提供条件。USB2.0支持USB1.1的全速（Full Speed）和低速（Low Speed）工作环境，其电气特性在其他文献中有描述[6]，这里主要介绍USB2.0高速设备的电气特性以及相关的UTMI接口规范。UTMI全称为 USB2.0 Transceiver Macrocell Interface，此协议是针对USB2.0的信号特点进行定义的，分为8位或16位数据接口。目的是为了减少开发商的工作量，缩短产品的设计周期，降低风险。此接口模块主要是处理物理底层的USB协议及信号，可与SIE整合设计成一专用ASIC芯片，也可独立作为PHY的收发器芯片，下以8位接口为例介绍PHY的工作原理及设计特点。
2. UTMI主要功能及原理
首先，为保证兼容性，PHY应该支持全速和高速工作模式。为此高速集线器（Root Hub或Hub） 需要能够检测设备是高速端口还是全速端口，以作相应的速度模式进行工作。因此，信号接口须实现以下功能：
l 不同速率接口之间的动态传输
l 高速设备检测（HighSpeed Detection Handshake） l 高速设备断开检测（HS_Disconnect）
l 能传输高速/全速差分信号（要求阻抗匹配） l 发送和检测高速包开始信号（SYNC）
l 发送和检测高速包结束信号（EOP）
l NRZI编码和位填充（Bit Stuff / Bit Unstuff） l 支持挂起和复位的操作
图1 USB2.0 PHY 功能模块描述框图
图 1描述了UTMI各个功能模块，其工作原理如下：PHY从其他转态（如上电、重启或挂起）转换成工作状态后，首先进行高速设备的连 接检测（HS
Detection Handshake）（后面再详细叙述），检测完毕后切换成相应的工作模式，然后等待主机和设备进行传输数据流。当接收器在USB数据线D＋和D－检测到由主机发送到设备的信号时，首先对信号进行时钟恢复，得到正确同步信号后再送进缓冲区，通过NRZI解码及位反填充后，把串行信号转换成并行信号，最后送到设备SIE进行处理。反之，当设备端的SIE需要发送数据包时，UTMI将按照相反的顺序把已编译好的NRZI串行数据流通过发送器传输给主机。为了降低功耗，UTMI支持挂起功能，其工作状态如图2所示。
图2 UTMI工作状态转换的流程图
3. 各功能模块分析
3.1 Clock Multiplier
本模块产生UTM的本地内部时钟，同时提供一个外部时钟CLK输出给SIE，协议要求时钟频率的误差范围小于10％（±6MHz），时钟输出CLK的精确度达到±500ppm（30.0KHz），并要求在1.4ms内达到稳定时钟频率。
对于8位数据接口，此时的外部时钟CLK输出为60MHz。在高速环境下，一个外部时钟CLK周期即为高速设备传输一个字节数据所需 的时间，即
( )ms/per Byte；而在全速环境下，5个外部时钟CLK周期为全速环境下传输一位数据所需的时间，即
( )ms/per Bit,因此，通常情况下，传输全速一个字节
数据的时间为40个外部CLK周期,如果存在位填充，则需要45个周期时间。
2.2 发送及接收器
本文重点介绍高速传输的特点。在高速环境下USB的传输速率为480Mbps，选用这个数值，一方面是可以使用现存的电缆和连接器，另一方面通过对半导体技术的广泛研究与测试，这个速度不仅在生产工艺上没有问题，也与USB 1.1的完全兼容。为了减少噪声和电源抖动对传输的影响，提高传输速度，选择差分电流模驱动方式。
USB2.0的一个最大挑战就是要设计出低的输出阻抗的高性能收发器[7]。在480Mbps传输时，如果路径没有按照性能要求的阻抗结束，就会产生反射。为此，在传输高速信号时，要给电缆匹配一个90Ω的电阻，以消除信号反射，同时电流源在驱动这个低的输出阻抗时也可增加抗噪声性能。当高速驱动器在工作的时候，总线处于空闲状态，两个数据线都处于低电平状态，此时集线器的全速驱动器和设备的全速驱动器在功能上等效成每个都是45Ω 电阻（如图3的圆圈所示），合成90Ω的差分电阻产生一个0系数的反射。
USB标准接口定义
篇三:gsou,usb2.0,camera
USB B型接口/引脚管脚定义图
USB公口(B型插头)外形图
到网络上有很多USB，Mini-USB接口的文章，里面很多的贴图要么不清楚（不是照片，而是手画的），要么就是错误的（按照它的标法插头都插不到插座里），考虑到USB连线和接口的广泛使用，特重新整理编辑，希望对大家有所帮助。
下面介绍的是标准USB接口定义
USB是一种常用的PC接口，只有4根线，两根电源两根信号，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉USB设备或者电脑的南桥芯片！
其中ID脚在OTG功能中才使用。由于Mini-USB接口分Mini-A、B和AB接口。
如果你的系统仅仅是用做Slave，那么就使用B接口。
系统控制器会判断ID脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高电平，则是B接头插入，此时系统就做主模式(master mode)
如果ID为低，则是A接口插入，然后系统就会使用HNP对话协议来决定哪个做Master，哪个做Slave。
这些说明为技术人员总结的，仅供参考。
我们手机上一般用的都是B型Mini-USB口
下面贴一张常见的USB接口图片gsou,usb2.0,camera。
从左往右依次为：miniUSB公口(A型插头)、miniUSB公口(B型插头)、USB公口(B型)、USB母口(A型插座)、USB公口(A型插头)
什么是USB 2.0接口
常用USB接口的识别及USB接口标准和作用
一、什么是USB？
USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。
这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设(device)端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。
USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点：
1、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机à将并口或串口电缆接上à再开机”这样的动作，而是直接在PC开机时，就可以将USB电缆插上使用。
2、携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G的硬盘，USB硬盘比IDE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB硬盘会是首要之选了。
3、标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机，等等。
4、可以连接多个设备。USB在PC上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有4个端口的USB HUB时，就可以再连上4个USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台PC上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。但是，为什么又出现了USB2.0呢？它与USB1.1又有何区别？请别急，下面就会谈到了。
二、什么是USB 2.0
目前USB设备虽已被广泛应用，但比较普遍的却是USB1.1接口，它的传输速度仅为12Mbps。举个例子说，当你用USB1.1的扫描仪扫一张大小为40M的图片，需要4分钟之久。 这样的速度，让用户觉得非常不方便，如果有好几张图片要扫的话，就得要有很好的耐心来等待了。
用户的需求，是促进科技发展的动力，厂商也同样认识到了这个瓶颈。这时， COMPAQ、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和PHILIPS这7家厂商联合制定了USB 2.0接口标准。USB 2.0将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，比USB 1.1标准快40倍左右，速度的提高对于用户的最大好处就是意味着用户可以使用到更高效的外部设备，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB 2.0的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。
所以，如果你用USB 2.0的扫描仪，就完全不同了，扫一张40M的图片只需半分钟左右的时间，一眨眼就过去了，效率大大提高。
而且，USB2.0可以使用原来USB定义中同样规格的电缆，接头的规格也完全相同，在高速的前提下一样保持了USB 1.1的优秀特色，并且，USB 2.0的设备不会和USB 1.X设备在共同使用的时候发生任何冲突。
另外，在软件方面，Windows是完整的支持USB 1.X，对于USB 2.0，系统可以认出，而且能够正常工作，但是USB 2.0并不能充分发挥其性能优势，系统检测到USB 2.0的设备后，会提示说你的USB设备需要优化。现在还没有完全支持USB 2.0的WINDOWS系统，而LINUX、MACOS、BEOS到是走到了前面，都有了相关的软件支持或者系统程序包。不过可以肯定的是，当带有USB 2.0规格的产品出现的时候，Windows会非常快的跟上的。现在WINDOWS XP已经会完全支持USB 2.0设备，不过当系统主板一但支持USB 2.0的时候微软将会很快推出USB 2.0的补丁。所以我们可以说，由于得到INTEL和微软的支持，USB2.0标准已成为下一代周边设备接口的重要趋势。
常用USB接口的识别及USB接口标准和作用
下面贴一张常见的USB接口图片
从左往右依次为：miniUSB公口(A型插头)、miniUSB公口(B型插头)、USB公口(B型)、USB母口(A型插座)、USB公口(A型插头)
以下是引脚定义