基于FPGA/CPLD和USB技术的无损图像采集卡

USB规范1.1版本定义了USB的四种数据传输模式：控制传输、同步传输、中断传输和块传输，以适应不同应用场合的需求。其中块传输方式提供数据校验，适用于无误传输大指数据的场合。本课题选用USB的块传输方式，同时采用了EZ-USB的快速传输模式，理论速率为12Mbps，实际最高速率能达到8Mbps。

当PC机检测到USB图像采集卡已经插上后，PC机可自动地将图像采集卡的驱动程序装入操作系统，同时PC机通过USB总线下载8051程序代码和设备特片到USB的RAM中。(凹丫丫范文网fanwen.oyaya.net收集整理)

USB的开发包括USB的固件程序、Windows设备驱动程序和Windows主机应用程序的编制，限于篇幅，这里只简单介绍一下USB固件程序（Firmware）的编制。USB固件程序的具体流程如图3所示，在源程序的TD_Poll（）中加入了对比度、亮度及饱和度的调节，以做到在硬件上对图像处理中的上述重要参数的调节，在外部中断1中完成一帧数据的快速传输。

由于采用了外部中断1，为了避免与USB中断的冲突，需要在工程中自己编写一个汇编文件，内容如下：

cseg at 43h

ljmp 1800h

此外，在编写的Keil C源程序中需要加两句话，以解决USB中断和外部中断的地址重叠问题。

#pragma intvector (0x17FD)

#pragma interval(4)

为了增加USB传输数字视频信号的速度，采用USB的快速读写模式，在Keil C源程序中内嵌对USB进行寄存器设置的汇编代码。配置了USB的时钟控制寄存器，采用全速访问数据存储器，MOVX指令在两个机器周期内实行，时钟频率为24MHz，因此USB产生的读选通宽度为83.3ns。配置端口A，使能PORTACFG（16进制地址为7F93H）寄存器中的快速读FRD。配置快速传输控制寄存器FASTXFR（16进制地址为7FE2 H），采用快速块传输，使能快速读写信号。为了将端点2缓冲匹配置成FIFO，增加读写速度，8051将端点2缓冲区（IN2）的首地址7E00H装入自动指针AUTOPTRH（16进制地址为7FE3H）和AUTOPTRL（16进制地址为7FE4H），并且dptr指向AUTODATA（16进制地址为7FE5H），也就是指向了FIFO寄存器，这样8051可以完全像FIFO一样访问端点2缓冲区。

2.4 PC机端的图像还原

在PC机端，用Visual C++ 6.0编写客户应用程序，应用程序通过USB接收原始的奇数场和偶数场图像数据，待接收完奇数场和偶数场图像数据后，应用程序把它们组成完整的一帧图像，并且把该帧图像数据存储到硬盘上，然后把这帧图像转化成BMP格式的图像，以BMP格式再次在硬盘上存储图像数据，同时以BMP的形式显示图像。

3 应用前景

该无损图像采集卡虽然是针对特殊的图像处理应用而研发的，但它的作用很广，能应用于嵌入式系统中的图像传输、集成电路和精密机械领域中的器件定位等。此外，如果用USB2.0代替USB1.1，则能实时传输图像数据到PC机或嵌入式系统，用软件进行图像数据的压缩处理，这块外置式图像采集卡可以作为一个很好的实时监控设备，以降低硬件成本。