嵌入式单片机系统在图像采集中的运用

长江大学电子信息学院 曹 媛 李永全

嵌入式单片机系统在图像采集中的运用

长江大学电子信息学院 曹 媛 李永全

图像采集和处理系统在我国社会发展中发挥了十分重要的作用，测量监控系统、智能化交通系统的操作都需要图像采集和处理系统支持。嵌入式单片机系统随着 工业化生产技术水平的提升，从传统控制形式转变为智能化控制形式，实现了自动化控制发展。将其应用在图像采集中能够提升这项工作的效率。为此，文章在阐述嵌入式单片机系统发展概况的基础上，分析图像采集系统中的嵌入式单片机硬件结构，并对嵌入式单片机系统在图像采集中的实现进行仿真分析。

【摘要】嵌入式单片机系统；图像采集系统；应用

嵌入式单片机系统随着科学技术的发展而发展，逐渐实现了自动化操作，且系统的运行变得更加准确，将嵌入式单片机系统应用到图像采集系统中，在很大程度上节省了传统单片机嵌入式系统人工操作的不便，促进了图像采集工作的效率。嵌入式单片机系统逐渐成为我国工业生产领域的重要部件，特别是在电子操作设备和信息采集中的应用，为我国社会发展建设做出了重要的贡献。为此，针对传统图像采集系统应用操作的缺陷，文章以MOTOROLA Coldf i ne系列的32位嵌入式单片机系统为例，具体分析其在图像采集中的运用。

一、嵌入式单片机系统概述

嵌入式系统是我国计算机系统中一种比较常见的形式，主要是通过系统移植技术来保证系统设备更好的运行，实现系统的智能化发展。和一般的计算机系统相比，嵌入式单片机系统是由软硬件系统两部分构成的。在系统构成，嵌入式系统最为重要的系统部件是单片机系统。嵌入式单片机系统和数据存储、输出设备共同组成系统硬件系统，对设备的操作管理发挥了十分重要的作用。嵌入式系统的软件由技术应用软件和嵌入式系统模块组成，弥补了原有计算机操作存在的不足。

文章研究的MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式单片机系统是由某网络技术公司开发的，MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式单片机系统包含运行嵌入式操作系统硬件设备CPU、SDRAM、Flash和以外网接口共同组成。在硬件系统构成的同时还保留了原有的资源装载和运行操作程序。MOTOROLA Coldfine系列的32位嵌入式单片机系统具有操作简便、耗能低、体积小、网络系统功能强大等方面的特点。

二、基于嵌入式单片机系统的图像采集系统硬件结构

基于嵌入式单片机系统的图像采集系统由图像传感器、逻辑时序接口、图像帧存储器、嵌入式单片机系统共同组成，基于嵌入式单片机系统的图像采集系统硬件结构具体如图一所示。

图一 基于嵌入式单片机系统的图像采集系统硬件结构

基于嵌入式单片机系统的图像采集系统传感器应用的是美国公司开发的CMOS图像传感器芯片OV7620。CMOS图像传感器芯片OV7620具有体积小、精确高、集成化水平高、图像输出速度快、耗能低、可以进行可编程操作等方面的优势。基于嵌入式单片机系统的图像采集系统能够通过总线对其功能寄存器进行重新设置安排，从而根据实际需要来控制图像的数据信息输出格式、输出速度等。CMOS图像传感器芯片OV7620能够输入八位到十六位的图像数据信息，能够应用的图像数据信息输出格式有YUV和RGB两种。在一般情况下，芯片的工作频率是27MHz,，图像输出的荼毒达到了每秒30frame。

基于嵌入式单片机系统的图像采集操作首先由CPLD将图像传感器输出的 图像数据信息存储到图像帧存储器中，之后应用嵌入单片机系统将每一帧图形数据信息从图像帧的存储器中来进行读取操纵。在一般情况下，图像的存储器、图像的传感器和嵌入单片机系统之间的数据传输转换是通过CPLD来实现的。嵌入式单片机系统总线读写操作时序受图像传感器图像数据输出操作和图像帧存储器的读写时序来进行。基于嵌入式单片机系统的图像采集总线读写时序确定之后能够进一步确定CPLD的内部逻辑结构。文章所研究的CMOS图像传感器芯片OV7620存储器要求采用4M异步静态存储器进行操作，数据的读取周围是70ms，数据操作需要应用十六位数据总线和十九位总线接口。CMOS图像传感器芯片OV7620支持下的CPLD内部逻辑框图具体如图二所示。

图二 CMOS图像传感器芯片OV7620支持下的CPLD内部逻辑框图

在CPLD内部逻辑框图中，逻辑时序的功能是结合图像传感器和嵌入式单片机系统信号产生的图像帧存储片选和读写信号等处理图像信息的存储。在有一帧图像数据信息从图像传感器传输到图像帧存储器的时候，逻辑时序译码器就会结合传感器的控制信号信息来进行图像帧存储器片选、信号输入等操作。

三、基于嵌入式单片机系统的图像采集逻辑时序仿真实验

基于嵌入式单片机系统的图像采集逻辑时序仿真实验操作应用了该公司MAX7000系列的芯片，具有快速、预测性强等方面的特点，能够满足高速图像信息采集系统的发展要求。MAX7000系列的芯片逻辑时序仿真结果具体如图三所示。在图三中的mcu-clk是单片机系统总线信号，rst是地址发生器的清零信号，mcu-cs是单片机系统片选信号，read 是单片机的读信号。在基于嵌入式的单片机系统向一副图像帧存储器进行数据读取操作的时候，会和CPLD的地址信号、片选信号、读信号等进行有效的链接，在数据的设置和读取操作中能够将图像的帧信息存储到相应的嵌入式单片机系统中。

图三 MAX7000系列的芯片逻辑时序仿真

四、结束语

综上所述，随着时代的发展，基于嵌入式的单片机系统在工业领域得到了更为广泛的应用，具有操作稳定、处理速度快、操作方便等方面的特点。为了更好的发挥出嵌入式单片机系统在工业领域的重要应用，需要相关人员进一步探讨嵌入式单片机系统在图像信息采集整理中的应用。

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