机器人视频采集卡001VC302.doc
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1、1.主要特性2.应用领域3.技术特点4.原理框图5.机械尺寸及引脚功能6.功能描述6.1 视频输入接口6.2 数据接口6.3 寄存器6.3.1 寄存器寻址6.3.2 寄存器描述6.4 中断信号6.5 操作描述6.5.1 初始化6.5.2 单次采集6.5.3 连续采集6.5.4 输出数据结构6.6 工作指示 LED6.7 总线时序7.应用指南7.1 应用概述VC302 嵌入式图像采集卡用户手册目 录7.2 基于 PC 机 ISA 总线接口卡的开发系统7.3 基于 89C52 单片机的评估板7.4 使用注意事项7.5 其它相关说明本文初稿时间2002 年 9 月 最后一次更新时间2002 年 10
2、 月本文中所使用的数字未特别说明的均为 10 进制表示 数字前加 0x前缀的为 16 进制表示本文假定读者已具备视频相关的基本知识 否则建议读者先到我公司网站 技术专题探讨区查阅数字视频基本知识探讨其中讲述了模拟视频信号的结构数字视频流的结构BMP 文件格式彩色空间转换以及怎样把 YUV 格式的数字视频流保存为 BMP 格式的图形文件 武汉万德数码技术有限公司 第 1 页 共 14 页1.主要特性VC302 嵌入式图像采集卡用户手册提供电源电压为 5V 和 3.3V 的两种版本输入 PAL 制彩色复合视频信号或 50Hz 黑白视频信号数据接口为 8 位并行总线25ns 快速数据建立时间 含中断
3、信号输出电源电压为 5V 或 3.3V 时 数据接口 I/O 电压均为 3.3V 并与 5V 系统兼容仅含 4 个寄存器操作简便支持 4 种输出图像格式320*240*8 位黑白320*240*16 位彩色640*240*16 位彩色640*480*8 位黑白内含 3M 位 FIFO 帧存储器每次采集并缓存 1 帧支持最高 25 帧/秒采集速度电路板尺寸 80*50mm采用表面贴装工艺提供了完整的静止和活动图像采集方案2.应用领域适用于各种嵌入式图像采集处理系统如远程监控安防远程抄表可视电话工业控制图像模式识别医疗仪器等领域3.技术特点VC302 是兼顾多种应用系统的需要而设计的具有良好的兼容
4、性和图像质量VC302 支持最高 25 帧/秒的采集速度总线数据建立时间仅 25ns支持 3.3V 的电源和 I/O 电压这些特性适应由高速 DSP 处理器构成的实时采集处理系统的需要另一方面它又支持 5V 的电源电压并兼容 5V 的 I/O 电压数据接口可以直接与 5V 系统连接 FIFO 存储器的容量足以缓存整帧图像可以在采集完成后空闲下来再由主机慢慢读取数据这些特性又能够适应常用的 89C51 等低速处理器的需要VC302 采用 FIFO 式存储器在内部进行采集的同时主机外部微控制器 MCU就可以读取已采集的数据而不必等待一帧全部采集完成VC302 具备中断信号输出这些特性可以提高主机的
5、处理效率VC302 具有 3 个片选信号在简单的应用系统中可以不必使用额外的地址译码电路而直接使用这3 个片选信号进行地址译码VC302 支持 4 种图像输出格式320*240*8 位黑白 格式和 320*240*16 位彩色 格式的数据量较小适用于使用黑白或彩色液晶显示器的手持设备同时也具有较好的清晰度可以满足大部分图像处理系统的要求640*240*16 位彩色 格式在水平方向有更高的分辨率适用于测量领域如拍摄锅炉上的彩色的柱状液位指示条等640*480*8 位黑白格式的像素数较多图像的清晰度比其它格式有一定提高当输入视频信号的分辨率较高时其图像的清晰度比其它格式有明显提高可应用于对分辨率要
6、求较高的领域设定或切换上面的 4 种格式只需改变寄存器的设置而不必改变硬件跳线VC302 采用了表面贴装工艺其机械尺寸仅为名片的 4/5体积小巧 其电源电压低耗电电流小特别适用于电池供电的手持设备 武汉万德数码技术有限公司 第 2 页 共 14 页4.原理框图5.机械尺寸及引脚功能VC302 嵌入式图像采集卡用户手册VC302 的机械尺寸接口位置引脚排列如下图 武汉万德数码技术有限公司 第 3 页 共 14 页VC302 的接口引脚功能如下表视频输入接口VC302 嵌入式图像采集卡用户手册引脚号12总线数据接口引脚号12345678910111213141516171819206.功能描述6.
7、1 视频输入接口名称VGNDVIN名称GNDVDDINTRDWRA0A1CE0CE1CE2D7D6D5D4D3D2D1D0状态信号地输入状态电源输入电源输入输出输入输入输入输入输入输入输入输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻输入/输出/高阻功能模拟视频信号地模拟视频信号输入功能电源地+5V/3.3V 电源中断信号输出读低电平有效写低电平有效地址总线地址总线片选 0低电平有效片选 1低电平有效片选 2数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线数据总线视频输入接口的电特性如下表项目最小值输入阻抗典型值75最大
8、值输入电容10PF15PF20PF信号幅值0.42 Vpp1Vpp1.68 Vpp从视频输入接口输入 PAL 制彩色复合视频信号 或 50Hz 黑白视频信号 在输入彩色复合视频信号时可以使用黑白采集模式从而得到黑白图像在输入黑白视频信号时也可以使用彩色采集模式但输出的图像仍然是黑白的为了减少从电源地上引入的共地干扰视频输入接口中的视频信号地应与电源地或机壳隔离即从视频输入插座 一般是莲花座或 BNC 插座 到视频输入接口之间使用一根单独的连线 最好是屏蔽线这根线中的视频信号地不要和电源的地线连到一起如果机壳与电源地是连在一起的那么视频输入插座应与机壳之间绝缘6.2 数据接口VC302 的数据接
9、口是标准的 8 位并行总线对其的访问方法与读写静态随机存储器SRAM类似VC302 的内部电源电压为 3.3V 当输入电源电压为 5V 时 由内部的线性调整稳压器将其变换为 3.3VVC302 的数据接口 I/O 口电压为 3.3V但可以承受 5V 输入输入和输出电压与 5V TTL 或 CMOS 电平兼容 武汉万德数码技术有限公司 第 4 页 共 14 页数据总线接口直流特性如下表VC302 嵌入式图像采集卡用户手册项目电源电源电压5V 版本电源电压3.3V 版本电源电流电源纹波输入低电平电压高电平电压电容输出低电平电压低电平电流高电平电压高电平电流负载电容6.3 寄存器6.3.1 寄存器寻
10、址信号真值表最小值4.5V3.1V-0.5V2V2.4V典型值5V3.3V230mA10PF8 mA4mA15PF最大值6V3.5V80mV0.8V5.25V0.4VCE2CE1CE0RDWRD7.D0 数据总线状态11110000其它00000011-0101-高阻输出输入高阻高阻寄存器寻址表RDWRA0A1寻址的寄存器属性1100-0011-0101其它0101CAP_CTL(采集控制寄存器)CAP_MODE(采集模式寄存器)CAP_YUV(像素数据寄存器)CAP_STU(采集状态寄存器)保留只写只写只读只读从上表可以看出地址信号 A0 与 A1 的值总是相同的 因此主机可以只用一根地址线
11、同时驱动 A0 和A1 VC302 在设计上之所以没有把这两个地址线合并是为了与我公司生产的 VC301 型采集卡的接口保持兼容VC301 型采集卡可采集 640*480*16 位彩色图像内部具有较多的寄存器需要用两根地址线来寻址寄存器位定义如下表(表中的 -代表不确定值或任意值)名称位定义D7D6D5D4D3D2D1D0CAP_CTL采集控制寄存器-CAP_MODE采集模式寄存器-MODE1MODE0CAP_YUV像素数据寄存器YUV7YUV6YUV5YUV4YUV3YUV2YUV1YUV0CAP_STU采集状态寄存器-CAP_FINISH480CAP_FINISH240CAP_FINISH
12、10 武汉万德数码技术有限公司 第 5 页 共 14 页6.3.2 寄存器描述VC302 嵌入式图像采集卡用户手册CAP_CTL(采集控制寄存器)主机对此寄存器写入任意值可以启动一次采集过程此寄存器是一个虚拟寄存器主机对此寄存器执行写操作时VC302 把总线上的 WR 信号反相产生内部的 CAP_START 脉冲CAP_START 脉冲会复位内部的 FIFO 存储器读地址指针写地址指针及其它与采集过程相关的电路,并启动一次采集过程CAP_MODE(采集模式寄存器)主机通过此寄存器来设定采集模式输出图像格式如下表采集模式MODE1MODE0输出图像格式012300110101320*240*8
13、位黑白320*240*16 位彩色640*240*16 位彩色640*480*8 位黑白CAP_YUV像素数据寄存器主机通过读此寄存器来获取图像数据CAP_STU采集状态寄存器主机通过查询这个寄存器来获知采集过程中的进度信息如下表位说 明CAP_FINISH10在 CAP_START 脉冲上升沿清 0第 10 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1CAP_FINISH240在 CAP_START 脉冲上升沿清 0第 240 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1CAP_FINISH480在 CAP_START 脉冲上升沿清 0第 480 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1对于模式 0
14、12 共采集 240 行因此 CAP_FINISH240=1 时表明采集完成而对于模式 3共采集 480 行 CAP_FINISH240=1 时表明已采集完一场 CAP_FINISH480=1 时 表明已采集完两场 采集完成6.4 中断信号中断信号 INT 是 CAP_STU 寄存器的 CAP_FINISH10 位反相后的输出通常可将 INT 连接到微控制器 MCU 的中断输入引脚 并将 MCU 的中断输入设定为下降沿触发方式这样当中断触发时说明已采集完成 10 行像素 MCU 可以开始读取像素数据6.5 操作描述VC302 在设计上充分考虑了易用性隐藏了繁杂的视频处理细节以降低二次开发的难度
15、6.5.1 初始化VC302 对电源上电过程没有特别的要求在电源上电后内部有一个复位和初始化过程从电源上电到初始化完成的时间约为 700ms 在 VC02 初始化过程中 主机不应对其进行读写操作 初始化完成后 VC302进入空闲状态准备接收采集命令6.5.2 单次采集要实现一次采集过程主机应首先写 CAP_MODE 寄存器 以设定采集模式然后写 CAP_CTL 寄存器以启动采集随后主机应查询 CAP_STU 寄存器的 CAP_FINISH10 位或者等待 INT 引脚上的中断当CAP_FINISH10 位=1 或 INT 上出现下降沿时 说明 FIFO 存储器中已存放了 10 行像素数据 此后
16、主机可以开始读取 CAP_YUV 寄存器来取得图像数据输入的模拟视频信号在 VC302 内部按照 CCIR601 标准解码解码后每场含 288 个有效行 每行含 720个有效像素对于 4 种采集模式VC302 内部的采集过程分别如下表所描述采集模式01输出图像分辨率320*240320*240采集过程采集 CAP_START 脉冲后的紧接着的下一个奇场 截取奇场中 288 行中的 240行对于每行中的 720 像素先按 1/2 抽样得到 360 个像素 然后截取中间的 320 个像素23640*240采集 CAP_START 脉冲后的紧接着的下一个奇场 截取奇场中 288 行中的 240行对于
17、每行中的 720 像素截取中间的 640 个像素640*480采集 CAP_START 脉冲后的紧接着的下一个奇场以及紧接着这个奇场的下一个偶场截取每场的 288 行中的 240 行共 480 行对于每行中的 720像素截取中间的 640 个像素 武汉万德数码技术有限公司 第 6 页 共 14 页VC302 嵌入式图像采集卡用户手册下图示意了不同模式下单次采集的流程为了启动一次采集过程主机可以在任何时候写 CAP_MODE 和 CAP_CTL 寄存器如果一次采集过程尚未完成而主机又写了 CAP_CTL 寄存器则这次采集过程被立即中止并重新启动一次新的采集过程在一次采集过程完成之前除非主机准备启
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