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视频图像数据采集方法研究

时间：2008-11-06 09:41:00

关键字：视频图像图像数据采集 TLC5510 A／D转换器

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视频图像采集的方法很多，分为2大类：自动图像采集和基于处理器的图像采集。前者采用专用图像采集芯片，自动完成图像的采集、帧存储器地址生成以及图像数据的刷新；除了要对采集模式进行设定外，主处理器不参与采集过程。这种方法的特点是采集不占用CPU的时问，实时性好，适应活动图像的采集，但电路较复杂、成本较高。后者采用通用视频A／D转换器实现图像的采集，不能完成图像的自动采集，整个采集过程在CPU的控制下完成，由CPU启动A／D转换，读取A／D转换数据，将数据存入帧存储器。其特点是数据采集占用CPU的时间，对处理器的速度要求高，但电路简单、成本低、易于实现，能够满足某些图像采集系统需要。基于TMS320C5402(C5402)芯片，研究一种视频图像数据采集的方法。

1 器件简介

1.1 TLC5510简介

TLC5510是美国德州仪器(TI)公司生产的CMOS，8位高阻抗并行模数转换器件。它依靠+5 V单电源工作，能提供最小20 MS／s的采样速率。与闪速转换器相比，TLC5510采用半闪存结构及CMOS工艺，因而大大减少了器件中比较器的数目。在缩小芯片尺寸的同时，可以保持高速转换及较低的功率。由于其包含内部采样和保持电路，从而大大地简化了外围电路的设计，无需外部基准电压和精密电阻，仅使用内部基准电阻和VDDA构成基准电压分压器即可实现2 V的满量程转换范围。

TLC5510的内部结构如图1所示。

由图1中可以看出：TLC5510模／数转换器内含时钟发生器、内部基准电压分压器、1套高4位采样比较器、编码器、锁存器、2套低4位采样比较器、编码器和1个低4位锁存器等元器件电路。TLC5510的外部时钟信号CLK通过其内部的时钟发生器可产生3路内部时钟，以驱动3组采样比较器。基准电压分压器则可用来为这3组比较器提供基准电压。输出A／D信号的高4位由高4位编码器直接提供，而低4位的采样数据则由两个低4位的编码器交替提供。当使用内部电压分压器产生2 V基准电压时，REFTS短路至REFT端，REFBS短路至REFB端。

1.2 D触发器74HC74简介

边沿触发器是一种在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号，输入端受干扰时间短、受干扰可能性小的触发器。74HC74触发器正是这种带有预置(SD)、清零(RD)输入、上跳沿触发的边沿触发器。其功能表如表1所示：

由表1可知，该触发器在遇到时钟信号上跳沿时发生跳变。并且正常工作时有效控制端SD、RD置高电位。

1.3 TMS320C5402简介

TMS320C5402是16 b定点的，使用改进的哈佛结构(1组程序存储总线、3组数据存储总线、4组地址总线)，具有专用硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外围设备以及一个高度专业化的指令集。该处理器芯片具有集成度高、结构简单、扩展方便、町靠性高、处理功能强、低功耗等特点。主要应用于语音处理、图像采集处理、模式识别及工业控制等众多领域，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。并且已日益显示出其巨大的优越性。

1.4 74F245简介

74F245是一种8进制的具有三态输出、能够双向传输的双向缓冲器。端和端分别作为其有效控制端和方向控制端，经特殊没计，三态输出B端能够有效防止输出总线过载，起到保护芯片的作用。,均接低电位时，A端为输出端，B端为输入端；接低电位，接高电位时，A端为输入端，B端为输出端；接高电位时，B端输出为高阻态。本文接法采用第二种情况。

2 电路原理

视频图像数据采集电路如图2所示，由双向缓冲器、视频A／D转换器、DSP处理器等组成。

通过程序中对系统初始化可以把C5402的时钟频率设定为20 MHz。将C5402的CLKOUT输出作为触发器74HC74的时钟输入，触发器74HC74的输出作为A／D转换器的采样时钟输入；C5402的信号与A15地址线信号译码产生A／D转换器TLC5510和缓冲器74F245的有效控制端的控制信号；双向缓冲器74F245的方向控制信号由C5402的输出信号XF产生。

I／O读和写存储器的时序如图3所示：

视频信号的采集是将A／D作为c5402的一个I／O口，利用PORTR指令读取A／D转换后的数字信号。C5402的CLKOUT时钟输出信号送入触发器74HC74，触发器的输出信号作为A／D转换器TLC5510的采样时钟信号；同时，C5402的信号与A15地址线信号译码产生A／D转换器的有效控制信号，视频图像信号经A／D转换器19管脚被采集，其输出结果通过双向缓冲器74F245进入C5402。

3 软件实现

软件部分主要包括DSP编程和PC编程。DSP程的主要任务是初始化、管理板上的资源和完成图像视频的处理算法。PC编程重点则是管理DSP操作和应用层软件编写。

C程序：