利用USB2.0单片机实现全数字图像的实时采集

文章摘要： 摘要：主要论述利用USB2.0单片机接口技术实现高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）全数字图像的实时采集、传输的原理、方法和系统实现，以及相应的固件程序设计。 关键词：USB2.0 接口技术 数字图像 单片机引言传统的方法是用视频采集卡（如1394）对视频信号进行采集，利用相应的软件传给PC机，既不方便，也不经济。本文介绍一种利用Cypress公司2002年发布的世界上第一块带 有USB2.0接口的芯片CY7C68013与PC机（主板为支持USB2.0的华硕主板PB533）实现了高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）、

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摘要：主要论述利用USB2.0单片机接口技术实现高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）全数字图像的实时采集、传输的原理、方法和系统实现，以及相应的固件程序设计。

关键词：USB2.0 接口技术 数字图像 单片机

引言

传统的方法是用视频采集卡（如1394）对视频信号进行采集，利用相应的软件传给PC机，既不方便，也不经济。本文介绍一种利用Cypress公司2002年发布的世界上第一块带 有USB2.0接口的芯片CY7C68013与PC机（主板为支持USB2.0的华硕主板PB533）实现了高分辨率（640×480点阵以上）、快速（24帧/s以上）、全数字图像的实时采集系统。

1 数字图像的实时采集原理

数字图像的实时采集原理如图1所示。在图1中，以Omnivision technologies公司的OV7620/7120芯片作为图像采集芯片，其主要特点是该芯片可提供0.5～30帧/s，640×480像素点阵CMOS的彩色或黑白数字图像，工作频率为27MHz，像素时钟为27MHz；以Cypress公司的CY7C68013作为CPU控制和USB2.0接口芯片，该芯片的主要特点是在一块芯片上集成了USB2.0内核和引擎、一个增强型51系列的微处理器，及可编程外围接口的芯片，提供了高效率的时序解决方案，在这种有独创性的结构下，仍然使用低价位的51系列的微处理器，其数据传输速度可以达到56MB/s，可以提供USB2.0的最大带宽。因此在图1中，CPU控制和USB2.0接口芯片选择了上述芯片。图像芯片（OV7620/7120）所采集的图像数据按设定的频率（0.5～30帧/s），在CY7C68013内部51CPU的控制下，直接将其送到CY7C68013的FIFO缓冲区，再由其内部的USB2.0接口通过USB电缆将其图像数据传输到计算机。

2 数字图像的实时传输

为了实现数字图像的实时传输，必须解决影响实时传输的几大因素：一是图像芯片采集速度；二是图像芯片与CY7C68013的FIFO缓冲区之间的传输速度；三是CY7C68013内部的USB2.0与带有USB2.0接口计算机之间的传输速度；四是计算机中应用软件的接收图像、处理图像速度。以下将分别加以具体说明。

（1）图像芯片采集速度

图像芯片采集速度是选择图像芯片的关键指标，在该指标满足的前提下，选取图像分辨率相对较高的图像芯片。如可以选取Photobit公司的PB-0300或Omnivision公司的OV7620以及Philips公司的SAA7111等高分辨率图像采集及处理芯片。

（2）图像芯片与CY7C68013的传输速度

一般的，对于大多数CMOS数字图像采集和处理芯片，其数据传输速度为其像素时钟，与其工作频率基本一致，其周期小于40ns；而当CY7C68013工作在主频48MHz时，其内部的通用编程接口可以将外部5～48MHz的数据传输到内部FIFO缓冲区。可见，应选取像素数据传输速度合适的图像采集及处理芯片。

（3）CY7C68013与计算机之间的传输速度

在USB1.0和USB1.1接口中，只支持低速和全速两种传输方式。在低速方式下其最大传输速度为1.5Mbps；在全速方式下其最大传输速度为12Mbps。显然，在这两种方式下要完成高分辨率（640×480像素点阵以上）的数字图像实时传输（24帧/s以上）是不可能的。而USB2.0接口，除支持低速和全速两种传输方式外，还支持高速传输方式。在高速传输方式下，其最大传输速度为480Mbps。因此选取带有USB2.0内核的CY7C68013芯片作为USB2.0接口芯片及带有USB2.0接口的计算机，满足数字图像的实时传输速度要求。

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