CMOS数字摄像机内部控制系统设计与现

文章摘要： 图3 SPI串口外设扩展电路原理图 这些初始化参数的寄存器，一部分是设置在FPGA中，另一部分是外设器件的工作寄存器。但是这些寄存器中的参数，在每次掉电后会自动清空，因此设计中使用AT89LS8252的EEPROM来保存这些参数。参数由RS232串口接收按参数地址存入EEPROM，使用MCU的双DPTR，DPTR1写入，DPTR0读出，使得对EEPROM的读写更加便捷。每次参数下载成功或上电后，由初始化程序把EEPROM的参数通过MCU和FPGA之间的数据总线和地址总线写入参数寄存器，其它外设器件的参数寄存器由SPI总线写入。 因为FPGA信号CS_B、RDWR_B、BU

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    图3  SPI串口外设扩展电路原理图

    　这些初始化参数的寄存器，一部分是设置在FPGA中，另一部分是外设器件的工作寄存器。但是这些寄存器中的参数，在每次掉电后会自动清空，因此设计中使用AT89LS8252的EEPROM来保存这些参数。参数由RS232串口接收按参数地址存入EEPROM，使用MCU的双DPTR，DPTR1写入，DPTR0读出，使得对EEPROM的读写更加便捷。每次参数下载成功或上电后，由初始化程序把EEPROM的参数通过MCU和FPGA之间的数据总线和地址总线写入参数寄存器，其它外设器件的参数寄存器由SPI总线写入。

    　因为FPGA信号CS_B、RDWR_B、BUSY、INIT_B、D0-D7在逻辑配置结束后可作为普通用户定义I/O，所以在配置结束后这些引脚被定义为MCU和FPGA初始化的数据总线(P0口)和地址总线(P2口)。

     　SPI(SerialPeripheralInterface)是MOTOROLA公司推出的一种同步串行外设接口，允许MCU与各个厂家生产的标准外围设备直接接口，以串口方式交换信息。SPI使用4条线：串行时钟SCK，主机输入\从机输出数据线MISO(简称SO)，主机输出\从机输入数据线MOSI(简称SI)和低电平有效的从机选择线CS。MCU与外设器件的SCK、MOSI、MISO、都是同各端相连。扩展多个外设器件时，SPI无法通过数据线译码选择，故SPI接口的外设器件都有片选端CS，MCU通过不同的I/O口线来分时选通相应外设器件。设计中SS为DataFlash器件的片选信号，TCS为温度传感器的片选信号，VCS为多路DA器件的片选信号。图3为SPI外设器件扩展电路原理图。

     　SPI串行扩展系统中MCU作为主器件，启动一次传送时产生8个时钟由SCK送出，作为同步时钟控制数据的输入与输出，对于不同的外设器件，SCK的上升沿还是下降沿进行输入输出操作是不同的，有四种操作模式。4种SPI操作模式和LSB在先输出或MSB在先输出、主从模式、SPI时钟速度选择都可以在MCU的SPI控制寄存器(SPCR)中设置，其中CPHA、CPOL是设置时钟SCK相位和极性，决定SPI的操作模式。设计中使用了三种操作模式，DataFlash器件工作在模式3、温度传感器工作在模式1、多路DA器件工作在模式0。

    软件设计

    　完成系统逻辑配置和初始化的软件设计包括两部分：MCU的汇编语言编程和PC上位机的VC编程。

     MCU程序设计
     　AT89LS8252按照图4的主程序流程图来完成逻辑配置和摄像机的参数初始化。下面详细阐述一下FPGA配置文件下载到DataFlash的程序设计。因为AT45DB041B的存储空间为4，325，376bit，完全能够存储3，006，496bit的配置文件。

   
    图4  MCU主程序流程图

    　 AT45DB041B内部存储结构是将整个存储空间分为2048个page，每个page为264Byte，经由两个264Byte的buffer来实现连续的数据写入。过程是先进行写buffer1操作，然后发由buffer1写page命令，在buffer1写page的同时进行buffer2操作，当buffer2写完后再发由buffer2写page命令，再一次进行buffer1的写操作，如此反复操作实现了AT45DB041B的连续快速写入。读出时可以用连续阵列读命令就可以完成配置文件数据连续读出。

    上位机编程
    　上位机客户端程序通过VisualC++软件编写，完成配置文件按page容量264字节的分割串口传送，初始化参数串口传送，按串口通信协议发送接收控制命令字，配置文件初始化参数的回读校验，用户窗口界面等功能。

    结束语

    　设计中充分利用AT89LS8252的SPI接口、EEPROM、双DPTR、可编程UART串口等资源，是该高档MCU的设计的典型应用。创新应用高档MCU AT89LS8252 对FPGA并行配置的方法，CMOS摄像机参数初始化的方法，多SPI外设器件扩展的设计，为高性能CMOS数字摄像机的研究和FPGA图像处理核心的二次开发建立了功能全面的控制系统，并且为其它数字摄像机系统设计应用系统提供了成功范例。

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