基于AD9883A与USB的VGA图像采集与显示系统

文章摘要：AD9883A的同步信号产生模块能识别多种同步信号输入模式，同时也可根据需要灵活设定同步信号的输出模式。通过I2C总线时序，方便实现器件初始化。www.88dzw.comA／D转换模块能采集多种VGA图像格式，但不能自动检测图像格式，必须通过它提供的I2C接口进行设置，FPGA自动检测图像格式，并设置A／D转换模块。另外，不同格式的VGA图像中场同步信号的有效脉冲电平不统一，A／D转换模块可自动检测输入的场同步信号极性并存储到内部寄存器，通过读取该寄存器判断输入VGA信号场同步的极性。A／D转换模块输出的场同步信号实现输入场同步信号的反相。FP-GA内部的同步逻辑只支持一种有效电平的场同步信号

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　　AD9883A的同步信号产生模块能识别多种同步信号输入模式，同时也可根据需要灵活设定同步信号的输出模式。通过I2C总线时序，方便实现器件初始化。

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　　A／D转换模块能采集多种VGA图像格式，但不能自动检测图像格式，必须通过它提供的I2C接口进行设置，FPGA自动检测图像格式，并设置A／D转换模块。另外，不同格式的VGA图像中场同步信号的有效脉冲电平不统一，A／D转换模块可自动检测输入的场同步信号极性并存储到内部寄存器，通过读取该寄存器判断输入VGA信号场同步的极性。A／D转换模块输出的场同步信号实现输入场同步信号的反相。FP-GA内部的同步逻辑只支持一种有效电平的场同步信号，因此在采集前需读取A／D转换器内部寄存器来判断当前输入同步信号的极性，以确定是否需要设置A／D转换器对场同步信号进行反相处理。

　　输入的模拟视频信号经箝位处理、增益与偏置控制后，AD9883内部3个高精度高速A/D转换器在锁相环产生的采样时钟作用下，转换为显示所需的数字视频信号。图3为其数据输出的时序，在输出数据时钟DATACK的下降沿，采样及量化其对应的信号，量化后的数据在时钟上升沿输出：接口电路以DATACK的上升沿准确锁存图像数据，实现数字化图像的采集。考虑到像素时钟和数据的相位延迟等问题，可用HSYNC消除边沿定时的不确定性。要注意的是，AD9883A有一个数据输出通道，在输出数据有效之前必须清空通道，从而导致在输出每行有效数据之前将输出4组无效数据，可通过对时钟计数避免输出这些无效数据。

　　3．3 FPGA控制器设计

　　主控FPGA产生系统所需的控制信号，保证各个模块协涮工作。该系统设计采用EP1C12Q240C8型FPGA。其内部模块框图如图4所示。

　　FPGA内部由主控制、A／D转换接口、FIFO，以及USB等模块组成。主控制模块负责协调各模块之间的工作。A／D转换接口模块接收A/D转换模块输出的数据和同步信号并保证图像数据的行、场同步，FIFO模块采用pingpong的方式读取A/D转换传输的8×3路数字信号，然后USB输出接口模块输出高速数据。

　　3．4 输出显示设计

　　USB接口模块为应用程序和功能性设备提供可靠接口，USB体系可分为USB主机和USB设备两部分，其模块结构图如图5所示。

　　USB接口器件选用Cypress公司的EZ-USB FX2器件CY7C68013A。该器件内部集成USB 2.0收发器智能串行引擎SIE，增强型8051控制器，通用可编程接口(GPIF)，8．5 KB的RAM和4 KB的FIFO存储器，FX2系列的独创性设计可满足USB2．0的总线带宽。

　　该系统以传输控制信息和视频数据为主，可将器件置于Slave FIFO模式，USB串行接口引擎(SIE)直接与Slave FIFO传输数据，Slave FIFO再与外部设备(FPGA)通信，从而实现PC机与FPGA的通信，并显示视频数据。

　　3．5 USB设备驱动开发

　　USB设备驱动程序嘲是连接USB外设、操作系统以及用户应用程序的桥梁，是USB设备连接到计算机系统的软件接口。EZ-USB FX2器件CY7C68013A的设备驱动程序有两种：一种用来在设备接入时从主机下载的固件存储RAM中，称为同件下载驱动程序(wdgtldr．sys)；另一种是在设备重新列举后加载的通用设备驱动程序(ezusb．sys)，应用软件通过该设备驱动程序与FX2通信。编写上位机程序的一个类USB Video Class，它对应于硬件CY7C68013A的一个同件，Video Class协议的目的是给USB接口的视频设备提供统一的数据交换规范，这样CY7C68013A接入PC后就无需ezusb．sys，而是使用PC自带的Video驱动将其识别为Video设备。

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