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基于CPLD的CIS图像传感器驱动电路设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-08-07 10:07:58



引言
接触式图像传感器(Contact image sensor,简称 CIS)是由一排与扫描原稿宽度相同的光电传感阵列、 LED光源阵列和柱状透镜阵列等部件组成一种新兴图像传感器。这些部件全部集成在一个条状方形盒内,不需要另外的光学附件,没有调整光路和景深等问题,具有结构简单、体积小、应用方便等优点。在一些应用场合 CIS传感器比 CCD或 COMS等传感器有无法比拟的优点。在传真机、扫描仪、纸币清分兑零等领域应用非常广泛。
在本文中采用复杂可编程逻辑器件( CPLD)设计一个新型的 CIS传感器控制器,实现了接触式图像传感器的控制和图像数据的采集。

 2 硬件设计
2.1系统总体方案
根据 CIS传感器的工作原理,其输出信号是串行输出的电压信号。因此,本文中的图像处理系统包括微处理器、CPLD模块、CIS传感器接口、信号差分放大电路、图像信号的 A/D转换、双缓冲存储器接口等部分,从而实现图像的采集与处理。系统框图如图 1所示,
 

由于 CIS传感器的工作速度高,如果直接由微处理器(MPU)产生 CIS传感器的控制时序信号,则非常消耗微处理器的时间和资源。因此,本驱动电路以 CPLD为控制核心,微处理器不直接控制 CIS传感器。微处理器只需要控制 CPLD的页使能信号( P_EN)和线使 能信号(L_EN)两个信号线。CPLD就能够自动完成 CIS控制时序的产生、A/D转换器控制时序的产生、数据的暂存和乒乓存储的总线切换等功能。这种采用 CPLD独立完成图像采集和数据存储,减少了微处理器对底层器件的控制,提高了微处理器在图像处理中的效率。
 2.2 CIS控制模块与微处理器的接口设计
在图 1所示的图像处理系统中, CPLD主要完成两个任务:一是完成底层器件的控制,二是实现与微处理器 MPU的外围接口。图 1中,外围接口总线分为图像采集的控制线和缓冲存储器的读写总线两类。图像采集的控制线包括页使能信号和线使能信号两个信号。缓冲存储器的读写总线包括 8位数据线 D[0..7]、17位地址线 A[0..16]、读信号线 RD、写信号线 WR和选通信号线 CS。MPU通过 CPLD实现对 IS61C1024型缓冲存储器的读写。
2.3 CIS图像传感器的接口电路设计本文以FW2R216型CIS传感器为例,采用 EPM7128QC160型CPLD实现图像采集的控制。
(1)CIS图像信号的放大
CIS输出的图像信号幅值比较小,通常只有几百毫伏,而且是叠加在一个暗电流的直流信号上。因此要对信号进行放大和零点校正。采用运算放大器 LM7131构成差分放大电路实现信号的调整,如图 2所示。图中,电阻 R1=R2,R3=R4,因此可以得到:
Vout=(Vsig-Vref)·R3/R1+V1
V1=Vref·R5/(R5+R6)
其中,Vref是为了去掉 CIS图像信号的暗电流分量,由基准稳压电源 LM285提供 1.25V
的基准电压。V1电压是为了零点校正,由电阻 R5和 R6对 Vref分压后经电压跟随器获得。

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