机器人视觉识别系统研究(3)

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硬件总体结构图

电源模块启动后，在ARM处理器的控制下 ,CMOS图像传感器片上采集到的数据经帧同步信号触发产生中断后被拷贝到 SDRAM。然后通过ARM处理器的处理由LCD显示出来，通过二值化识别出星形图形。

SDRAM LCD LCD控制器 ARM9 Interface 电源模块 OV7725 7

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第三章 硬件设计

3.1 S3C2440处理器

①处理器概述

三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A, 为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。

S3C2440A采用了ARM920T的内核，0.13um 的CMOS 标准宏单元和存储器单元。其低功耗、简单、优雅、且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture (AMBA)。

S3C2440A的杰出的特点是其核心处理器(CPU)，是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的 16/32位 ARM920T 的RISC处理器。ARM920T 实现了MMU， AMBA BUS和 Harvard 高速缓冲体系结构构。这一结构具有独立的 16KB指令 Cache和 16KB数据 Cache。每个都是由具有 8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设， S3C2440A减少整体系统成本和无需配置额外的组件。

②S3C2440A集成的片上功能

* 1.2V内核供电, 1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电，具备16KB的I-Cache和16KB DCache/MMU微处理器。

* 外部存储控制器(SDRAM控制和片选逻辑)。

* LCD 控制器（最大支持4K色STN 和256K色TFT）提供1通道LCD 专用DMA 。

* 4 通道DMA并有外部请求引脚。

* 3 通道UART(IrDA1.0, 64字节Tx FIFO，和64字节Rx FIFO)。 * 2 通道SPI 。

* 1通道IIC-BUS接口 （多主支持）。 * 1通道IIS-BUS音频编解码器接口。 * AC’97 解码器接口。

* 兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版。 * 2 端口USB主机/1端口USB设备 （1.1 版）。

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* 4 通道PWM定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器。 * 8 通道10 比特ADC和触摸屏接口。 * 具有日历功能的RTC。

* 相机接口 （最大4096 × 4096像素的投入支持。 2048 × 2048像素的投入， 支持缩放）。

* 130 个通用I/O口和24通道外部中断源。 * 具有普通，慢速，空闲和掉电模式。 * 具有PLL片上时钟发生器。 ③S3C2440 方框图

S3C2440 方框图如图3－1所示

图3-1

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3.2 ARM处理器与OV7725图像传感器接口设计

图像传感器接口电路是硬件设计的关键部分,如何有效地采集数据也是系统 的关键问题。OV7725集成了SCCB ( Serial Camera Control Bus)控制接口以访问片内寄存器。该芯片内部功能寄存器地址从0X00～0X7C（其中不少是保留寄存器）。通过对片内寄存器的读写可以方便地对图像帧频、曝光时间、增益进行控制。各寄存器的功能见参考文献。由于S3C2440处理器有一个专门的相机接口,所以CPU可以直接和CMOS图像传感器连接。图像传感器输出的数据及控制信号包括像素时钟( PCLK) 、水平参考(HREF)、帧同步(VSYNC)和数据总线(Y0～Y7) ,分别和主处理器的相应信号相连。PCLK与HREF在处理器内部相遇后产生有效的像素时钟信号,在有效时钟信号的上升沿将数据锁定。OV7725和S3C2440接口电路如图3－2所示。

图3－2 OV7725和S3C2440接口电路图

IICSDA IICSCL CAMRESET CAMCLKOUT CAMHREF CAMVSYNC CAMPCLK CAMDATA7 CAMDATA6 CAMDATA5 CAMDATA4 CAMDATA3 CAMDATA2 CAMDATA1 CAMDATA0 AGND DGND S3C2440 SIO-0 SIO-1 RESET XCLK1 HREF VSYNC PCLK Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 AGND DGND OV7725

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3.3 ARM处理器与液晶屏接口

液晶显示器LCD为英文Liquid Crystal Displayer的缩写，它是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤光源，并在平面面板上产生图像。与传统的阴极射线管CRT相比，LCD占用空间小、功耗低、辐射低、无闪烁、降低视觉疲劳等优点，本设计选用LCD作为显示设备。

S3C2440处理器提供有LCD控制器，S3C2440的LCD控制器是由一个逻辑单元组成，它的作用是：把LCD图像数据从一个位于系统内存的video buffer传送到一个外部的LCD驱动器。LCD控制器使用一个基于时间的像素抖动算法和帧速率控制思想，可以支持单色，2位每像素(4级灰度)或者4位每像素(16级灰度)屏，并且它可以与256色(8BPP)和4096色(12BPP)的彩色STN LCD连接。它支持1BPP,2BPP,4BPP,8BPP的调色板TFT彩色屏，并且支持64K色(16BPP)和16M色(24BPP)非调色板真彩显示。

LCD控制器是可以编程满足不同的需求，如水平、垂直方向的像素数目，数据接口的数据线宽度，接口时序和刷新速率。 本设计中所使用的液晶屏是TFT LCD屏。

图3-3 S3c2440与LCD接口电路图

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