基于FPGA的图像采集卡的设计

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基于FPGA的雷达图像采集卡的设计

ｄｔｒｃｒｅＶＲ）ｔｎｔｅｉｇｔｅｐｏｒｔｒｉｔｌｃａｐｏｅｔｇｔｉＤｅｅｐｅｔａａｅｏｄｒ（Ｄ，ｓｅｇｎｎｒｐｉａｙｎｅｌｔｌｒｐｒｒｈｓｎＶＲｄｖｌｍｎ．ｒｈｈｅｅｕｙｉｏ
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ＡｂｔａｔｈｅｈｏｏｙｏｇａｈｒｎｎｔｏｅａｌｅｉｎｏｄｒｃｒｓｂｓｄｏＰｒｔｏｕｅ．ｓｒｃ：ＴｅｔｃｎｌｇｆｍａｅｇｔｅｇａｄｉｖｒｌｄｓｇｆｒａａｄａｅｎＦＧＡｗｅｅｉｒｄｃｄｉｉｓａｎ
维普资讯
第３５卷第１０期２００８年１Ｏ月
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Ｖｏ＿５．．１ｌ３ № ００ｃ．００ｔ２８
ＡｐｉｄＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｐｌｃｅｃｎｅｈｏｏｙｅ
场同步时间和行同步时间及消隐时间，因此当图像
可获得在ＶＲ中的信息，Ｄ该信息用于随后事故原因
的调查，同时能够为分析事故原因提供有效的现场
资料．雷达图像信息的记录是航行数据记录仪中重要
的组成部分．达是目前船舶航行最重要的通讯导雷航设备之一，过船用导航雷达接口或自动标绘雷通

基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计

摘要随着机器视觉的广泛应用，以及工业4.0和“中国制造2025”的提出，在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。

传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。

一种基于FPGA和USB3.0高速接口，进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。

针对高速传输和实时传输这两点要求，通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构，实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输，并由上位机进行可视化操作和数据的保存。

整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计，并对系统各模块进行了测试和仿真验证。

通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作，验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。

在系统硬件设计部分，采用OV5640传感器作为采集前端，选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片，由DDR2存储芯片进行数据缓存，采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口，完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。

系统软件设计，主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。

通过在FPGA上搭建“软核”的方式，由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。

由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。

通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制，在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。

上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计，从而完成整体图像采集数据通路，并在上位机中显示和保存。

整体设计实现预期要求，各模块功能正常，USB3.0传输速度稳定在320MB/s，通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080，与传感器寄存器设置一致，采集卡图像采集帧率为30fps，滤波及边缘检测预处理符合要求，采集系统具有实际应用价值和研究意义。

基于FPGA的模拟视频采集器的设计和实现

基于FPGA的模拟视频采集器的设计和实现本文介绍了视频模数转换芯片TVP5150的特点，以及XilinxXc6slx16FPGA 控制TVP5150的硬件接口，着重介绍了Bt656数据格式进行解码和变换，为以后数字图像处理打下基础。

标签：Xilinx；TVP5150；BT656；数字图像处理；VGA一、引言视频在生活中扮演着越来越重要的角色，各种生活场景下都越来越依赖实时视频，因此图像处理和压缩存储越来越重要，本文介绍了一种模拟视频采集的方案，为后续数字图像处理打下基础。

FPGA高通量的并行性特别适合视频流的处理，一般的视频采集卡都是将图像数据回传到PC上进行处理，这样不利于实时的高速图像处理，因此本文设计了一种FPGA直接读取模拟视频的方案，通过TVP5150视频解码芯片将BT.656格式的数据回传到FPGA中，FPGA通过BT.656内嵌的同步码解码图像数据，然后进行数字图像处理。

二、硬件设计本文以Xilinx公司的Xc6slx16FPGA芯片为主要处理核心，整个系统分为视频解码，视频处理，视频显示三大模块，如图1所示。

模拟相机通过CVBS将PAL/NTSC模拟视频信号传输到TVP5150解码芯片中，TVP5150是TI公司专门的视频解码芯片，可以将模拟视频经过模数转换成符合BT.656格式的数字信号，然后将数字信号直接输入到FPGA芯片中，FPGA 作为视频处理核心，把BT.656格式数据解码分奇偶场图像合并，然后将YCbCr422转换到YCbCr444，然后转换到RGB444进行一系列数字图像处理后，发送到视频显示模块，视频显示模块首先根据VGA标准将视频数据进行时序生成，然后通过VGA口输出到显示器中进行显示。

三、系统软件设计本文所采用的为XilinxFPGA芯片，软件为ISE14.7，采用Verilog硬件描述语言开发完成FPGA程序，主要功能为：（1）通过IIC对解码芯片的初始化配置；（2）BT.656数据格式数据采集；（3）DDR存储奇场数据，然后奇偶场数据合并成图像数据；（4）YCbCr422到YCbCr444；（5）图像数据颜色空间的转换YCbCrRGB；（6）数字图像处理（字符叠加，去噪，锐化等）；（7）VGA时序生成。

基于FPGA技术的电子相册设计--本科毕业设计

摘要随着现今电子技术的快速发展，各式各样的电子数码产品层出不穷，人们生活的方方面面也离不开它们，与人们的生活息息相关。

正是电子技术的不断进步与发展，驱使着数码相机以比较低廉的价格出现在市场上。

现今，人们使用数码相机，一次拍摄下来往往就少不了上百张精美的图片，当图片存储在数码相机时，使用电脑来翻查所拍图片的操作比较繁琐，为了更便捷的观看到照片，电子相册就逐渐演变成电子数码相机的一种附属品，得到人们的热捧。

与此同时，电子相册也能够大大节省传统打印照片的费用。

本课题是基于FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）技术设计的电子相册，选取Cyclone系列FPGA芯片EP1C3T144作为控制器，以SDRAM芯片K4S641632作为储存器，读取SD卡内部的图片数据，然后通过15针VGA接口送往LCD 显示出图片，以实现简单的电子相册功能，让电子相册成为普通家庭摆设中的一道引人注目的风景线。

关键字FPGA；电子相册；VGA；CycloneAbstractWith the rapid development of modern electronic technology, digital electronic products of all kinds has penetrated into every aspect of people's life, and is closely related to people's life.It is the continuous progress and development of electronic technology, driven by a digital camera with relatively low prices in the market.Nowadays, common family are in possession of a digital camera, and shooting down tend to store hundreds of beautiful pictures.Therefore,it is so more complicated when we use the computer to turn operation check the picture . In order to more convenient to watch the pictures, electronic photo album is a byproduct of people chasing hot digital camera.At the same time, the electronic photo album can also greatly reduce the cost of traditional print photos.This topic is based on FPGA (Programmable Gate Array Field, field programmable gate array) technology design of electronic albums, the system uses Cyclone series FPGA chipEP1C3T144C8 as the control processor, using SDRAM chip K4S641632 as the register, reading the internal image data of SD card , and then through the 15 pin VGA interface to the LCD display pictures, to achieve a simple electronic albums, can become a beautiful family scenery line.Key words FPGA Electronic photo album VGA Cyclone目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题来源意义及目的 (1)1.2国内外研究现状及分析 (1)1.3本课题研究的主要内容 (1)1.4预计存在的问题及解决思路 (2)1.5本章小结 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1引言 (3)2.2方案论证 (3)2.2.1 FPGA控制模块方案选择 (3)2.2.2 集成的FPGA开发工具方案选择 (4)2.2.3硬件描述语言 (4)2.3总设计方案思想与框图 (5)2.4本章小结 (5)第3章系统电路的设计和实现 (6)3.1系统总体设计 (6)3.2 FPGA最小系统 (6)3.2.1时钟电路 (6)3.2.2复位电路 (7)3.2.3 FPGA功能模块设计与实现 (7)3.2.4 FPGA的JTAG模式配置电路 (18)3.3电源模块 (18)3.4滤波电路 (20)3.5 EPCS接口电路 (21)3.6 SD卡存储模块 (22)3.7 VGA接口模块 (23)3.8 SDRAM存储器接口电路 (25)3.9 本章小结 (26)第4章系统电路调试 (27)4.1 电路板的制作 (27)4.2 电路板调试 (28)4.3 作品实物展示 (29)4.4 本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)第1章绪论1.1课题来源意义及目的伴随着现今电子技术的迅速发展，各式各样的电子数码产品已融入到人们生活圈子，与人们的生活息息相关。

基于FPGA的ADC采集系统的设计_毕业设计论文

基于FPGA的ADC采集系统的设计摘要基于FPGA在高速数据采集方面有单片机和DSP无法比拟的优势，FPGA具有时钟频率高，内部延时小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高，组成形式灵活等特点。

因此，本文研究并开发了一个基于FPGA的数据采集系统。

FPGA的IO口可以自由定义，没有固定总线限制更加灵活变通。

本文中所提出的数据采集系统设计方案，就是利用FPGA作为整个数据采集系统的核心来对系统时序和各逻辑模块进行控制。

依靠FPGA强大的功能基础，以FPGA作为桥梁合理的连接了ADC、显示器件以及其他外围电路，最终实现了课题的要求，达到了数据采集的目的。

关键词FPGA A/D转换AbstractFPGA is better than microcontroller and DSP in high speed data acquisition, FPGA has higher internal clock frequency, smaller delay than DSP,and all the control logic of FPGA is completed by hardware, FPGA has fast speed, high efficiency, and so on. Therefore, this paper introduces and develops a data acquisition system which is based on FPGA.The I/O pin of FPGA can be defined yourself without fixed limit,it’s very flexible. This design of data acquisition system use FPGA as the data acquisition system core to control the timing and the logic control module. Relying on the powerful function of FPGA, FPGA can connect ADC, display devices and other peripheral circuits, finally we can achieve the requirements of the subject, and the purpose of the data collection。

基于FPGA的图像处理系统设计与实现

基于FPGA的图像处理系统设计与实现图像处理是计算机视觉领域中的重要技术之一，可以对图像进行增强、滤波、分割、识别等操作，广泛应用于医学图像处理、工业检测、安防监控等领域。

而FPGA（Field Programmable Gate Array）可编程门阵列，则是一种自由可编程的数字电路，具有并行处理能力和灵活性。

本文将介绍基于FPGA的图像处理系统的设计与实现。

一、系统设计流程1. 系统需求分析：首先需要明确图像处理系统的具体需求，例如实时性、处理的图像类型、处理的算法等。

根据需求，选择合适的FPGA芯片和外设。

2. 图像采集与预处理：使用图像传感器或摄像头采集图像数据，然后对图像进行预处理，如去噪、增强、颜色空间转换等，从而提高后续处理的准确性和效果。

3. 图像处理算法设计与优化：根据具体的图像处理需求，选择适合的图像处理算法，并对算法进行优化，以提高处理速度和效率。

常用的图像处理算法包括滤波、边缘检测、图像分割等。

4. FPGA硬件设计：基于选定的FPGA芯片，设计硬件电路，包括图像存储、图像处理模块、通信接口等。

通过使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行功能模块设计，并进行仿真和验证。

5. 系统集成与编程：将设计好的硬件电路与软件进行集成，包括FPGA程序编写、软件驱动开发、系统调试等。

确保系统的稳定运行和功能实现。

6. 系统测试与优化：对整个系统进行完整的测试和验证，包括功能性测试、性能测试、稳定性测试等。

根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的性能和可靠性。

二、关键技术及挑战1. FPGA芯片选择：不同的FPGA芯片具有不同的资源和性能特点，需要根据系统需求选择合适的芯片。

一方面需要考虑芯片的处理能力和资源利用率，以满足图像处理算法的实时性和效果。

另一方面，还需要考虑芯片的功耗和成本，以便在实际应用中具有可行性。

2. 图像处理算法优化：在FPGA上实现图像处理算法需要考虑到算法的计算复杂度和存储开销。

基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现摘要：随着红外图像在军事、航天、安防等领域的广泛应用，对红外图像的实时采集和处理需求越来越高。

本文基于FPGA设计并实现了一个红外图像实时采集系统，通过系统硬件框架、图像采集流程设计以及软硬件协同优化等方面的探究，实现了高效、稳定的红外图像实时采集和传输，为相关领域的探究和应用提供了重要支持。

一、引言红外图像技术是一种利用物体发射的红外辐射进行成像分析的技术，具有透过阴郁、烟雾等不利环境的能力。

它在军事、航天、安防等领域具有重要应用价值。

红外图像的实时采集和处理对于这些领域的探究和应用至关重要，然而传统的红外图像采集系统存在采集速度慢、波动大、传输距离限制等问题。

因此，设计并实现一种基于FPGA的红外图像实时采集系统具有重要意义。

二、系统框架设计基于FPGA的红外图像实时采集系统主要由硬件和软件两个部分组成。

硬件部分包括红外探测器、FPGA开发板、存储器、图像传输模块等；软件部分主要包括图像采集控制程序和数据处理程序。

硬件框架设计接受分层结构，分为红外图像采集层、控制层、存储层和传输层四个部分。

红外图像采集层包括红外探测器和模拟-数字转换电路，负责将红外辐射信号转换为数字信号。

控制层包括FPGA芯片和时钟控制电路，负责采集信号的控制和同步。

存储层包括高速存储器和图像缓存，负责暂存采集到的红外图像数据。

传输层包括数据传输电路和网络接口，负责将采集到的图像数据传输到外部设备。

三、图像采集流程设计图像采集流程是指将红外图像转换为数字信号并存储的过程。

在红外图像采集层，红外探测器将红外辐射信号转换为模拟信号，经过模拟-数字转换电路转换成数字信号。

在控制层，FPGA芯片控制采集信号的采样频率和位宽，通过时钟控制电路实现同步。

在存储层，高速存储器负责将采集到的图像数据暂存起来，图像缓存则将暂存的图像数据进行处理和压缩。

在传输层，数据传输电路将处理和压缩后的图像数据传输到外部设备。

基于T35F324的FPGA开发板图像采集显示系统方案

基于T35F324的FPGA开发板图像采集显示系统方案1.前言个人觉得易灵思的TriOn系列比钛金系列FPGA,就目前而言，更适合做图像显示相关应用，以T35和巨60为例，主要原因如下表所示：易灵思如果专注图像细分领域，毕竟大部分客户还是用DDR和MIPI,因此我觉得钛金系列的架构真的脑袋被驴踢了，DDR和MIP1用硬核才是正确的选择！另外，钛金系列FPGA相对推出时间不够，目前IP也不成熟。

以T35为例，DDR硬核IP在EfinityInterface中直接可以调用DDRIP并设定相关参数，但是钛金系列Ti60还没有包含到工具链中，这让拿不到一手资源的FPGAer就很尴尬，虽然可以理解不集成到IDE中，可以更快的迭代前提不成熟的版本。

M1P1TX/RX 接口，山谷0.8mm40P 接口如上图所示，T35F324的FPGA 开发板，我都做了快半年了，一直没有做一个基于视频图像的像样点的DCm0,甚是惭愧。

为了给当下煎熬的大家送点福利，我打算分2步走，如下：DVP 相机+DDR3+1VDS-1CD 实时显示系统 MIPI 相机+DDR3+1VDS-1CD 实时显示系统前者更关注DDR3硬核、1VDSTX,以及进行并口相机的配置与图像采集，完成实时图像采集、缓存、显示系统；后者则借用1）的基础，更关注MIP1相机的开发，进一步把易灵思FPGA 进行图像采集的优势，发挥一下。

当然这过程肯定还是有不少的坑，有些坑只有自己趟过，才有发言权。

底板串口DC3-40用户接口，兼容兼容@01⑥MT拨动开关BMW 0V5生0等模MIP1摄像头Jr兼容树莓派rOV5640 Efint FPQABOa1Q CraZyfpg>iomEfin1tyT3SF324-Cor∙V1.1一«... M2X>S12202305152.FPGA设计详解言归正传，我们开始干正事：基于T35的摄像头采集、存储、显示系统的介绍。

基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计

ｌＧｂ／ｓ【。。
系统使用的图像传感器是０Ｖ５６４０，该ＣＣＤ分辨率高达５Ｍ像素，提供两通道ＭＩＰＩ数据传输［３１。系统使用的图１ＭＩＰＩＣＳＩ一２图像采集系统框图ＦＰＧＡ为ｘｉｌｉｎｘ的Ｓｐａｒｔａｎ一６，型号为ＸＣ６ＳＬＸ４５，该系列的ＭＩＰＩ接口有低功耗和高速两种工作模式，低功耗模ＦＰＧＡ拥有业界领先的系统集成能力，同时为成本敏感型式下的电平为０ — １．２Ｖ，可直接接到ＦＰＧＡ的Ｉ／Ｏ口，只需应用带来了低风险、低成本和低功耗的最佳平衡。把接口电平配置成ＬＶＣＯＭＳ１．２Ｖ，高速模式下的电平标准
本文阐述如何在ＦＰＧＡ上进行ＭＩＰＩＣＳＩ一２接口设计，实现高清摄像头数据采集、显示、接口转换，把ＭＩＰＩ接口摄像头应用到更广泛的其他电路系统中，加快系统开发，节省成本。１系统设计原理ＭＩＰＩＣＳＩ一２图像采集系统如图１所示，整个系统由ＣＣＤ图像传感器、ＦＰＧＡ、ＤＤＲ、ＦＬＡＳＨ存储器组成。ＣＰＵ使用ＳＯＰＣ，ＣＣＤ驱动模块、ＵＳＢ驱动模块、ＬＣＤ驱动模块、ＤＤＲ管理模块等在ＦＰＧＡ内部设计。ＣＣＤ图像传感器经光电转换，把采集到的图像经ＭＩＰＩ接口传到ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ解码后把图像存储在ＤＤＲ，后分两路输出，一路送到ＬＣＤ显示屏实时显示，另一路转换成ＵＳＢ接口输出。２软硬件设计２．１硬件设计

基于FPGA的多通道可变采样率采集卡设计

一
种可以工作在各种恶劣环境下的数据采集存储
系统，为获取可靠的飞行试验数据提供了有力的保障］
１总体方案设计
设计的采集存储卡包含１６个通道，借助ＦＰＧＡ
图１系统结构图
丰富的Ｉ／０资源和强大的逻辑控制能力，通过控制两片多通道ＡＤＣ独立采样、转换和缓存的方法，可以使不同ＡＤＣ的采样率互不相同，各ＡＤＣ的采样率参数由计算机软件随卡地址一齐装订下发。当针对不同频率的被测信号选择不同采样率时，抗混
叠滤波器的截止频率也必须相应调整。设计中采
２系统硬件电路设计
２．１前端调理滤波电路设计
２．１．１运放的选择
每个ＡＤＣ都有各自的量程，如果被测信号的变
化范围小于这个量程，就会浪费ＡＤＣ的分辨位数，比如用量程为一５～＋５Ｖ的ＡＤＣ对变化范围为０
２．１．２减法电路设计
图２减法电路
２．１．３抗混叠滤波电路设计
抗混叠滤波的实质是低通滤波，其作用是滤除被测信号中可能会折叠到低频段的高频成分，防止
关键词可编程序阵列（ＦＰＧＡ）中图法分类号ＴＮ４３１．２；
ＡＤＣ
可变采样率Ａ
文献标志码
测试测量领域，在各种飞行器飞行试验中，数

基于fpga的信号采集电路设计

基于fpga的信号采集电路设计
FPGA作为一种可编程逻辑器件，在信号采集电路设计中具有很高的灵活性和自适应性。

以下是基于FPGA的信号采集电路设计的步骤和考虑因素：
1. 确定采集信号的类型和范围，包括采集的电压、频率和信号形态等。

这有助于选择合适的FPGA型号和外部接口芯片。

2. 设计硬件电路，包括ADC芯片、时钟电路、滤波器等。

这些硬件电路需要兼容FPGA，并能够提供稳定且可靠的信号采集。

3. 根据硬件电路设计，编写FPGA的硬件描述语言(HDL)程序，包括FPGA的驱动和控制程序。

这些程序需要能够将采集到的信号转换成数字信号，并将其存储在FPGA的内存中。

4. 对FPGA进行仿真和调试，验证电路的正确性和性能。

这包括对硬件电路的功能测试和对FPGA程序的逻辑测试等。

5. 将FPGA程序烧录到FPGA中，实现信号采集的实时处理和存储。

此外，可以将FPGA与其他计算机或控制器等设备进行连接，以实现更加复杂的信号处理和控制功能。

在设计基于FPGA的信号采集电路时，还需考虑以下因素：
1. 采样率和带宽：选择合适的ADC芯片和时钟电路，以满足采样率和带宽的要求。

2. 噪声和信号失真：设计适当的滤波和放大电路，以减小噪声和防止信号失真。

3. 存储和传输：根据实际需求，选择合适的存储器和接口芯片，以保证数据的可靠存储和传输。

4. 系统可靠性和稳定性：考虑系统的可靠性和稳定性，采用合适的电路保护和参数调节措施，以防止电路故障和系统失效。

5. 开发工具和环境：选择合适的FPGA开发工具和环境，以提高开发效率和降低制造成本。

基于fpga和ov5640的图像采集和处理系统设计

Sheji yu Fe*xi・设计与分析基于F P GA和O V5640的图像采集和处理系统设计裴正雄彭安金(西南民族大学，四川成都610041)摘要：为实和理问题，设计了基于FPGA和O V5640的图像釆集和理系统。

该系统通过OV5640摄像头进行的集，然后FPGA内部,FPGA先控制视频流数据存在SDRAM，再TFT显示屏进行实和理<关键词:FPGA；OV5640；图像釆集0引言基于FPGA的图像采集和理系统具有功耗低、体积小、理速度快的，在集和理<本计实和理问,集和理统基于FPGA和OV5640，通过OV5640进行的集，后FPGA 内部,FPGA先控存在SDRAM，再：传TFT进行实。

与，内部集理实现的、、测等功能。

集和理系统结构如图1所<图$图像采集和处理系统1摄像头本次设计摄像头选用OV5640，支持MIPI和DVP两种接口<DVP接口是并行总线接口，MIPI接口是LVDS低压差分接口。

现拟DVP接口驱动<OV5640所使总线为SCCB，总线类似于I2C总线，总线时序分为写序和读序。

写时序:start!device_id—ack!waddr—ack!wdata! ack—stop:读时序：start!device_id—ack—raddr—ack—start—ack—rdata—nack—stop<其中，start表示启动总线;device_id是设备ID，最后一位表示读写操作码，表示写，表示读;ack是写操作答信号；waddr表示寄存器地址;raddr表示写对应的寄存器数据:wdata 表示写寄存器rdata表读对的寄存器stop表明关闭总线。

使OV5640,需先进行上始化，后对关键寄存器进行配置以实现寄存器始化。

经过上述两个步骤后，即可操作进行集。

拟选择的集参数为480dpi，刷新率60fps，图像格式为RGB565。

由此算出PCLK时钟频率至少为PCLK=800X480X(16bit/8bit)X60=46.08MHz,而从序可知会有一定比例无效素点，故PCLK实际频率大于46.08MHz。

基于FPGA的高速数据采集卡设计与实现

基于FPGA的高速数据采集卡设计与实现随着科技的不断发展，电子信息技术的应用越来越广泛。

在现代制造业、通讯系统、医学影像等领域中，高速数据采集成为了一项不可或缺的工作。

因此，设计和实现一种高效、高精度的数据采集卡成为了当前电子信息技术研究的热点之一。

本文将介绍一种基于FPGA的高速数据采集卡的设计与实现。

一、高速数据采集卡基本结构高速数据采集卡通常由模数转换器（ADC）、时钟发生器、FPGA芯片、存储器、接口电路等组成。

其中，ADC负责将模拟信号转化为数字信号，时钟发生器负责为ADC提供时钟信号，FPGA芯片负责对数字信号进行处理和分析，存储器则用于存储处理后的数据，接口电路则是将数据输出到外部设备。

二、基于FPGA的高速数据采集卡设计1. ADC选择对于高速数据采集卡来说，ADC是其中最关键的组成部分之一。

ADC的选择与高速数据采集卡的性能有着密切的关系。

本设计采用了采样率为100MSPS的ADI公司的AD9265 ADC作为该高速数据采集卡的核心部件。

2. 时钟发生器时钟发生器为ADC提供高稳定性、高准确度的时钟信号，保证了ADC采集数据的稳定性和准确性。

本设计采用了凯瑞电子公司的CCHD-957时钟发生器，它可以提供高达100MHz的准确稳定时钟信号，从而保证了ADC的正常工作。

3. FPGA芯片在高速数据采集卡中，FPGA芯片是最核心的部分，它负责ADC采集到的原始数据进行处理和分析，并将其存储到存储器中。

本设计采用了Altera公司的Cyclone IV FPGA芯片，它具有高速、低功耗、灵活的特点，可以实现对高速数据的实时处理和分析。

4. 存储器存储器是高速数据采集卡中另一个非常关键的部分，它用于存储FPGA处理后的数据。

本设计采用了容量为1G的DDR3 SDRAM作为数据存储器，其存储速度快、容量大、价格适中、成本低。

5. 接口电路接口电路负责将高速数据采集卡中的数据输出到外部设备中。

基于FPGA的图像采集与处理电路设计

摘要图像采集和处理技术在机器视觉和图像分析等诸多领域应用十分广泛，大部分情况下，采集卡只需将前端相机捕获的图像信息正确地传回计算机，在要求较高的应用场合需要采集卡能准确控制外部光源和相机，完成图像采集，预处理，数据传输。

采集卡以FPGA为核心器件，不仅实现传统意义上的图像采集，而且实现了高速CCD相机控制和激光器同步曝光功能，采用应用广泛的CameraLink作为采集卡的图像输入接口，提高了系统的通用性、传输速率和抗千扰能力，打破了以往单纯靠增加硬件设备实现同步控制的方法，简化了系统硬件结构关键词:图像采集系统FPGA图像处理摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1 引言 (3)1.2研究概况 (3)1.3 研究意义 (4)第二章系统原理介绍 (5)2.1 系统原理 (5)2.2 FPGA简介 (6)2.3 数字相机 (6)2.4 Camera Link介绍 (7)2.5 视频转换芯片 (9)第三章硬件设计 (10)3.1硬件设计方案 (10)3.2 FPGA芯片选择 (12)3.3存储器选择 (12)第四章软件设计 (15)4.1 相机触发模块 (15)4.2 数据处理 (16)4.2.1 数据缓存模块 (16)4.2.2 图像显示模块 (17)参考文献 (18)总结 (19)致谢............................................. 错误!未定义书签。

第一章绪论1.1 引言“数字图像采集”是指将目标物体拍摄的模拟图片转换成数字信息后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。

相应的系统称为数字图像采集系统。

较之模拟系统，数字系统的最大优点就在于有良好的稳定性。

数字图像采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同需要进行相应的计算和处理，得出所需的数据。

与此同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被控制生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。

基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现

基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现高速数据采集卡是一种用于实时采集高速数据的硬件设备，它可以将模拟信号转换为数字信号，并通过接口传输到计算机或其他设备进行处理。

在许多领域中，如仪器仪表、医学影像、通信等，高速数据采集卡被广泛应用。

在设计高速数据采集卡时，我们首先需要选择适合的处理器。

ARM处理器因其低功耗和高性能而成为了许多嵌入式系统的首选。

其架构简单、易于开发和应用，因此非常适合用于高速数据采集卡的设计。

同时，ARM处理器也提供了丰富的外设接口，可以方便地与其他模块进行通信和数据传输。

在数据采集过程中，我们需要将模拟信号转换为数字信号。

为此，我们可以使用FPGA芯片来实现高速的模数转换功能。

FPGA芯片具有高度可编程性和并行计算能力，可以根据需要进行灵活的配置和优化。

通过将FPGA芯片与ARM处理器进行连接，我们可以实现高速数据采集和实时处理的功能。

在实际设计中，我们可以使用一块FPGA开发板作为硬件平台。

这种开发板通常具有丰富的外设接口，并且可以方便地进行扩展和调试。

我们可以在开发板上搭建一个数据采集系统，包括模拟输入接口、ADC模块、FPGA芯片和ARM处理器。

通过适当的接口设计和数据传输协议，我们可以实现高速数据的采集和传输。

在软件开发方面，我们可以使用嵌入式操作系统来管理和控制系统。

由于ARM处理器具有丰富的外设接口和强大的计算能力，我们可以在嵌入式操作系统上开发相应的驱动程序和应用程序。

通过这些软件的配合，我们可以实现数据的采集、处理和存储等功能。

综上所述，基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现是一个复杂而有挑战性的任务。

通过合理的硬件设计和软件开发，我们可以实现高速数据的采集和实时处理，并且可以广泛应用于许多领域中。

随着科技的不断进步，高速数据采集卡将会发挥越来越重要的作用。

基于FPGA的实时图像处理系统设计与实现

基于FPGA的实时图像处理系统设计与实现近年来，随着人工智能和物联网技术的不断发展，图像处理技术也得到了广泛应用。

基于FPGA的实时图像处理系统因其高性能、低功耗、性价比高等优点，成为了当前热门的研究领域。

本文将介绍基于FPGA的实时图像处理系统的设计与实现。

一、系统架构设计基于FPGA的实时图像处理系统的设计流程首先是系统架构的设计。

系统架构主要分为三部分：图像输入模块、图像处理模块和图像输出模块。

1. 图像输入模块图像输入模块负责从外部获取原始图像数据。

首先，需要选择合适的图像输入接口，如HDMI接口、USB接口等。

其次，需要添加适当的数据缓存来平衡图像输入数据的速度和FPGA内部处理速度的差异，从而避免数据传输错误。

最后，为了保证输入图像的稳定性和可靠性，应在图像输入模块中添加合适的图像预处理模块，如去噪、滤波等，以处理输入图像的杂波和失真。

2. 图像处理模块图像处理模块是整个系统的核心，它包括一系列图像算法的实现。

例如，基本的图像加、减和乘等运算，边缘检测、图像滤波、直方图均衡化等字处理算法，以及深度学习算法和神经网络模型等。

在设计图像处理模块时，需要考虑算法的复杂度和运行速度。

因为FPGA可以快速处理并行操作，在设计图像处理模块时，应当注重算法的并行性能，尽可能地实现算法的并行化，从而提高系统的图像处理速度。

3. 图像输出模块图像输出模块是将处理后的图像数据返回外部的模块。

它负责将处理后的图像数据转换为外部硬件设备可显示的格式，例如VGA或HDMI格式。

此外，图像输出模块还要考虑输出数据的稳定性和可靠性，能够将输出数据的误差率控制在最小值。

二、系统实现系统实现过程主要包括：开发板选择、软件工具选择、硬件电路设计、系统集成等步骤。

1. 开发板选择在选择开发板时，考虑一个物料清单（BOM）的成本和应用场景。

在一般情况下，开发板应具有较高的计算性能和通用扩展性，以满足不同应用场景的需求。

常用的FPGA开发板有：Xilinx的ZedBoard、顶点公司的Arty Board、Terasic公司的Atlas-SOC和DE10-Nano等。

基于FPGA的高速数据采集卡的设计(毕业设计)

本科毕业设计说明书基于FPGA的高速数据采集卡的设计DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGA学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：年月日基于FPGA的高速数据采集卡的设计摘要论文还从宏观和微观两个方面来分析数据采集卡的各个组成部分。

从宏观上分析了采集系统中各个芯片间的数据流向、速度匹配和具体通信方式的选择等问题。

使用乒乓机制降低了数据处理的速度，来降低FPGA中的预处理难度，使FPGA处理时序余量更加充裕。

在ARM与FPGA通信方式上使用DMA传输，大大提高了数据传输的速率，并解放了后端的ARM处理器。

设计从宏观上优化数据传输的效率，充分发挥器件的性能，并提出了一些改进系统性能的方案。

从微观实现上，数据是从前端数据调理电路进入AD转换器，再由FPGA采集AD转换器输出的数据，后经过数据的触发、成帧等预处理，预处理后的数据再传输给后端的ARM处理器，最后由ARM处理器送给LCD显示。

微观实现的过程中遇到了很多问题，主要是在AD数据的采集和采集数据的传输上。

在后期的系统调试中遇到了采集数据错位、ARM与FPGA通信效率低下，还有FPGA 中预处理时序紧张等问题，通过硬件软件部分的修改，问题都得到一定程度的解决。

在整个数据采集卡的设计过程中还遇到高速PCB设计、硬件设计可靠性、设计冗余性和可扩展性等问题，这些都是硬件设计中的需要考虑和重视的问题，在论文的最后一章有详细论述。

关键词：高速数据采集,触发,高速PCB设计,高速ADC１DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGAABSTRACTDate acquisition is the premise of measure, the foundation of analysis and the beginning of cognition. Most precise device is based on the date acquisition. With the development of the electronic and digital technology, the speed of date transmission and the calculation of CPU are faster and faster; therefore the requirements of data acquisition and processing are more severe than before.This paper analyzes the system from Macro-and micro respect. From the macro point of view it analyzes data flowing, speed matching and the selection of specific means of communication of acquisition system and so on. We adapt ping-pong mechanism to reduce the speed of analyzing data and pre-difficult of FPGA which lead to the ease of processing Timing Margin of FPGA. DMA transfer is used as communication between ARM and FPGA which improve data transmission rates, and liberate the back-end ARM processor. From the micro point of view, data enter into the A/D converter from the front-end conditioning circuitry, FPGA collecting data on the output of A/D converter and go through the pre-operation of triggering and framing of data. After these operations, data are transmitted to the back-end of the ARM processor and then display on the LCD. A lot of difficult exited in the successful operation in the micro respect which is mainly about A/D data collection and the of transmission data. All of these issues have been settled by the revising of hardware and software.KEYWORDS：High-speed Data Acquisition, Triggering, High-speed PCB High-speed, A/D converter２1绪论1.1 引言数计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信、自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。

基于FPGA的PCI总线图像采集卡研究与设计

２Ｃ接口．ＰＩ３
ＦＦ，器初始化视频解码器；ＩＯ控制视频信号经过视频解码器后形成ＹＶ格式的量化的数字信Ｕ号，其高８为亮度信号，位并产生行、同步信场号；控制器同时接到ＰＩ５的Ｒ＃令，Ｃ９２０Ｄ命根据来自频解码器的同步信号，视并产生ＦＦＩＯ的写信号，将有效的亮度信号存人ＦＦ；Ｃ总线ＩＯＰＩ开始读取数据，数据送往Ｐ。并把Ｃ机２硬件设计与驱动开发系统要实现一定的功能，必须要在— 个对应的平台上进行软件开发，这里主要针对图像采集系统中的典型模块进行详述。ｚ１数据采集在初始化过程中，我们设置ＳＡ１１：Ａ７１为
关键词：图像采集卡；总线；ＰＡＰＩ口ＦＧ；Ｃ接
随着视频技术以及大规模集成电路的飞速发展，视频监控系统的应用越来越广泛。作为数字图像信号处理过程中不可缺少的重要部分，图像采集系统将前端相机所捕获的模拟信号转化为数字信号，或者直接从数字相机中获取数字信号，通过高速总然后线传回计算机，借强大的操作能力，凭可以方便决捷地对信号进行分析处理。另一方面视频采集技术也日趋成熟，可用于视频采集
路模拟视频信号输入（Ｉ２６５５ＨＰＬＡ１）２行０ｚＡ，制式，Ｕ４２１位数字视频信号输出制式。ＹＶ２６由于只采用黑白灰度图像，所以只取１位数字６视频信号输出的前８给ＦＦ。为了控制图像位ＩＯ有序的进行采集，需要充分利用视频信号中的同步信号，来做数据存储的控制信号。用其模拟视频信号每扫描一行或对一帧进行扫描完一次后，都会产生延迟，时是没有有效数据输出这的，只有在行参考信号ＨＥ、场参考信号ＲＦＶＥＲＦ同时有效时，Ｐ￣Ｐ才有效。ＶＯＶ８由于输出数据的格式设置为ＹＶ２Ｕ４２的，所以输出数据与ＬＣＬ２同步，所以可以利用ＦＧＰＡ的逻辑控制电路，Ｔ０为高电平有效开关，ＲＦ和ＲＳ作ＨＥＶＥ一同作为与非门输入，ＲＦ经过开关，作为ＬＣ输入的使能Ｌ２输入，Ｌ２出作为工作同步ＬＣ输Ｍ授时钟接到ｗ。同时ＬＣ作为ＬＦＦＩＯ的读工作时钟，也应利用 “ ＦＧＰＡ的逻辑电路。２数据传输与逻辑控制２局部总线使用总线时钟作为工作时钟，同时，人先出存先储器使用ＬＣ作为读取操作同Ｌ步时钟接到Ｒ。局部总线控制信号Ｒ＃Ｄ用作先入先出存储器Ｒ的时钟开关，控制ＦＦＩＯ的数据读出，当局部总线读取数据时，ＤＲ＃信号有效，使先人先出存储器在ＬＣ时钟上升沿从缓Ｌ冲队列中取出数据写入输出缓冲寄存器。当Ｒ＃Ｄ信号有效后，数据被依次读出，每经过一次时钟上升沿，先人先出存储器缓冲队列中向外

基于FPGA的高分辨率图像处理硬件设计

ＳＤＲＡＭ。
４图像采集接口设计高分辨率数字相机ＩＸ－Ｍ１＿Ｊ用Ｐ－５ｌ４ｃ使ＣｍｒＬｎ协议标准传输图像。ＣｍｒＬｋａｅｉａｋａｅｉａｎ标准是由国家半导体实验室ａｏａＳｍｃｎｔｎｌｅｉ — ｉｏ图２嵌入式高分辨率图像处理板硬件框图核心处理器件采用采用Ａｅ公司的ｃ — ｄｅ０提出的一种Ｃａｎｌｉｋ术标准发展ｈｒａｖｕｔｏｈｎｅＬｎ技ｃｏｅ１系列ＦＧＥ２３Ｆ７Ｃ，具有而来的，接口具有开放式的接口协议，ｌｎＩＰＡＰＣ５６２８该使得不又能相兼容。它３，１个逻辑单元（Ｅ，有１５ＭＫ的同厂家既能保持产品的差异性，３２６Ｌ）具０个４ＲＭ，共组成４３８０ｉ可用ＲＭ，可达到在传统ＬＤ传输数据的基础上又加载了并转Ａ８，ｂ４ｔＡＶＳ２０ｚ５ＭＨ的性能，具有４５用户Ｉ７个／Ｏ口，满足系串发送器和串转并接收器，ａｅｉ标准使ＣｍｒＬｎａｋ统设汁需要的资源目。用每条链路需两根导线的ＬＤＶＳ传输技术，外围存储器包括用于图像缓存的ＳＡＲＭ和ＣｍｅａＬｎａｒｉｋ发送接收示意图如图４所示。驱动ＳＲＭ，ＤＡ用于基于ＮｏＩ处理器ｃ语言代码存器接收２个单端数据信号和１时钟信号，ｉＩｓ８个这：的比例被串行发送，就是５也对储和菜单字库存储的Ｆａｈ用于存储ＦＧｌ、ｓＰＡ配些信号以７１置信息的Ｆａｈ用于图像保存的Ｓｌｓ，Ｄ卡，以下重ＬＤ信号通道上分别传输４ＬＤ数据流和ＶＳ组ＶＳ点分析下网像缓存部分的体系结构和芯片选型１ＬＤ时钟信号，组ＶＳ即完成２位数据的同步传８日输只需５对线。３图像缓存设计图像缓存的存储器ＳＡ和ＳＲＭ都设ＲＭＤＡ计为可进行乒乓操作的体系，乒乓缓存体系示意图如图３示。所

基于FPGA的图像采集系统设计与实现

基于FPGA的图像采集系统设计与实现1、引言视频图像采集是视频信号处理系统的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向发展。

图像采集系统在当今工业、军事、医学各个领域都有着极其广泛的应用，如使用在远程监控、安防、远程抄表、可视电话、工业控制、图像模式识别、医疗器械等各个领域都有着广泛的应用[1]。

本文介绍了一种基于 FPGA的图像采集系统，用户可以根据需要对FPGA 内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现系统的重构[1][2]；而且采用这种设计方案 ,便于及时地发现设计中的错误,能够有效地缩短研发时间，提高工作效率。

2、系统的总体框架和工作原理整个系统主要分为四个模块：视频解码模块、视频编码模块、存储器模块和FPGA核心控制模块，系统总体框架如图1所示。

其中FPGA实现的主要功能有：视频编解码器件的初始化，视频图像的采集存储以及将采集的图像数据通过视频编码芯片送到监视器上显示。

系统的工作原理为：系统上电后，FPGA通过FLASH中的程序对完成视频解码和编码芯片的初始化配置；在接到视频AD转换的中断信号后，FPGA将转换的数字图像数据传送到SRAM保存；一帧图像转换结束后FPGA再将SRAM中的数字图像传递给视频编码芯片以便在监视器上显示，同时开始控制下一帧图像的采集。

3、硬件电路设计3.1 AD和DA转换模块本系统采用的视频编解码芯片是ADV7181和ADV7177，下面分别介绍AD 和DA转换器件的硬件电路设计。

3.1.1 AD转换模块ADV7181系统是AD公司推出的一款视频解码芯片[3]，它具有如下特点：I2C总线接口，6通道模拟视频输入，支持NTSC、PAL、SECAM视频制式，支持多种模拟输入格式和多种数字输出格式。

本系统中选用其中的通道1作为PAL制CVBS视频输入，数据输出可根据需要采用8位或16位的格式输出。

ADV7181与FPGA的接口电路如图2所示。

系统上电后通过FPGA的I2C模块完成对ADV7181的初始化配置，其中ADC_SCLK、ADC_SDATA分别为I2C总线的时钟线和数据线。