CCD视频信号处理器AD9844A与C8051F231的模拟SPI接口设计

收稿日期:2009-07

作者简介:王丹丹(1977 ),女,讲师,研究方向为检测技术与自动化装置。

图1 AD 9844A 的内部结构图

CCD 视频信号处理器AD9844A 与C8051F231

的模拟SPI 接口设计

王丹丹

(武汉工程大学电气信息学院,湖北武汉430070)

摘要:介绍CCD 信号处理芯片AD9844A 与单片机C8051F231的接口设计。AD 9844A 是AD I 公司的一款片内含有12b it A /D 转换器的专用于视频信号处理的芯片,文章重点介绍了A D9844A 的可编程特性及其与单片机的软件模拟SP I 同步串口间的接口设计。

关键词:A /D 转换;CCD 信号处理;软件模拟SP I 同步串口

中图分类号:TM 930 文献标识码:B 文章编号:

1006-2394(2010)01-0050-03

Soft S PI Interface D esign B etween CCD Si gnal Processor AD9844A and C8051F231

WANG Dan dan

(W uhan Instit ute o f T echno logy ,W uhan 430070,Chi na)

Abst ract :Th is paper is about the interface bet w een MCU c8051f231and CCD signal processor AD9844A.The

AD9844A is a co m plete analog si g na l processor for CCD app lications .It features a 20MH Z si n g l e channe l architecture and 12 b itA /D converter .The purpose of th is paper is to present the prog ra mm ab l e features of the AD9844A and its so ft SPI i n terface w it h the MC U through a 3 w ire serial por.t

K ey w ords :ADC ;CCD si g nal processi n g ;soft SPI synchr onous seri a l i n terface

1 芯片介绍

1.1 CCD 信号处理器AD9844A

AD9844A 是美国ADI(Analog Dev ices Inc)公司的一款面向CCD 的完善的低功耗单通道模拟信号处理器。AD9844A 以其高精度、高速度的模数转换能力,以及它所具有的完善的性能结构,广泛的应用在工业控制、医疗仪器、科学研究等领域的高精度图像采集系统中。

AD9844A 可以工作在3种模式下,对面阵CCD 信号、模拟视频信号和普通的交流信号进行A /D 转换。AD9844A 的内部结构图如图1所示。从图中可知AD9844A 有3条输入通道:CCDI N 、AUX1、AUX2,分别为CCD 原始信号、不需要CDS (相关双采样)的

交流信号和复合视频信号的接口引脚。无论哪条通道进来的信号最后都要通过MUX 进入A /D 转换通道,通过内部寄存器的配置,AD9844A 工作在其中一

种采集通道下。本系统中,AD9844A 工作于CCD 模式下。

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图2 AD 9844A CCD 模式下功能模块图 AD9844是一款可编程的视频处理芯片,芯片内部寄存器的工作方式通过一个3线串口编程得到。可编程的要素包括增益调节器、黑电平调节器、输入设置和掉电模式。AD9844A 的数字接口控制输入端属于SPI 类型的同步串行接口:SL (串行接口加载脉冲)、SDATA(串行接口数据输入)、SCK (串行接口时钟)。串口选通信号SL 有效时C8051单片机经SDATA 输入控制字,实现对AD9844A 内部寄存器的初始化设置;控制字的输入时钟SCK 由C8051的时钟信号提供。模拟信号的采样、保持及转换由同步时钟发生器提供同步脉冲SHD (数据采样和保持脉冲)、SHP (参考电压输入脉冲)实现同步,而时钟DATACLK 是图像处理单元对数字视频信号的读取与AD9844A 的输出进行同步的信号。芯片3V 供电,A /D 转换参考电压为2V 。1.2 C8051F231单片机

C8051F2xx 系列单片机是一种高集成度的混合信号系统。系统集成在一块单片机芯片上,可带有一个真正的8位多通道模数转换器,或不含ADC 。每个模块有一个与8051兼容的微控制器内核,它具有8KB 的FLAS H 存储器,同时也有硬件实现的UART 和SPI 串行接口。2 接口设计

2.1 AD9844A 的基本工作过程

AD9844A 具有采样速度高达20MH z 的单通道输入体系结构,这种设计能采样并处理隔行扫描CCD 阵列后所得的输出信号(电信号序列信息)。CCD 模式下功能模块图如图2所示,输入到AD9844A 的CCD 信号先经过一个0.1 F 的耦合电容实现直流电平箝位,然后经过相关双采样(CDS)、输入箝位(input offset C la m p)、模拟增益放大器(VGA )、黑电平箝制(optica l black cla m p),最后经12b it A /D 转换器输出数字视频

信号,其转换结果输出给图像处理单元进行处理。

AD9844A 控制增益大小、偏移程度及其时序控制的实现是对其内部寄存器的工作方式进行适当设置得到的,而这一工作具体由单片机C8051F231通过一个3线串行接口对AD9844A 编程实现。CCD 器件及AD9844A 的时钟信号均由一个系统的同步时钟发生器提供。图3是系统应用图。

图3 系统应用图

2.2 C8051的软件SPI 串行外设接口

本系统采用软件模拟实现SPI 外设接口。如图4所示,单片机作为主器件,AD9844A 作为从器件,同步时钟SC K 由单片机P2.0引脚发出,P2.2引脚为数据输出脚MOSI 。单片机的从器件选择NSS 引脚被抬高,将P2.4通用I /O 管脚作为AD9844A 的片选信号即从器件选择信号。单片机启动数据传输,SCK 上提供串行时钟,同时在MOSI 线串行移出数据,这样C8051就可以实现与AD9844A 之间的通信,完成对AD9844A 内部寄存器的初始化配置。 图4 硬件接口图

3 软件设计

在本系统中,AD9844A 工作于CCD 模式,如表1内部寄存器图表所示,内部操作寄存器、VGA 增益寄存器、箝位电压及采样增益寄存器的设置均为默认值。本设计所要做的是配置控制寄存器,选择同步时钟的极性,实现与时钟发生器的时钟同步,即采样时钟

SHP /S H D 为高电平触发采样周期,箝位时钟CLP 为低电平有效,数据输出时钟DATACLK 为下降沿触发。

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