基于高速A／D轉(zhuǎn)換器的視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
視頻采集系統(tǒng)一場(chǎng)圖像時(shí)間內(nèi)的采集數(shù)據(jù)量決定了成像質(zhì)量，也就是常說(shuō)的分辨率或者叫像素。按照我國(guó)PAL制式的信號(hào)特點(diǎn)，每秒掃描25幀圖像，每一幀圖像又分奇偶兩場(chǎng)，那么，一場(chǎng)圖像的掃描時(shí)間就是20 ms。目前市場(chǎng)上的攝像頭，不管是CCD或是CMOS成像的，縱向分辨率基本都在400線的以上。因此推得單行視頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間小于20 ms／400=50μs左右。那么，如何在50μs內(nèi)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行快速地A／D轉(zhuǎn)換，得到更多的灰度值數(shù)據(jù)，以提高橫向分辨率就成為視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。
2．1 高速A／D轉(zhuǎn)換器
TLC5510是美國(guó)TI公司生產(chǎn)CMOS，8位高阻抗并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件(ADC)。它采用+5 V單電源工作，能提供的最大采樣率為20 MSPS。TLC-551O的滿輸入量程是2 V，TLC551OA的滿輸入量程是4 V。TLC5510采用了半閃速結(jié)構(gòu)及CMOS工藝，所以大大減少了器件中比較器的數(shù)量，并在高速轉(zhuǎn)換的同時(shí)能夠保持較低的功耗。在推薦的工作條件下，TLC5510的功耗僅為130 mW。
TLC5510模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓器、1套高4位采樣比較器、編碼器、鎖存器、2套低4位采樣比較器、編碼器和1個(gè)低4位鎖存器等電路。TLC5510的外部時(shí)鐘信號(hào)CLK通過(guò)其內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器可產(chǎn)生3路內(nèi)部時(shí)鐘，以驅(qū)動(dòng)3組采樣比較器?；鶞?zhǔn)電壓分壓器則可用來(lái)為這3組比較器提供基準(zhǔn)電壓。輸出A／D信號(hào)的高4位由高4位編碼器直接提供，而低4位的采樣數(shù)據(jù)則由2個(gè)低4位的編碼器交替提供。 TLC551O的工作時(shí)序如圖2所示。時(shí)鐘信號(hào)CLK在每一個(gè)下降沿采集模擬輸入信號(hào)。第N次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)2．5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲后送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。此時(shí)如果輸出使能端OE有效，則數(shù)據(jù)可送至8位數(shù)據(jù)總線上。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195048.htm
TLC5510不僅具有高速的A／D轉(zhuǎn)換功能，還帶有內(nèi)部采樣和保持電路，從而大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)。只需要使用內(nèi)部基準(zhǔn)電阻和VDDA構(gòu)成基準(zhǔn)分壓器即可實(shí)現(xiàn)2V的滿量程轉(zhuǎn)換范圍。因?yàn)檎５膹?fù)合視頻信號(hào)最大電壓值不超過(guò)2V，所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將TLC5510的REF-BS端短接至REFB端，REFTS端短接至REFT端，從而獲得2V基準(zhǔn)電壓。視屏信號(hào)從ANALOGIN引腳輸入，同時(shí)采用4MHz的有源晶振提供時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)計(jì)算可知，該芯片在單行視頻信號(hào)掃描時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行200次的A／D轉(zhuǎn)換，對(duì)于簡(jiǎn)單圖像算法而言，橫向分辨率已完全能夠滿足要求。如果提高TLC5510工作時(shí)鐘頻率，可以繼續(xù)提高橫向分辨率。若使TLC5510工作在極限情況下(20 MHz的采樣率)，橫向分辨率可達(dá)到約800個(gè)點(diǎn)，也就是30萬(wàn)像素以上。上電以后，由于將TLC5510的OE引腳接到GND，芯片始終處于低有效狀態(tài)，所以A／D轉(zhuǎn)換將持續(xù)工作。8位數(shù)據(jù)輸出直接接到下一級(jí)FIFO存儲(chǔ)器的輸入，由處理器決定存儲(chǔ)器是否將A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入。
具體的應(yīng)用電路如圖3所示。需要注意的是，因?yàn)門LC5510的AGND引腳和DGND引腳在內(nèi)部沒(méi)有連接，所以在外部需要連接。建議采用電感或磁珠連接，用以去除模擬地對(duì)數(shù)字信號(hào)的噪聲。同時(shí)，在VDDA與AGND，VDDD與DGND引腳之間，應(yīng)分別使用0．1 μF的電容去耦，建議使用陶瓷電容，并配以10 μF以上的鉭電容儲(chǔ)能。
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評(píng)論