基于USB的视频采集系统的设计和实现

论文摘要

数据采集是很多领域广泛采用的技术,随着对采集数据量、采集精度和传输速度的要求越来越高,传统的采集方式已经严重阻碍了数据采集设备的发展。而新一代通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)具有传输线少、速度快、支持热插拔以及易于扩展等优点,很好地解决了以上问题,因此在数据采集应用中得到了广泛的应用。论文课题在深入分析和探讨了USB2.0协议的基础上,以福华FS7805控制芯片为核心,设计和实现了基于USB的视频采集传输系统,该系统具备基于USB的批量与控制两种传输方式。论文完整地总结了课题研究的整个过程,取得的成果概括如下:1.在分析了USB总线的体系结构和特点的基础上确定了系统的整体框架和各个部分芯片的选择。整个系统包括硬件设计和软件设计两部分,实现视频数据高速转换、采集和数据显示功能。2.在分析各关键元件详细接口和参数的基础上,完成了电源电路、接口电路和外部辅助电路的硬件设计。系统硬件部分实现视频数据采集功能,并将采集的数据送至USB控制器,再通过USB接口将数据传送给PC机。3.在硬件设计的基础上,完成了USB固件程序、设备的驱动程序和上位应用程序的系统软件设计。USB固件程序实现对USB控制芯片与外部采集芯片的初始化,设备驱动程序为上位应用程序提供了软件和硬件平台连接的通道,上位应用程序实现采集数据的接收与图像显示。课题的研究对于拓展FameG FS7805芯片的应用领域具有一定促进作用,并且对于基于USB 2.0的同类嵌入式系统的开发提供了一定的参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 USB 技术发展趋势
• 1.2.1 国内外应用现状与发展趋势
• 1.2.2 USB 的总线特点
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 USB 体系结构概述
• 2.1 USB 总线拓扑
• 2.2 USB 硬件接口
• 2.3 USB 编码方式
• 2.4 USB 通信模型
• 2.5 USB 总线协议
• 2.5.1 二进制数的序列—域
• 2.5.2 包
• 2.5.3 四种数据传输
• 2.5.4 端点
• 2.5.5 管道
• 2.5.6 实现标准的USB 请求命令
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统总体设计
• 3.1 系统总体架构
• 3.2 系统硬件设计
• 3.3 系统软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 硬件部分的设计原则
• 4.1.1 原理图设计原则
• 4.1.2 PCB 布线原则
• 4.2 芯片选择
• 4.2.1 USB 接口控制芯片选择
• 4.2.2 USB 接口控制芯片——FS7805 功能模块及特性
• 4.2.3 外部视频采集芯片选择及特性
• 4.3 MCU 控制板的设计
• 4.4 MCU 控制板和视频采集板的接口设计
• 4.5 硬件实物图
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 固件程序设计
• 5.1.1 C 语言及Keil uVision2 开发环境简介
• 5.1.2 Pixel Plus CMOS 简介
• 5.1.3 FS7805 三种接口模式
• 5.1.4 SlaveFIFO 时序
• 5.1.5 固件程序编写
• 5.1.6 数据传输
• 5.2 驱动程序设计
• 5.2.1 驱动模型
• 5.2.2 INF 文件
• 5.3 上位机应用程序设计
• 5.3.1 打开设备
• 5.3.2 读取USB 设备数据
• 5.3.3 关闭USB 设备
• 5.3.4 图像格式介绍
• 5.3.5 应用程序界面设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录A FS7805 管脚图
• 附录B I2C 读写外部设备寄存器C 语言代码