1. 主要特性 2. 应用领域 3. 技术特点 4. 机械尺寸及引脚功能 5. 功能描述 5.1 视频输入接口 5.2 数据接口 5.3 寄存器寄存器寻址寄存器描述 5.4 中断信号 5.5 操作描述初始化单帧捕捉连续捕捉 5.5

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妙束
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1 VC302 嵌入式视频捕捉卡用户手册二二年九月

2 1. 主要特性 2. 应用领域 3. 技术特点 4. 机械尺寸及引脚功能 5. 功能描述 5.1 视频输入接口 5.2 数据接口 5.3 寄存器寄存器寻址寄存器描述 5.4 中断信号 5.5 操作描述初始化单帧捕捉连续捕捉输出数据结构 6. 应用指南 6.1 评估板 6.2 使用注意事项目录说明 : ⑴ 本文初稿时间 :2002 年 9 月最后一次更新时间 :2008 年 5 月 ⑵ 本文中所使用的数字, 未特别说明的均为 10 进制表示, 数字前加 0x 前缀的为 16 进制表示 ⑶ 本文假定读者已具备视频相关的基本知识, 否则请先到我公司网站下载数字视频基本知识探讨, 其中讲述了模拟视频信号的结构数字视频流的结构 BMP 文件格式彩色空间转换以及怎样构造 BMP 文件等第 1 页共 9 页

3 1. 主要特性输入 PAL 制式彩色复合视频信号, 或 50Hz 黑白视频信号数据接口为 8 位并行总线, 含中断信号输出 I/O 电压为 3.3V, 可承受 5V 电压输入支持 4 种输出图像格式 :320x240 黑白 320x240 彩色 640x240 彩色 640x480 黑白内含 3M 位 FIFO 帧存储器仅含 4 个寄存器, 操作简便每次捕捉并缓存 1 帧, 支持最高 25 帧 / 秒捕捉速度电路板尺寸 80x50mm 提供电源电压为 5V 和 3.3V 的两种版本提供了完整的静止和活动图像采集方案 2. 应用领域可以方便地与单片机 ARM DSP PC104 总线等连接适用于视频监控机器人视觉模式识别智能仪表医疗仪器等领域 3. 技术特点 VC302 可以适应多种应用 VC302 支持最高 25 帧 / 秒的捕捉速度数据接口的数据建立时间仅 25ns 支持 3.3V 的电源和 I/O 电压, 这些特性适应由高速 DSP 或 ARM 处理器构成的实时图像处理系统的需要另一方面, 它又支持 5V 的电源电压, 数据接口可以直接与 5V 系统连接,FIFO 存储器的容量足以缓存整帧图像, 可以在捕捉完成后空闲下来, 由主机慢慢读取数据, 这些特性又能够适应常见的 89C51 等低速处理器的需要通过简单的地址译码电路,VC302 还可以与 PC104 总线连接 VC302 采用 FIFO 式帧存储器, 在内部进行捕捉的同时, 主机就可以开始读取已捕捉的数据, 而不必等待一帧全部捕捉完成 VC302 具备中断信号输出这些特性可以提高主机的处理效率 VC302 具有 3 个片选信号, 在简单的应用系统中, 可以不必使用额外的地址译码电路, 而直接使用这 3 个片选信号进行地址译码 VC302 支持 4 种输出图像格式 320x240 黑白和 320x240 彩色格式的数据量较小, 640x240 彩色和 640x480 黑白格式具有更高的分辨率 VC302 采用了表面贴装工艺, 其电路板尺寸仅 80x50mm, 适应嵌入式系统的需要第 2 页共 9 页

4 4. 机械尺寸及引脚功能 VC302 的机械尺寸接口位置引脚排列请见下图 VC302 的接口引脚功能请见下表 : 视频输入接口引脚号名称状态功能 1 VGND 输入视频信号地 2 VIN 输入视频信号总线数据接口引脚号名称状态功能 1 2 GND 电源输入电源负极 3 4 VDD 电源输入电源正极 5 INT 输出中断信号 6 RD 输入读 ( 低电平有效 ) 7 WR 输入写 ( 低电平有效 ) 8 A0 输入地址总线 9 A1 输入地址总线 10 CE0 输入片选 0( 低电平有效 ) 11 CE1 输入片选 1( 低电平有效 ) 12 CE2 输入片选 2 13 D7 14 D6 15 D5 16 D4 17 D3 输入 / 输出 / 高阻数据总线 18 D2 19 D1 20 D0 工作指示 LED 指示 VC302 的工作状态当 VC302 空闲时,LED 点亮当 VC302 内部捕捉图像时,LED 熄灭 LED 以约 2 秒的周期闪烁, 表示检测到内部硬件故障, 请与我公司联系维修第 3 页共 9 页

5 5. 功能描述 5.1 视频输入接口视频输入接口的电特性请见下表 : VC302 嵌入式视频捕捉卡用户手册项目最小值典型值最大值输入阻抗 75Ω 输入电容 10PF 15PF 20PF 信号幅值 0.42 Vpp 1Vpp 1.68 Vpp 从视频输入接口输入 PAL 制式彩色复合视频信号, 或 50Hz 黑白视频信号在输入彩色复合视频信号时, 可以使用黑白模式, 从而得到黑白图像注意 : 视频信号地与电源负极在 VC302 内部是连接在一起的为了防止共地干扰, 在 VC302 以外, 应尽量避免视频信号地与电源负极再次连接, 如果实在无法避免, 那么视频信号地与电源负极应只相连于一点, 并且这一点与 VC302 之间的连线应尽量短 5.2 数据接口 VC302 的内部电源电压为 3.3V, 当输入电源电压为 5V 时, 由内部的稳压器将其变换为 3.3V 因此, 数据接口总是工作于 3.3V 电压下数据接口的 I/O 口电压为 3.3V, 但可以承受 5V 输入, 输出电压与 5V TTL 或 CMOS 电平兼容数据接口可以直接与 5V TTL 或 CMOS 电路相连 VC302 的数据接口是标准的 8 位并行总线, 对其操作的方法与读写静态随机存储器 (SRAM) 类似数据接口直流特性请见下表项目最小值典型值最大值电源电源电压 (5V 版本 ) 4.2V 5V 6V 电源电压 (3.3V 版本 ) 3.2V 3.3V 3.4V 电源电流 230mA 电源纹波 80mV 输入低电平电压 -0.5V 0.8V 高电平电压 2V 5.25V 电容 10PF 输出低电平电压 0.4V 高电平电压 2.4V 负载电容 15PF 第 4 页共 9 页

6 数据接口总线时序请见下图时序说明请见下表名称说明最小值典型值最大值单位 t1 地址有效到写脉冲下降沿或读脉冲下降 5 ns 沿的时间 t2 写脉冲上升沿或读脉冲上升沿到地址无 5 ns 效的时间 t3 读脉冲宽度 30 ns t4 读周期数据建立时间 25 ns t5 读周期数据保持时间 10 ns t6 写脉冲宽度 12 ns t7 写周期数据建立时间 7 ns t8 写周期数据保持时间 3 ns t9 连续 2 次读 FIFO(CAP_YUV 寄存器 ) 时读脉冲之间的间隔 80 ns 对于总线时序, 需要特别注意的是 : 两次连续的读 FIFO( 就是读 CAP_YUV 寄存器 ) 之间的间隔应大于 80ns 对于低速单片机 ( 比如 51 系列 96 系列 ) 中速单片机 ( 比如 AVR 系列 ) PC104 总线等, 由于速度慢, 可以不必考虑时序问题但对于高速的 DSP 处理器, 则必须仔细计算总线之间的时序配合, 必要的时候要插入总线等待周期第 5 页共 9 页

7 5.3 寄存器寄存器寻址信号真值表 ( X 表示不确定值或任意值, 下同 ): CE2 CE1 CE0 RD WR D7..D0 数据总线状态高阻输出输入高阻其它 X X 高阻寄存器寻址表 : RD WR A0 A1 寻址的寄存器属性 CAP_CTL 只写 CAP_MODE 只写 CAP_YUV 只读 CAP_STU 只读 X X 其它保留从上表可以看出, 地址信号 A0 与 A1 的值总是相同的, 因此主机可以只用一根地址线同时驱动 A0 和 A1 VC302 在设计上之所以没有把这两个地址线合并, 是为了与 VC301 嵌入式视频捕捉卡的接口保持兼容寄存器描述寄存器位定义请见下表 : 名称 CAP_CTL CAP_MODE CAP_YUV CAP_STU 位控制寄存器模式寄存器像素数据寄存器状态寄存器 D7 X X YUV7 X D6 X X YUV6 X D5 X X YUV5 X D4 X X YUV4 X D3 X X YUV3 X D2 X X YUV2 CAP_FINISH480 D1 X MODE1 YUV1 CAP_FINISH240 D0 X MODE0 YUV0 CAP_FINISH10 CAP_CTL( 控制寄存器 ): 主机对此寄存器写入任意值可以启动一次捕捉过程此寄存器是一个虚拟寄存器, 主机对此寄存器执行写操作时,VC302 内部将产生 CAP_START 脉冲, 以启动一次捕捉过程 CAP_MODE( 模式寄存器 ): 主机通过写此寄存器来选择输出图像格式请见下表 : 模式 MODE1 MODE0 输出图像格式 x240 黑白 x240 彩色 x240 彩色 x480 黑白 CAP_YUV( 像素数据寄存器 ): 主机通过读此寄存器来获取图像数据 CAP_STU( 状态寄存器 ): 主机通过读此寄存器来获知捕捉过程的进度信息请见下表 : 位说明 CAP_FINISH10 在 CAP_START 脉冲上升沿清 0 第 10 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1 CAP_FINISH240 在 CAP_START 脉冲上升沿清 0 第 240 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1 CAP_FINISH480 在 CAP_START 脉冲上升沿清 0 第 480 行像素数据写入 FIFO 存储器后置 1 对于模式 0 1 2, 共捕捉 240 行, 因此 CAP_FINISH240=1 时, 表明捕捉完成而对于模式 3, 共捕捉 480 行,CAP_FINISH240=1 时表明已捕捉完一场,CAP_FINISH480=1 时, 表明已捕捉完两场, 捕捉完成第 6 页共 9 页

8 5.4 中断信号中断信号 INT 是 CAP_STU 寄存器的 CAP_FINISH10 位反相后的输出通常可将 INT 连接到微控制器 (MCU) 的中断输入引脚, 并设定为下降沿触发方式, 中断触发表示已捕捉完成 10 行图像, 主机可以开始读取图像数据 5.5 操作描述 VC302 在设计上充分考虑了易用性, 隐藏了繁杂的视频处理细节, 以降低二次开发的难度初始化 VC302 在电源上电后内部有一个复位和初始化过程, 从电源上电到初始化完成的时间约为 700ms, 在此期间, 主机不应对其进行读写操作单帧捕捉要实现一次捕捉过程, 主机应首先写 CAP_MODE 寄存器, 以选择图像格式, 然后写 CAP_CTL 寄存器, 以启动捕捉随后主机可查询 CAP_STU 寄存器的 CAP_FINISH10 位, 或者等待 INT 引脚上的中断当 CAP_FINISH10 位 =1 或中断触发时, 说明 FIFO 存储器中已存放了 10 行像素数据, 此后主机可以开始读 CAP_YUV 寄存器来取得图像数据主机可以在任何时候写 CAP_MODE 和 CAP_CTL 寄存器如果一次捕捉过程尚未完成, 而主机又写了 CAP_CTL 寄存器, 则这次捕捉过程被立即中止, 并重新启动一次新的捕捉过程在捕捉过程中不要修改 CAP_MODE 寄存器的值如上图所示, 内部写 FIFO 的时间开始于奇场的 2.5ms 处, 紧接着再经过 0.6ms 写完第 10 行, CAP_FINISH10 置 1 在一场中, 内部写 FIFO 过程 ( 共写入 240 行 ) 的总时间是 15.3ms 内部写 FIFO 完成后 2.2ms 奇场结束对于模式 3, 还要在偶场中重复一次这样的过程为了得到正确的数据, 主机必须等 CAP_FINISH10 置 1 后才能读取 CAP_YUV 寄存器 ( 实际上就是读取 FIFO), 主机可以在 CAP_FINISH10 置 1 后的任何时候 ( 比如 CAP_FINISH240 置 1 后或 CAP_FINISH480 置 1 后或更晚 ) 读取 FIFO FIFO 存储器中缓存了整帧图像数据, 除非被主机读走, 否则就一直存在, 因此主机读 FIFO 的时间长短没有限制在读取数据的过程中须避免 FIFO 下溢如果主机在 CAP_FINISH10 置 1 后立即开始读取 FIFO 数据, 这时 VC302 内部写 FIFO 的过程也在同时进行, 如果主机读 FIFO 的速度比内部写 FIFO 的速度快, 那么 FIFO 可能被读空以模式 1 为例, 图像总数据量为 320x240x2= 字节, 内部写 FIFO 时间约 15.3ms, 因此写 FIFO 的平均速度为 :15.3ms/ 字节 =99ns/ 字节, 主机应保证在内部写 FIFO 期间读 FIFO 的平均速度小于 99ns/ 字节对于其它模式, 读者可做类似计算如果主机的速度较慢, 比如 24M 主频的 89C51 两次读的间隔至少为 500ns,FIFO 不可能被读空, 可以不必考虑这个问题第 7 页共 9 页

9 5.5.3 连续捕捉 VC302 的连续捕捉实际上就是连续的单帧捕捉对于模式 0 1 2, 当达到最高捕捉速度 25 帧 / 秒时, 每个捕捉循环的周期为 40ms 在 CAP_FINISH10 置 1 后, 主机可以开始读取数据, 在 CAP_FINISH10 置 1 后约经过 37.5ms, 下一个需捕捉的奇场来临, 主机必须在这个奇场来临前启动新的捕捉过程, 否则将错过这一场对于模式 3, 当达到最高捕捉速度 25 帧 / 秒时, 从内部写 FIFO 完成到下一次捕捉开始之间的间隔时间仅 2.2ms, 一般来说主机难以在这么短的时间内读取和处理完数据, 因此模式 3 实用的最大捕捉速度是 12.5 帧 / 秒, 此时每个捕捉循环的周期为 80ms 在 CAP_FINISH10 置 1 后约经过 77.5ms, 下一个需捕捉的奇场来临, 主机必须在这个奇场来临前启动新的捕捉过程下图示意了不同模式下连续捕捉的流程输出数据结构对于模式 0 和模式 3, 捕捉的图像是黑白图像, 仅含一个亮度分量 Y, 描述每个像素只需要 1 个字节对于模式 0, 总的数据量是 :320x240=76800 字节, 主机读 FIFO 时首先读得的是图像的第 1 行的第 1 个像素 ( 最上边的一行的最左边的像素 ), 然后读得的是第 1 行的第 2 个像素, 如此类推, 图像数据按照从左到右从上到下的顺序依次输出对于模式 3, 总的数据量是 :640x480= 字节, 由于采用两场拼合的方式, 首先读得的是图像中的奇数行的数据, 然后是偶数行即 : 首先输出第行的数据, 紧接着是第行的数据, 每行 640 个字节由于模式 3 实际上连续捕捉了 2 场, 所以如果只读取 640x240= 字节数据, 那么得到的就是一帧像素分辨率为 640x240 的黑白图象对于模式 1 和模式 2, 捕捉的图像是彩色图像, 除亮度分量 Y 外, 还有色度分量 U V 图像格式遵循 YUV422 标准,U 或 V 分量的水平采样率是 Y 分量的 1/2, 描述每个像素平均需要 2 个字节对于模式 1, 总的数据量为 :320x240x2= 字节, 主机首先读得第一行的数据每行共 320 像素,640 字节, 在一行中数据输出的顺序为 :U0 Y0 V0 Y1,U1 Y2 V1 Y3 Un Y2n Vn Y2n+1 U159 Y318 V159 Y319, 如此类推对于模式 2, 总的数据量为 :640x240x2= 字节, 主机首先读得第一行的数据每行共 640 像素,1280 字节, 在一行中数据输出的顺序为 ( 注意与模式 1 不同 ):Y0 U0 Y1 V0,Y2 U1 Y3 V1 Y2n Un Y2n+1 Vn Y638 U319 Y639 V319, 如此类推关于怎样将 YUV 像素数据转换为计算机可识别的 BMP 图像文件, 请见数字视频基本知识探讨第 8 页共 9 页

10 6. 应用指南 6.1 评估板考虑到视频应用的复杂性, 为了帮助用户在 VC302 的基础上尽快地开发出自己的产品, 我公司提供了基于 89C52 单片机的评估板, 包括评估板电路原理图 PCB 图 51 单片机汇编源代码上位机程序 VB 源代码以作为硬件接口设计和软件编程的参考评估板实物如图所示评估板的总线接口直接连接到 VC302, 电源接口接 5V/400mA 电源, 串口连接到上位机的串口评估板通电后处于空闲状态, 当接收到上位机通过串口发来的命令后, 就操作 VC302 捕捉图像, 并将得到的图像通过串口传回给上位机评估板主频为 MHz, 串口波特率为 bps, 捕捉并传输一帧 320x240 彩色图像约需 15 秒时间详细的程序说明请参见单片机源代码上位机程序界面请见下图 6.2 使用注意事项在高速应用时, 为了减少信号在线路上的延迟, 应尽量缩短主机与 VC302 之间的连线长度请仔细地检查电源极性及电压, 如果电源极性接反或电压过高, 可能导致不可恢复的硬件损坏 VC302 有 3.3V 电源电压和 5V 电源电压两种版本, 如果订货时不特别申明, 则提供的是 5V 版本电话 :(027) 传真 :(027) 网址 : 电子邮件 :sale@wondur.com 第 9 页共 9 页

额定规格 / 性能单相标准认证 UL CSA. NO. EN-- 额定规格输入环境温度项目电压电平额定电压使用电压范围输入电流型号动作电压复位电压 - B ma 以下 DC~V DC.~V DC.V 以下 DC.V 以上 - BL ma 以下输出项目 * 根据环境温度的不同而不同详情请

额定规格 / 性能单相标准认证 UL CSA. NO. EN-- 额定规格输入环境温度项目电压电平额定电压使用电压范围输入电流型号动作电压复位电压 - B ma 以下 DC~V DC.~V DC.V 以下 DC.V 以上 - BL ma 以下输出项目 * 根据环境温度的不同而不同详情请加热器用固态继电器单相 CSM_-Single-phase_DS_C 带纤细型散热器的一体式小型 SSR 备有无过零触发型号, 用途广泛符合 RoHS 标准包含无过零触发型号, 产品线齐全输出回路的抗浪涌电压性能进一步提高根据本公司的试验条件小型纤细形状除了 DIN 导轨安装, 还可进行螺钉安装获取 UL CSA EN 标准 TÜV 认证请参见共通注意事项种类关于标准认证机型的最新信息,

1. 主要特性 2. 应用领域 3. 技术特点 4. 机械尺寸及引脚功能 5. 功能描述 5.1 视频输入接口 5.2 数据接口 5.3 寄存器 寄存器寻址 寄存器描述 5.4 中断信号 5.5 操作描述 初始化 单帧捕捉 连续捕捉 5.5

1. 主要特性 2. 应用领域 3. 技术特点 4. 机械尺寸及引脚功能 5. 功能描述 5.1 视频输入接口 5.2 数据接口 5.3 寄存器寄存器寻址寄存器描述 5.4 中断信号 5.5 操作描述初始化单帧捕捉连续捕捉 5.5