Задача

Разработка специализированного малогабаритного цифрового фотоаппарата на базе CMOS-матрицы, предназначенного для проведения быстрой фотосъемки в условиях нормальной освещенности.

Решение

Схемотехника

Устройство предполагается выполнить на двух печатных платах, используя двухъярусное соединение.

Нижняя плата – основная – на ней расположены основные компоненты обработки и формирователи питающих напряжений. Плата двухслойная. Монтаж платы выполняется на одной стороне.

Верхняя плата – съёмная – на ней устанавливается камера и цепи развязки.

В дальнейшем посредством установки другой платы можно будет изменять разрешение изображения. Такой подход позволит без полной переделки проекта при необходимости изменить тип матрицы. Предполагается использовать универсальный разъём (при подключении платы будет производиться автоконфигурация входных интерфейсов ПЛИС).

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС)

Это основной элемент системы (в корпусе VQ100). Он обеспечит гибкость конфигурации входных интерфейсов при использовании разных камер, а также высокую скорость обработки и записи данных в память.

Предварительно выбрана микросхема XC3S200. В последствии она может быть заменена на более дешевую микросхему XC3S50 с меньшим количеством элементов.

В качестве внешней памяти специализированного цифрового фотоаппарата предполагается использовать одну или две микросхемы AT45DB642D. Основные причины использования данного типа микросхем:

• Исполнение в малом корпусе 28 TSOP
• Способность работать в параллельном режиме (ширина — 8 бит, при использовании двух микросхем ширина составляет 16 бит)
• При тактовой частоте 50 МГц скорость записи одной микросхемы составляет 50 Мбайт/с, и 100 Мбайт/с — при использовании двух микросхем соответственно

Модули ПЛИС

В ПЛИС реализуются следующие модули:

1. Модуль синхронизации видеоданных формирует основные управляющие сигналы и тактовые частоты для камеры и внутренних цепей.
2. Входной буфер видеоданных. Выполняется в виде FIFO. Предназначен для промежуточного хранения данных при выравнивание скоростей передачи.
3. Контроллер шины I2C. Предназначен для формирования сигналов цепей управления для внешней камеры.
4. Софт-процессор. Предназначен для управления и установки режимов работы.
5. Мультиплексор данных. Выполняет роль коммутации данных в направлении записи или считывания внешней памяти.
6. Контроллер FLASH. Предназначен для формирования управляющих сигналов для внешней FLASH.
7. Контроллер UART. Предназначен для выгрузки данных и приёма команд от пользователя. Выбор объясняется простотой реализации данного контроллера и минимальными требованиями к ресурсу ПЛИС, что позволяет получить дешевое решение.

Рисунок 1. Структурная схема специализированного цифрового фотоаппарата