摘 要 介绍cmos型数字图像传感器pb—0300的性能特点、功能设置、与mcs—51系列单片机的接口 电路及编程技术。

关键词 i2 c总线 数字图像 传感器

1 功能描述

1.1 性能特点 pb-0300系列cmos型有源像素数字图像传感器，内置模数转换、8位并行数据输出、64个内部寄存器，采用i2c总线控制，可编程控制；可以在彩色和黑白两种模式下工作。当外接24mhz时钟晶振时，可以获得30帧／s的图像输出。在上电期间，自动调入缺省参数设置，包括自动曝光功能，所以可以在不编程情况下使用传感器。主要性能指标如表1。

1.2 内部结构

pb-0300由五大音口分组成：数字逻辑模块、像素阵列、列平行的增益电路和读出电路、8位adc、偏置dacs，如图1所示。 主要引脚功能如表2。 pb-0300有三种分开的供电电源：数字电源、模拟电源和传感器阵列电源。使用时要特别注意各电源间的相互影响。

2 图像输出格式与时序

pb-0300控制像素数据输出的信号有：帧有效(frame-valid)信号、行有效(line-valid)信号、像素时钟(pixclk)信号。frame-valid信号控制一帧有效图像的输出，高电平有效；line-valid信号控制每行有效信号的输出，高电平有效；pixclk信号控制每个像素的输出,当frame-valid和line-valid均为高电平时，每个像素时钟周期输出一个8位像素信号；并行的dout0~dout7是像素数据的8位输出，它们始终时钟同步。在pixclk处于下降沿时，数据输出和line-valid都不能改变。在默认的vga(640x 480)下，当每行640个有效像素信号输出之后，line-valid变为低电平，pb—0300按一定编码方式向外输出982个无效信号，然后再输出像素信号。当480行有效像素和无效信号完全输出之后，传感器再输出9行空白信号。这期间frame-valid为低电平，标志着当前帧的结束和下一帧的开始；同时，读入寄存器的最新值，通过对寄存器编程而改变的图像参数在下一帧生效。信号输出时序如图2所示。

3 寄存器设置

pb-0300共有64个寄存器(r0-r63)，地址依次为00h-3fh，在缺省情况下有自动曝光功能；可以改变输出图像的大小、位置和速度；通过调节像素累积时间、adc参考和增益值可以控制采集到的图像亮度。下面介绍几个主要寄存器的功能。 ◇ 复位控制寄存器 (r13) r13能够使pb-0300复位到上电后的缺省状态。首先向r13的最低位写入“1”，使pb-0300处于复位状态，然后再写入“0”继续工作。 ◇ 窗口位置与大小控制寄存器(r1，r2，r3，r4) 控制采集图像窗口的位置与大小。只有在此窗口内的像素才能有效地读出。窗口的像素个数最大值为640 x 480。r1为行起始坐标，r2为列起始坐标，(1024—r3)为有效行数，(1024—r4)为有效列数；窗口大小的默认值为vga (640 x 480)，右上角坐标为(0，0)，左下角坐标为(639，479)。 ◇ 像素累积控制寄存器(r8，r9) 控制像素的采光时间，r8为累积帧数，r9为累积行数，实际总的累积时间，即实际处理完一幅图像的时间为：tint=[(r8 x(1024-r3)+r9]x trow′其中，trow为处理完一行有效像素所用的时间。一般的r8设置为0，r9的最大值为有效图像窗口的行数。tint的值应该能够保证避免由于光闪烁使图像产生条纹。在60hz光闪烁频率下，tint必须为1／120s的整数倍；50hz频率下，tint必须为1／100的整数倍。 ◇ 帧速率控制寄存器(r5，r6,r10) 控制每行和每帧有效像素信号之间的无效信号时间。当其它图像参数改变时，通过改变帧速率控制寄存器的值来调节帧速率。若通过r4减小有效像素列数后，处理一行有效像素的时间将变短，帧速率将增加。这时可以调节r5的值来增加每行无效信号的输出数量和时间，从而使帧速率保持不变；同理，若改变有效像素行数时，调节r6来保持帧速率。r10是通过控制pixclk的输出来改变像素输出时间的。 ◇ 增益设置寄存器(r43，r44，r45,r46,r53) 设置输出像素的各种颜色的增益值。像素信号在模数转换前经过增益放大电路，分别对各种颜色进行处理，r43、r46分别对应蓝色和红色，r44、r45都对应绿色，r53是全局设置。一般的照明情况下(100～10001x)，增益值为1～8，编程的值是多少，对应的增益值就是多少。从r53可以读出自动曝光模式下的增益值。 ◇ 模数转换参考(adc)控制寄存器(r25) 通过改变模数转换参考值，改变图像的数字输出，从而调节图像亮度。当图像亮度大时，增加adc值，得到的图像将变暗；当图像较暗时，减小adc值，得到的图像将变亮。在非自动曝光模式下，r25控制adc的最大参考值(最小参考值为0)，其典型值在24～38之间。在自动曝光模式下，adc参考值不能改变。 ◇ 信号漂移值设置寄存器(r32) 设置信号漂移值，调节图像的亮度，可以设置正负两种值。当图像太暗时，给r32加一个正值，像素信号变大，使得图像变亮；当图像太亮时，给r