嵌入式系统/ARM技术中的基于I2C总线的CMOS图像传感器接口电路设计

基于I2C总线的CMOS图像传感器接口电路设计 黄全平， 周荣政， 席占国， 张原， 洪志良 ( 上海复旦大学微电子系，上海 200433) 摘要：详细阐述了一种用于百万像素数码相机的CMOS图像传感器接口电路设计及其 VLSI 实现：文章按照数码相机的功能要求进行整体设计，由上而下讨论了各个子模块的设计，并给出了电路的 FPGA 验证： 嵌入式系统和ARM技术是现代电子设备中的核心技术，尤其在图像处理领域有着广泛应用。本文主要探讨了在嵌入式系统中，利用ARM技术设计基于I2C总线的CMOS图像传感器接口电路，这对于构建高效、低功耗的数码相机系统至关重要。 CMOS图像传感器因其高集成度、低功耗和成本效益而逐渐取代了传统的CCD图像传感器，特别是在中低端数码相机市场。然而，为了实现CMOS图像传感器的高效控制和数据传输，设计一个合适的接口电路成为关键。文中提到的I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种简单而实用的两线式串行接口，它允许多个设备共享同一条数据线进行通信，非常适合于资源有限的嵌入式系统。 设计中，作者采用I2C总线的子集作为CMOS图像传感器的控制接口，这使得用户可以通过编程轻松控制传感器的各种参数。I2C总线由SDA（数据线）和SCL（时钟线）组成，遵循特定的通信协议，包括开始和结束信号、应答信号以及数据传输规则。通过这种方式，主设备（如MCU）可以有效地与从设备（CMOS图像传感器）进行数据交换。 文章详细描述了一个CMOS图像传感器接口的顶层设计，它包含三个主要模块：主I2C总线接口模块、寄存器文件接口和可编程降采样模块。主I2C总线接口模块负责与传感器进行通信，寄存器文件接口则用于存储和设置传感器的工作参数，可编程降采样模块则根据需求调整图像的输出分辨率，以适应不同的应用需求，例如取景和拍照模式。 在取景模式下，接口电路可以进行可编程的降采样处理，以提高处理速度并降低系统负载。同时，该接口还支持多种规格的液晶显示器，以实现流畅的图像显示。接口电路与MCU的交互也是通过一系列的控制信号进行，包括地址总线、数据总线、写使能、读使能、操作选中信号和中断信号，确保了整个系统的协调运行。 基于I2C总线的CMOS图像传感器接口电路设计是嵌入式系统中一项重要的技术实践，它有效地解决了图像传感器与系统之间的通信问题，优化了资源利用，提高了系统的灵活性和效率。这一设计对于推动数码相机和其他图像处理设备的发展具有重要意义。