基于FPGA的纸币数据采集系统

周莹

摘 要 要达到高质量的防伪水平，必须保证采集到高质量的纸币数据。本文根据系统所需性能要求，分析了各个模块器件性能，对器件做出了合理的选型。图像采集模块是验钞机系统的基础，只有采集到准确、高质量的纸币数据，才能保证后期的图像处理更加完美。本文重点讨论了基于CIS的纸币图像采集原理，阐述了纸币采集过程的基本概念及流程。本系统采用FPGA作为协处理器，完成CIS、A/D、光源选择驱动、SDRAM、SRAM、USB各个功能模块的控制，实现了完整纸币的数据存储。FPGA与DSP共用两片SDRAM，当其中一片SDRAM存储完成一张完整纸币数据时，FPGA转向对另一片SDRAM进行存储，并将其控制权转交给DSP以进行后期图像处理工作，依次循环操作，充分体现系统高速性。

关键词 FPGA 纸币数据 采集系统

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A

1概述

随着当今科学技术的迅猛发展，数字图像处理技术正在各个行业得到广泛的应用，而FPGA技术的不断成熟改变了通常采用并行计算机或数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）等作为嵌入式处理器的惯例。可编程逻辑器件（FPGA）凭借其较低的开发成本、较高的并行处理速度、较大的灵活性及其较短的开发周期等特点，在图像处理系统中有独特的优势。

2系统设计模块

本文基于某型号点钞机作为实验平台，提出了一种基于FPGA的图像采集处理及DSP的圖像识别处理系统方案。作为协处理器的FPGA主要负责图像采集与存储、模块通信、模块控制等工作。具体是将CIS传感器采集到的纸币图像数据通过AD模数转换，最后将一张完整纸币数据存储到SDRAM中，便于后期DSP进行图像处理以及利用USB将数据传输至PC上位机显示，用于验证采集数据的正确性。

2.1 CIS图像传感器模块

通过分析传感器芯片资料中CIS的工作时序，进行CIS传感器驱动电路的设计，传感器光信号一旦检测到纸币的到来，FPGA便启动SI信号，从SI信号上升沿出现后的第64个时钟周期起，在每个时钟的上升沿依次产生像素值并采集一行数据，直到行启动脉冲再一次启动时，下一行的采集重新开始。

2.2 A/D转换模块

CIS传感器输出是模拟信号，而交给处理器处理的必须是数字信号，对信号进行模数转换便是必须的工作，模数转换器便是模拟信号和数字信号之间沟通的桥梁，其主要工作就是将CIS输出的模拟信号转化为指定精度的数字信号并传输给处理器。

2.3 FPGA控制模块

FPGA负责提供时钟分配信号、CIS控制信号、光源选择器SCT2007的驱动信号、A/D转换器的控制信号、SDRAM读写控制信号、SRAM缓存控制、USB数据传输控制、串口接口控制等。

3纸币采集系统实现

数据在开始采集前需要63个时钟周期的准备时间，代码的仿真波形如图1，图中cis_cnt计数用来控制SI信号之后的第64个时钟周期开始数据的采集。

当64个时钟周期等待完成，便开始三通道数据采集，采集数据的仿真波形图如图2：

其中cis_8m为时钟生成模块产生的8M CIS采集频率，cis_si为行启动信号，当CIS的启动信号start有效时，SI脉冲出现，保持一个时钟周期，直到下一行数据出现前63个周期SI脉冲再次出现。SI 出现后的29个时钟周期，led_en信号有效，在led_en有效之后的34个周期，对要采集的数据来说，是在SI有效后的第64个周期，三通道数据才开始采集。如图所示buf1/2/3datain[15：0]三个信号分别为432、432、576个数据的并行采集。其中cis_cnt为中间信号，用于计数控制时钟周期个数，从而控制clrcnt、led_en脉冲的形成。led_en信号在第576个数据采集完成后被拉低，等待下一行数据采集前的34个周期，再被拉高，如此循环从而控制采集的数据在光源使能有效的情况下完成。

4总结

结合各方面综合考虑，本课题运用FPGA反应时间在ns级的纯逻辑控制方式，选择采用FPGA控制、采集数据，DSP进行图像处理的架构，完成点钞机系统的硬件平台设计和软件实现。通过系统软件完成纸币的数据采集、A/D转换、纸币数据的缓存、片外sdram存储器控制、数据传输、时钟生成等各种功能。

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