實(shí)例分析ARM7 PWM定時(shí)器的圖像傳感器時(shí)序信號(hào)

圖像傳感器的正常工作必須由外部提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)和工作電壓。這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形、相位、前后沿時(shí)間、高低電平等對(duì)圖像傳感器器件工作的好壞影響很大，因此，在設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)格按要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)［1］。
　　驅(qū)動(dòng)電路是為圖像傳感器讀出電路提供所必需的各個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，以便使其掃描電路以及信號(hào)處理、輸出電路能正常工作，輸出相應(yīng)的視頻信號(hào)［2］。對(duì)于CMOS圖像傳感器，根據(jù)像元排列形狀的不同，可以把它分為線列陣、面列陣以及特殊列陣（如環(huán)行列陣等）。應(yīng)用較多又最常見的是線列陣和面列陣。
　　1 線陣型驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序的要求
　　多個(gè)形狀和大小完全相同的光電二極管在硅片上等間距地排成一條直線，即叫“線列陣”，只需要對(duì)水平移位寄存器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)比較簡(jiǎn)單。線陣型驅(qū)動(dòng)和控制移位寄存器的波形要求如圖1所示［3］。圖中，CP是傳感器的時(shí)鐘信號(hào)，通過對(duì)晶振的輸入時(shí)鐘分頻得到，作為傳感器的工作頻率。S信號(hào)是傳感器掃描起始信號(hào)，由它確定視頻輸出電壓的起始時(shí)間。兩個(gè)？準(zhǔn)信號(hào)是作為掃描電路即移位寄存器的動(dòng)態(tài)電源，從而達(dá)到對(duì)每個(gè)像元的采集，且兩個(gè)Φ信號(hào)可以為互補(bǔ)的時(shí)鐘，也可以不是。Vout［3］是視頻信號(hào)，是傳感器在S脈沖同步下，將入射到其光敏面上的按空間分布的光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換成按時(shí)序串行輸出的電信號(hào)。
　　
　　線陣型圖像傳感器在這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，就可以輸出串行的視頻信號(hào)。這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系對(duì)圖像傳感器工作時(shí)序至關(guān)重要。
　　2 ARM7微處理器及PWM定時(shí)器
　　由于嵌入式系統(tǒng)對(duì)CPU的性能要求越來越高，如核心頻率、尋址能力、指令系統(tǒng)、功耗散熱等，以ARM為體系的RISC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。
　　2.1 ARM7系列微處理器
　　ARM系列處理器是由英國ARM公司設(shè)計(jì)制造的嵌入式處理器，其已成為現(xiàn)今世界上最流行的嵌入式處理器，主要包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E等系列。
　　ARM7系列微處理器為低功耗的32 bit RISC處理器，最適合于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用，主要應(yīng)用在工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多媒體和嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合。
　　2.2 S3C44B0X及其PWM定時(shí)器
　　ARM7系列微處理器包括四種類型的內(nèi)核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ-S。ARM7TDMI是目前使用最廣泛的32 bit嵌入式RISC處理器，是ARM公司最早為業(yè)界普遍認(rèn)可且贏得了最為廣泛的應(yīng)用的處理器核。S3C44B0X即是基于ARM7TDMI的體系結(jié)構(gòu)。
　　脈沖寬度調(diào)制技術(shù)PWM，通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值），被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中［4］。
　　PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測(cè)量、通信、功率控制與變換等許多領(lǐng)域中。
　　PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。
　　S3C44B0X內(nèi)部集成了PWM（脈寬可調(diào)制）定時(shí)器，其內(nèi)部框圖如圖2所示，具有以下特點(diǎn)［5］：
　?。?）5個(gè)16 bit帶PWM的定時(shí)器（Timer），1個(gè)16 bit基于DMA或基于中斷的內(nèi)部定時(shí)器。
　?。?）3個(gè)8 bit預(yù)計(jì)數(shù)器，2個(gè)5 bit分頻器，1個(gè)4 bit分頻器。
　?。?）可編程的工作周期、頻率和極性。
　　（4）死區(qū)（Dead-zone）產(chǎn)生器。
　?。?）支持外部時(shí)鐘源。