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ET21X110A影像传感器的原理与应用[录入:tai-yan|

时间:2007-07-2019:10:35|作者:|来源:采集所得|浏览:4次]广告位招商QQ：407968286上海电子元器件专业供应商：电话话q:394985214联系人：顾先生/谭小姐广告位招商QQ：407968286

摘要：介绍台湾义统（Etoms）电子有限公司设计生产的CMOS影像传感器ET21X110A芯片的特点、结构、原理以及应用。

关键词：CMOS影像传感器ET21X110A等效亮点由台湾义统电子有限公司设计的ET21X110A是一款内含CMOS影响传感阵列、信号处理电路和8位微控制器的集成传感芯片；具有集成度高、价格低、功耗低和体积小的优点；可广泛应用于各种低分辨率图像信号采集、移动目标侦查和字图辨认等应用系统中。

图1

1ET21X110A影像传感器的工作模式ET21X110A影像传感器有两种工作模式：行扫描成像输出模式（ROWData）和等效亮点输出模式（XYCoordinate）。改变芯片引脚的连接可以选择共工作模式。1．1行扫描成像模式传感器输出低分辨率图像信号，最高灰度为64级，1帧图像扫描时间为3.5～4ms(外接3.58MHz晶振)。传感器以帧为单位，按从右到左、从上到下的次序不断输出每个感光元的灰度信号。通过改变芯片外部有关引脚的连接方式可以选择：*图像像素——32×3232、24×24、20×20、16×16；

*感光时间——15～255个感光时间单元；*影像信号输出方式——并行输出、串行输出（RS232标准）；*背景消噪——可以抵消CMOS器件本身的噪声对成像的影响。1．2等效亮点输出模式传感器按一定的算法对采集到的1帧图像信号全部进行计算。计算结果是得到一组可以表征该帧图像特征的数据（称为等效亮点）。传感器输出该点的数据，即等效亮点的坐标（X、Y）和亮度（Z）。通过改变芯片外部有关引脚的连接方式可以选择：*图像像素——32×32、16×16；*等效亮点信号输出方式——串行输出（RS232标准）；*背景消噪——可以抵消CMOS器件本身的噪声对测量的影响。

2结构和原理2.1结构ET21X110A芯片采用32引脚的PLCC封装，外形如图1（a）所示。使用芯片时，须将微型光学镜头安插在芯片顶部的矩形凹槽中。ET21X110A芯片由CMOS传感阵列、模拟信号放大与处理模块、A/D转换模块、状态控制模块和算法模块五部分构成，如图2所示。CMOS传感阵列感光后，每个感光单元中的CMOS晶体管会发生电荷变化，形成一个模拟电压。该模拟电压经过放大以后，由A/D转换模块转换成数字信号。芯片内置的微控制器按照外接引脚电平的选择，确定芯片的工作模式、参数设置、输出方式、系统复位、图像信号处理、算法处理以及RS232串行协议处理等。芯片主要引脚的功能说明如表1所列。

表1ET21X110A主要引脚的功能说明名

称功

能类

型EO（7：4）感光时间选择输入M1，M0图像像素选择输入RESET系统复位输入BS工作模式选择输入BG背景消噪功能选择输入XLT_IN系统时钟系统LED_EN二次感光源LED控制输出FS帧指示信号系统STRA/D转换指示信号系统D(7:2)并行输出数据信号输出RS232串行输出数据信号输出2．2模式选择与设置模式选择与设置如表2、3、4所列。

表2工作模式和数据输出方式选择BS工作模式数据输出方式BS=0行扫描成像模式同时有串行（RS232）、并行BS=1等效亮点模式只有串行（RS232）表3图像像素选择图像像素M1,M0行成像模式等效亮点模式32×32M1=0，M0=0M1=024×24M1=0，M0=120×20M1=1，M0=116×16M1=1，M0=1M1=1表4感光时间选择EO7～EO4感光时间1111255个感光单元1000143个感光单元000131个感光单元000015个感光单元当背景消噪的选择是：当BG=0时，要背景消噪；当BG=1时，不要背景消噪。

图4

2．3行数据ET21X110A以帧为单位输出影像数据，又称行数据。行数据表示每个像素的灰度值，数值范围为0～63。每一帧图像由33×32个像素数据组成，如图3所示。在每一帧图像的行开始处都添加了一个哑元（dummy）像素。哑元像素不是真实的感光元，所以每帧图像实际有效像数据为32×32个。2．4影像传感器工作时序ET21X110A影像传感器的工作时序如图4所示。图中时序源是时钟信号SCLK，经芯片内置电路分频后产生有确定对应关系的帧指示信号FS和模数转换指示信号STR。由芯片内置电路产生的信号还有模数转换开始信号ADSTART和模数转换结束信号ADEND。当FS为低电平时，影像传感器处于感光期；当FS为高电平时，感光期结束，进入采样和模数转换期。当STR由高电平变为低电平时，采样开始；当STR由低电平变为高电平时，采样结束，模数转换开始。整个模数转换过程需要10个时钟周期。当ADSTART变为高电平后10个SCLK周期，会产生一个ADEND信号，表明模数转换已结束。这时数据通过D2～D7输出。

2.5图像输出方式芯片工作时，同时有并行和串行输出。选择并行输出时，传感器从引脚D2～D7输出行数据。用户在接收并行数据时需要注意两个问题：一是要通过帧指示信号FS确认系统不是工作在感光期，以保证数据的有效性；二是要通过模数转换结束信号ADEND，找出行数据的起始单元。如果这两个问题都已解决，那么通过引脚D2～D7连续接收32×32个数据（选择最大像素时），用这些数据就可以构成1帧32×32个像素、具有64级灰度的图像了。选择串行输出时，传感器从引脚RS232输出串行数据，传输的波特率为115.2kbps。串行数据的第一、二个信号为帧同步信号。芯片首先发送FFH和00H，然后再发送其余的数据，用户可以通过这两个信号找出行数据的起始单元。串行数据的构成如图5所示，其中每个字节包含两个像素的灰度数据，所以发送1帧图像只需要512个数据就够了，按照RS232协议，每一个串行字节包含1个起始位，8位数据位和2个停止位。串行输出的数据只能构成32×32个像素或16×16个像素，具有16级灰度的图像。

图6

2．6等效亮点输出当芯片工作于等效亮点输出模式时输出的是等效亮点的坐标（X、Y）和等效亮度（Z）。当成像目标移动时，等效亮点的坐标也会跟着变化。由于等效亮度与成像目标的距离有一定的对应关系，Z可以用来表征镜头到成像目标的距离，所以，这一模式可用于测距和移动侦查。等效亮点输出只有串行方式，传输的波特率为19.2kbps，其RS232串行传输的数据格式如图6所示。每一次连续输出3个字节。每个字节的低5位为数据，高3位为标志位。当高3位为（0，0，1）时，表示X；当高3位为（0，0，0）时，表示Y；当高3位为（0，1，0）时，表示Z。2．7背景消噪功能对影像目标进行二次感光，其中有一次是添加红外光时的感光，将二次感光所得到的图像信号相减，可以抵消CMOS器件本身的噪声。无论对成像或是等效亮点模式都可以通过改变引脚选择使用。当需要二次感光时，芯片输出引脚LED_EN输出低电平，可使用该信号去控制点亮红外LED二极管的驱动电路，传感器芯片会自动对二次感光的信号进行处理，达到消除背景噪声的目的。

图7

3应用实例3.1字图阅读器字图阅读器用于近距离阅读字符或图像，通过RS232串行接口可直接将所得到的低分辨率图像送到计算机中成像和处理。字图阅读器的电路原理如图7所示。电路由两块芯片组成：主芯片为ET21X110A，引脚设置如表5所示；另一块芯片为MAX232A，用于将主芯片的输出信号转换成标准的RS232电平，以保证串行通信的正常进行。

表5字图阅读器主芯片的引脚设置引

脚值说

明BS1行扫描成像模式M1，M00032×32BG1无背景消噪EO7～EO41111感光255单位注意电路中必须使用3.58MHz的外接晶振，才能保证系统串行通信的波特率为115.2kbps。此外，由于光线过亮时才会引起CMOS感光元饱和，光线过暗又会引起感光不足，所以在阅读字图时要满足适当的光照条件。当芯片电源接通以后，在PC机端就可以接收到芯片传送过来的图像数据。使用VB编程时，一种较简单的方法就是用VB中的MSCOMM控件。在设计程序时要注意，控件的属性设置一定要与串行通信传输速率、数据位、停止位的格式相匹配。由于每一帧图像数据传输前，芯片都会先发送两个字节的帧同步信号FFH和00H，因此可以用这一特点来检测1帧图像的起始点。

3．2视觉跟踪演示视觉跟踪用于目标跟踪演示。当目标物体移动时，在PC机屏幕上会有相应的反映。为形象生动起见，用一对模拟的眼球表示这种相应关系。演示时镜头对准人的手掌，当手掌移动时，眼球中的黑点会跟踪移动，就像人眼跟踪移动物体一样。视觉跟踪演示的电路原理图与字图阅读器的电原理图大致相似，只有部分引脚设置不同，如表6所列。

表6视觉跟踪演示主芯片的引脚设置引

脚值说

明BS0等效亮点模式M1032×32BG1无背景消噪EO7～EO41111感光255单位在PC机端设计程序时，同样可以用VB中的MSCOMM控件来接收数据。由于芯片在等效亮点模式下工作，要注意控件的属性设置与字图阅读器中的有所区别，主要是传输的波特率不同。另外，数据格式也不一样。视觉跟踪演示只需要用到X坐标和Y坐标即可。当人的手掌在镜头前移动时，眼球中