《摘要：本文介绍了一种基于DSP技术的二维条》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摘要：本文介绍了一种基于DSP技术的二维条（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四届 MOTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 1 页 共 11 页第四届 MOTOROLA 杯嵌入式处理器 (MCU/DSP)设计应用大奖赛作品名称：基于 DSP 技术的手持式二维条码扫描器姓名：陈亚杰（中文） Chen Yajie（英文） 比赛编号： B10731 职业：学生通讯地址：广东省深圳市深圳大学朱槿斋609室 邮编：518060 电话：0755-26537253电子邮箱：单位：深圳大学信息工程学院电话：0755-26536145 传真：0755-26536198日期：2002 年 9 月第四届 MOTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计
2、应用大奖赛第 2 页 共 11 页内 容 目 录1. 引 言2二维条码 PDF417 编码原理3二维条码扫描器应用范围4系统概述4.1 特 性4.2 系统综述4.3 Motorola DSP56F826 简介5. 系统硬件5.1 条码图象采集电路5.2 DSP 主控电路5.3 存储器扩展电路5.4 输出接口电路5.5 复位与时钟电路5.6 电源控制电路5.7 照明控制电路6系统软件6.1 软件原理描述6.2 软件模块结构说明6.2.1 降噪处理6.2.2 图象校正6.2.3 图象二值化6.2.4 检测起始符与码字分割6.2.5 码字识别与信号纠错6.2.6 数据输出7结 语附图(1)第四届 M
3、OTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 3 页 共 11 页基于 DSP 技术的手持式二维条码扫描器陈亚杰 王建华 纪震深圳大学信息工程学院 深圳（518060）摘要：本文介绍了一种基于 DSP 技术的二维条码扫描器。该扫描器以 MOTOROLA 的DSP56F826 为核心，采用 CMOS 图象传感器以逐行扫描方式采集条码数据，并利用高速存储器扩展芯片，配合先进的译码算法，实现了高效准确的实时处理。文中阐明了系统工作原理、功能以及软硬件实现方法。同时，简述了 PDF417 码的编码原理及二维条码系统的发展前景。关键词：二维条码 PDF417 DSP RS 码 CM
4、OS 1引 言目前，在市场上通常使用的条形码是一维条形码，它含有的信息量很小，一般需要后台数据库支持。二维条形码则有很大的数据容量，在一定情况下不需要后台数据库的支持，并且可以形成便携式数据文件进行离线传输，它的纠错能力极强，文件的局部破损、污染不会影响数据的准确读出。二维条码可对字符、汉字、图像、签字等进行编码，应用范围十分广阔。现在应用最为广泛的二维条码是 PDF417 码，它由美国 SYMBOL 公司发明。PDF（Portable Data File）意思是“便携数据文件” ，组成条码的每一个条码字符由 4 个条和 4 个空共 17 个模块构成，故称为 PDF417 条码。它的最大优势在
5、于其庞大的数据容量和极强的纠错能力。一个 PDF417 条码最多可容纳 1850 个字符或 1108 个字节的二进制数据，如果只表示数字则可容纳 2710 个数字。PDF417 的纠错能力分为 9 级，级别越高，纠错能力越强。由于这种纠错功能，使得污损的 417 条码也可以正确读出。PDF417 条码需要有 417 解码功能的条码阅读器才能识别。可是，目前国内的二维条码市场存在很大的空缺，研制一套完整高效的二维条码识别系统将会有很广阔的前景，故本课题组将对此项技术进行硬件开发和实现：实现手持式二维条码扫描器。我们选择 CMOS 数字成像芯片采集二维条码数据，并利用 DSP 芯片进行数据的译码识
6、别，最终将数据通过 RS-232 接口传送至 PC 机进行显示处理，完成对二维条码所包含的信息的获取。以长远的发展眼光来看，我国乃至全球都在大力推行二维条码技术，我国已经制定了PDF417 码的国家标准 GB/T 17172 - 1997。随着二维条码技术的普及，二维条码识别系统的需求量将不断上升。目前，一台普通的一维条码识别机的价格在 500 元人民币上下，本课题组高效地利用芯片资源，选择价格适当的芯片，使手持识别机的价格不超过 1000 元人民币。由此看来，本系统实行产业化，将会有很好的经济效益和广阔的市场前景。2二维条码 PDF417 编码原理PDF417 条码是一种线性堆叠式二维码，它
7、是在一维条码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而形成的。PDF417 条码有三种数据压缩模式：文本压缩模式(TC)、字节压缩模式(BC)、数字压缩模式(NC)。通过应用模式锁定/转移码字，可在一个 417 条码符号第四届 MOTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 4 页 共 11 页中应用多种模式表示数据。PDF417 符号字符集由三个簇构成，每一簇包括以不同的条、空形式表示的所有 929 个四一七条码码字。在每一簇中，每一符号字符对应唯一的码字，其范围为 0928。对于给定的数据码字，错误纠正码字根据 Reed-Solomon 错误控制码算法计算。对于给定的
8、数据流，默认当前压缩模式为 TC 模式，并设定一个指向数据流起始位置的指针 P，从 P 开始计算连续数字位的数目 N，若 N13，则锁定为 NC 模式；若N13，则从 P 开始向右计算数据流中 TC 模式字符序列的长度 T，直到遇到非 TC 模式字符，若 T5，则锁定为 TC 模式，若 T5，则锁定为 BC 模式，这样就可求得字符序列值。然后选定纠错等级进行纠错码字的计算，把字符序列值和纠错码字合在一起即为该数据流的 PDF417 编码。如图（1）所示，这是一幅二维条码图象，它包含了本文摘要中的所有内容。图(1) PDF417 条码3二维条码扫描器应用范围该扫描器操作简单、使用方便。使用时，扫
9、描器与计算机连接，用户手持扫描器，扫过印有二维条码的标签，计算机就能立即显示出该条码内所包含的各种信息。如果构建多用户系统或网络系统，则需在微型机上挂接数台终端或建立文件服务器和工作站。该扫描器适用于对各种证件、票证、票据、电子商务、报表、档案、报关单等加密二维条码信息的判别识读，尤其是在国防、交通运输、海关、邮政、工业、商业、公共安全、医疗保险及政府管理等领域应用十分广泛。4系统概述4.1 特 性a以 MOTOROLA 公司生产的 DSP56F826 芯片为核心控制模块。b. 使用 CMOS 数字图像传感芯片，图像采集分辨率可达 640480 像素。当需要进行高分辨率的图象采集时，我们将改用
10、 10241024 像素的芯片(成本将随之增加)。c译码可靠性高。目前得到的误码率不超过 6 万分之一，并且还在不断改进，期望误码率不超过 2000 万分之一。d. 采用 RS-232 通讯接口，将获取的二维条码信息实时上传给计算机显示处理。 e. 纠错等级达到 8 级，纠错能力强。f. 与国内外同类产品相比，价格合理，性能价格比高，每一台手持扫描器价格低于 1000元人民币。4.2 系统综述 二维条码扫描器系统原理框图如图(2)所示。CMOS 图像传感芯片为光电转换元件，用与采集二维条码图像，直接输出为数字信号。由外部扩展 SRAM 存储该数据，再送到 DSP，第四届 MOTOROLA 杯
11、嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 5 页 共 11 页进行图像处理、码字分割、码字识别、信号纠错等，当一组二维条码信息的识别完成以后，服务程序控制 I/O 接口给出中断申请信号，DSP 响应此中断申请，进入中断服务程序。译码后的二维条码数据从 I/O 口经 SCI RS-232 传送至计算机，并在屏幕上显示。软件程序和PDF417 码本都储存在 DSP 芯片中的 FLASH 内，而动态采集到的二维条码图象数据则储存在SRAM 内。图像传感驱动Cameral Lens图(2) 二维条码扫描器原理图4.3 Motorola DSP56F826 简介 该型号 DSP 芯片拥有强大的内置
12、功能，满足对条码图像数据进行实时处理的要求，故选其作为扫描器系统的处理核心。a采用高效的 16-bit DSP56800 内核，每秒种可处理 4 千万条指令，共有 3 条内部地址总线、1 条外部地址总线、4 条内部数据总线、1 条外部数据总线。b内置 31.5K 字的 Program Flash，2K 字的 Data Flash，512 字的 Program RAM，4K字的 Data RAM，2K 字的 Boot Flash。用来存储采集到的条码数据、程序及二维条码码本。c片外可扩展到 64K 字的数据存储和 64K 字的程序存储。需要扩展 128K 字的 SRAM。d2 个串行通讯口(SC
13、I0 和 SCI1)，共提供 4 条管脚,可以方便地与计算机进行数据传输。CMOS 图像传感芯片接口电路DSP56F826照明控制SRAM电 源第四届 MOTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 6 页 共 11 页e内置 COP 模块，方便完成 watchdog 功能。f指令系统支持 C/C+编译，更方便调试，可以编写功能更强大、更优化的程序。5. 系统硬件系统硬件电路主要包括以下七个部分：条码图象采集电路、DSP 主控电路、存储器扩展电路、输出接口电路、复位与时钟电路、电源控制电路、照明控制电路。5.1 条码图象采集电路该电路采用 OmniVision 公司生产的
14、 OV7120 黑白图像传感芯片为核心，该芯片分辨率达到 640480 像素，成像速度为 30 帧/秒，采取逐行扫描方式，输出为数字信号。且功耗低，价格便宜，虽然 CCD 芯片在信噪比、灵敏度、成像质量等方面优于 CMOS 芯片，但在本系统设计中，采用 CMOS 芯片较为合适。工作原理如图（2）所示，Y0-Y7 为总线数字输出，HREF 为水平参考信号，即行扫描信号；VSYN 为垂直同步信号，即场同步信号。PCLK 为像素时钟输出。该电路使用 5V 直流电，由电源控制电路提供。虽然该芯片使用 5V 工作电压，但它提供 3.3V 的 I/O 口，所以它可以与 I/O 电压为 3.3V 的 DSP
15、 直接相连接，不需要电平转换。当 DSP 接收到 VSYN 信号时，表示芯片开始采集第一帧条码图像数据，随后接收到HREF 信号，芯片开始进行第一行的数据采集，每来一个 PCLK 信号，芯片就采集一个像素点的信号，当 DSP 接收到下一个 HREF 信号，芯片就进行第二行的数据采集，直到采集完 640 行的数据，芯片停止采集。当 DSP 收到下一个 VSYN 信号时，表示芯片采集下一帧的数据。VSYNHREFPCLKInitial SignalSerial Camera Control BusADDRESSDATA (Y0-Y7) DATA 图(2) 条码图象采集电路工作原理图5.2 DSP
16、主控电路如附图（1）所示，该电路以 MOTOROLA 公司生产的 DSP56F826 为核心。当OV7120 DSP56F826SRAM第四届 MOTOROLA 杯 嵌入式处理器(MCU/DSP)设计应用大奖赛第 7 页 共 11 页OV7120 图像传感芯片准备采集条码图像数据时，DSP 发出一个初始信号，控制 SRAM 重新分配地址块，同时图像传感芯片开始采集条码图象数据。采集完数据并送到 SRAM 中储存后，DSP 开始调用处理程序对数据进行译码，译码完成后，通过 SCI RS-232 将数据传输到计算机。5.3 存储器扩展电路由于 DSP56F826 片内提供的 RAM 只有 4.5K 字，而 RAM 中需存放大量动态采集到的条码图象数据，从条码采集电路传送过来的数据按如下计算：我们采用 4-bit 量化， 640480
