本论文是国家自然科学基金项目《基于深亚微米工艺、大动态范围、千万像素CMOS图像传感器关键技术研究》中的一部分。在过去的五年里CMOS图像传感器由于它的低功耗﹑小型化﹑和廉价的系统集成受到很高的重视,CMOS图像传感器比CCD的优势之处还在于能够和其它外围电路集成在一个芯片上从而降低了封装成本,但其图像质量(特别是低亮度环境下)与系统灵活性与CCD的相比相对较低。CMOS图像传感器在工业自动化﹑家用电器﹑汽车电子和安全系统等方面的应用越来越广泛。本论文主要论述了图像传感器控制电路的系统设计和实现方法以及详细地阐述了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式的时序关系,在对滚筒式曝光方式详细分析的基础上提出了两种更精确控制曝光时间的时序关系(论文的创新点),并详细探讨了算法的实现。改进的滚筒式曝光方式,能够精确控制曝光时间,并实现曝光时间的大范围高精度可调,扩展了动态范围,提高了传感器的性能。论文详细分析了图像传感器阵列和各功能模块的结构,在控制模块的设计中采用自顶向下的方法,根据曝光控制时序的要求完成了模块划分﹑各子模块的程序设计、仿真以及整体模块的调试。设计了IIC总线控制器的主机和从机,减少了数据总线的宽度。设计通过了synplify综合以及xilinx后仿真,并通过了FPGA验证。时钟频率为20M HZ满足了设计要求。设计中采用了Verilog硬件设计语言,Verilog源代码的可综合性和可靠性为优先考虑的问题。各模块均采用同步设计,保证了时序的可靠性。