- 相關(guān)推薦
基于STM32和OV7670的圖像采集與顯示系統設計論文
摘 要：為了進(jìn)一步加深學(xué)生對嵌入式系統的理解， 更好地將專(zhuān)業(yè)課所學(xué)的知識和基本實(shí)驗操作完整地結合起來(lái)， 提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和團隊協(xié)作能力， 本學(xué)院開(kāi)設了以嵌入式系統為研究對象的工程實(shí)訓課程。本次工程實(shí)訓以STM32單片機為主控單元， 采用串行攝像機控制總線(xiàn) （SCCB） 驅動(dòng)OV7670圖像傳感器輸出RGB565 QVGA的圖像數據， 并實(shí)時(shí)顯示在TFT-LCD上的圖像采集與顯示系統。結果表明， 通過(guò)工程實(shí)訓課程， 使理論和實(shí)踐緊密結合， 培養了學(xué)生靈活應用嵌入式系統知識解決工程問(wèn)題的能力， 取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞： 工程實(shí)訓； STM 32; OV7670; 圖像采集與顯示；
Abstract: In order to further improve students' understanding of embedded systems, improve students' operational ability and teamwork ability, the college has set up an engineering training course for the study of embedded systems.This engineering training course group designed STM 32 MCU as the main control unit, using serial camera control bus （SCCB） control OV7670 image sensor output RGB565 QVGA image data, while real-time display on the TFT-LCD image Acquisition and display system.The results show that, through the process of engineering training, the theory and practice are closely integrated, and the students' ability to solve engineering problems by using embedded system knowledge is cultivated.
Keyword: engineering training; STM 32; OV7670; image acquisition and display;
一、引言
嵌入式系統工程實(shí)訓是本學(xué)院儀器儀表類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生本科期間必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)訓課程， 其目標是為了讓同學(xué)們更加熟練地掌握嵌入式系統的實(shí)踐操作， 從而更好地將專(zhuān)業(yè)課知識和基本實(shí)踐操作結合。國內現在普遍將嵌入式系統定義為以實(shí)際應用為核心， 計算機技術(shù)為基礎， 軟件和硬件具備可移植性， 符合系統對費用、尺寸、可靠性、性能高標準的計算機系統。通常來(lái)說(shuō)， 嵌入式系統是一個(gè)將控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。近些年， 微型電子技術(shù)和集成電路技術(shù)發(fā)展迅速， 這使得基于嵌入式系統的圖像獲取與處理方案越來(lái)越多。STM32F103, 一款基于A(yíng)RM Cortex-M3內核的微控制器， 它的時(shí)鐘頻率最為72MHz, 具備耗能低、功能多、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。OV7670, 美國OV公司出的一款 （CMOS） 圖像傳感器， 其像素為30萬(wàn)， 通過(guò)串行攝像頭控制總線(xiàn) （SCCB） 進(jìn)行控制， 輸出為并行的8位圖像數據。本次嵌入式系統工程實(shí)訓將STM32F103ZET6微控制器作為主控處理芯片， 將OV7670作為圖像采集模塊， 將TFT-LCD作為圖像顯示模塊， 設計圖像采集顯示系統， 并增加按鍵功能， 使采集到的圖片可調節光照模式、飽和度、亮度以及對比度。
二、系統總體方案
本系統主要分為STM32F103ZET6微控制器模塊、OV7670圖像采集模塊、TFT-LCD圖像顯示模塊。主要工作原理為：STM32F103ZET6通過(guò)對OV7670寄存器的讀寫(xiě)來(lái)控制每一幀圖像的采集， 通過(guò)對TFT-LCD寄存器的讀寫(xiě)控制每一幀圖像的顯示。OV7670的時(shí)鐘頻率為24MHz, 使用開(kāi)發(fā)板自帶的IO接口傳輸數據難度大且對CPU的占用率非常高。為解決這一問(wèn)題， 本系統中采用AL422B作為緩存器， 采集到的數據先進(jìn)行緩存， 一幀圖像緩存完時(shí)， 通過(guò)STM32F103ZET6將這幀圖像實(shí)時(shí)顯示在TFT-LCD上。
三、硬件設計
1. OV7670.
本圖像采集與顯示系統用開(kāi)發(fā)板上的IO接口來(lái)控制OV7670.將SIO_C口設置成推挽輸出， SIO_D口讀取數據時(shí)上拉輸入、寫(xiě)入數據時(shí)設成推挽輸出， 再由SCCB的工作時(shí)序編寫(xiě)程序。OV7670的圖像數據通過(guò)D[7∶0]輸出， 該功能就是在PCLK （像素時(shí)鐘） 、VSYNC （幀同步信號） 以及HREF/HSYNC （行同步信號） 的控制下進(jìn)行的。HREF為高電平時(shí)， 圖像數據輸出；HREF正階躍時(shí)， 每個(gè)PCLK輸出一字節數據， 且數據格式為RGB565時(shí)， 每?jì)蓚�(gè)字節構成一個(gè)像素的顏色。
2. TFT-LCD.
本圖像采集和顯示系統將TFT-LCD作為顯示模塊， 其大小為2.8寸， 分辨率為320×240.本圖像采集和顯示系統中一幀圖像的數據量為150KB.為加快顯示， 以STM32F103ZET6的FSMC來(lái)驅動(dòng)TFT-LCD, 即靈活的靜態(tài)存儲控制器 （flexible static memory controller） , 將TFT-LCD視為外部SRAM來(lái)處理。將TFT-LCD的RS信號引腳視為地址線(xiàn)， 與STM32F103ZET6的FSMC_A10引腳相連。其目的是用于判斷傳輸的是命令還是數據。TFT-LCD以及外部1MB SRAM均連接于FSMC總線(xiàn)， 用各自的信號加以片選， TFT-LCD和FSMC_NE4引腳相連接， SRAM和FSMC_NE3引腳相連接。特別地， TFT-LCD傳輸數據為16位時(shí)， STM32F103ZET6的地址總線(xiàn)HADDR[0]是沒(méi)被接入的， 也就是說(shuō)HADDR[25∶1]才真正處于工作狀態(tài)， 則對應關(guān)系變?yōu)椋篐ADDR[25∶1]→FSMC[24∶0].此時(shí)TFT-LCD寫(xiě)命令的地址為0x6C000000+0x07FE （0x0800） .TFT-LCD中ILI9320的寫(xiě)入比讀取效率高， 因此將FSMC設為異步方式A.
四、軟件設計
1. 主程序。
主程序由初始化、按鍵掃描、按鍵處理及圖像采集與顯示等模塊組成。初始化模塊包括延時(shí)函數、中斷、串口、按鍵、LCD、OV7670的初始化；按鍵掃描與處理程序用于進(jìn)行不同模式下按鍵的檢測及調用相應的處理程序；圖像的采集與顯示模塊用于進(jìn)行OV7670 CMOS攝像頭圖像數據的采集， 并將采集的圖像直接顯示在LCD顯示屏上。
2. 按鍵掃描與處理。
我們可以通過(guò)KEY0設置光照模式 （5種模式） , 通過(guò)KEY1設置色飽和度， 通過(guò)KEY2設置亮度， 通過(guò)WK_UP設置對比度。
3. 圖像采集與顯示。
OV7670攝像頭模塊保存采集到的數據的工作原理： （1） 等待OV7670同步信號； （2） FI-FO的寫(xiě)指針復位； （3） FIFO的寫(xiě)使能； （4） 再次等待OV7670同步信號； （5） FIFO的寫(xiě)禁止。通過(guò)上面5步， 我們就可以完成1幀圖像數據的存儲了。在存儲完了一幀圖像之后， 我們就可以開(kāi)始讀取圖像數據了， 讀取圖像數據的過(guò)程： （1） FIFO的讀指針復位； （2） 給FIFO讀時(shí)鐘讀取像素高字節； （3） 給FIFO讀時(shí)鐘讀取像素低字節； （4） 給FIFO讀時(shí)鐘讀取下個(gè)像素高字節； （5） 循環(huán)讀取剩余像素 （QVGA、RGB565格式， 1幀圖像數據共320*240=76800個(gè)像素） .一共需循環(huán)讀取320*240*2次， 這樣才能讀取1幀的圖像數據， 再把這些數據寫(xiě)入TFT-LCD, 這樣就可以看到攝像頭捕捉到的畫(huà)面了。
五、結論
本次嵌入式系統工程實(shí)訓課程學(xué)生設計了基于STM32和OV7670的圖像采集與顯示系統， 并增加了按鍵模塊以調節圖像顯示相關(guān)參數的功能， 工程實(shí)訓小組成員以組內分工的形式通過(guò)對系統的不斷調試和測試， 按要求實(shí)現了圖像采集和顯示的功能， 通過(guò)知識與實(shí)踐相結合的實(shí)踐教學(xué)方式， 在使學(xué)生進(jìn)一步了解嵌入式系統， 提高綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力的同時(shí)， 也圓滿(mǎn)完成了教學(xué)任務(wù)。
參考文獻
[1]嵌入式系統[Z].[2017-01-17].www.eeworld.com.
[2]李寧�；贛DK的STM32處理器開(kāi)發(fā)應用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2008:7-13.
[3]羅超， 景林， 易金聰�；赟TM32的便攜式海量溫濕度記錄儀設計[J].電子技術(shù)應用， 2012, （12） :83-86.
[4]Omni Vision Technology[Z].OV7670 Datasheet[2017-01-17].http://www.ovt.com.
【基于STM32和OV7670的圖像采集與顯示系統設計論文】相關(guān)文章：
基于μSOS的智能家居系統設計論文07-04
關(guān)于基于C的在線(xiàn)考試系統設計與實(shí)現論文07-04
基于樹(shù)莓派的智能家居系統設計與實(shí)現論文07-03
基于手機控制的智能家居安防系統設計論文07-04
基于U盤(pán)式設計的教學(xué)信息管理系統設計思考論文07-03
簡(jiǎn)析基于MVC模式的高校實(shí)驗排課系統設計與實(shí)現論文07-03
管理系統設計論文03-28