基于STM32F417的圖像采集系統設計

摘要：設計了一種基于STM32F417的圖像采集系統。以STM32F417微控制器為核心，通過(guò)CMOS圖像傳感器OV7670獲取圖像信息，在微控制器的控制下，將圖像信息經(jīng)FIFO緩存后存入SD卡中，并通過(guò)LCD實(shí)時(shí)預覽。該系統硬件資源精簡(jiǎn)，采集的圖像顯示清晰，可擴展性強，適合便攜式圖像采集系統使用。
關(guān)鍵詞：圖像采集；STM32F417；OV7670；FIFO

引言
視頻圖像采集處理系統廣泛應用于工業(yè)控制、工業(yè)檢測、醫學(xué)、機器視覺(jué)等領(lǐng)域，并且視頻通信是3G時(shí)代多媒體應用的重要部分，日常生活中所見(jiàn)到的數碼相機、可視電話(huà)、電話(huà)會(huì )議等產(chǎn)品，實(shí)時(shí)圖像采集是其最核心的技術(shù)。圖像采集的速度與質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的整體效果。大多數嵌入式圖像采集系統都是基于DSP、ARM技術(shù)，一些系統比較復雜、成本高、實(shí)時(shí)圖像處理比較困難。本文所設計的基于STM32F417的圖像采集系統具有采集圖像質(zhì)量無(wú)損、實(shí)時(shí)性好、功耗低、成本低等優(yōu)勢，適合在對信息采集的實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量方面有較高要求的系統中應用。

1 系統硬件平臺
圖像采集系統主要由STM32F417微處理器、CMOS攝像頭、幀緩存器、SD卡、LCD液晶屏及其他外設組成。圖像采集系統整體框圖如圖1所示。

1．1 核心微控制器
嵌入式微處理器以其高性能、低功耗等優(yōu)勢成為便攜式系統的最佳選擇。ST公司開(kāi)發(fā)的STM32F417是基于A(yíng)RM Cortex-M4內核的32位閃存微控制器。其主頻為168 MHz，在此工作頻率下其處理性能可達210 MIPS，且電流消耗僅為38．6 mA；支持多種低功耗工作模式；內部集成DSP和FPU指令，具備高性能的信號處理和浮點(diǎn)運算能力；同時(shí)帶一個(gè)8～14位并行照相機接口。此外，STM32F417片上集成1 MB的Flash和196 KB的SRAM。采用STM32F417作為圖像采集系統的控制核心，將大大提高系統的性能，降低功耗和成本。
1．2 CMOS攝像頭
CMOS攝像頭選用OmniVision公司的OV7670。其內嵌一個(gè)10位A／D轉換器，可輸出8位RGB／YCbCr／YUV格式的圖像數據，最高幀頻可達30幀／s，最大圖像分辨率為640×480，供電電壓為3．3 V。O7670帶有標準SCCB總線(xiàn)接口，并兼容I2C總線(xiàn)接口。
1．3 幀緩存器
選用美國Averlogic Technologies公司的大容量AL422B作為采樣處理的共享數據RAM。它是一款存儲容量為384 K×8 B的FIFO存儲芯片，工作頻率可達50 MHz。所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內部的控制系統完成。在本設計中，1幀圖像數據包含320×240個(gè)像素，完整存儲一幀圖像需要153 600字節，AL422B所具有的容量完全符合系統的設計要求。
1．4 SD卡
SD卡是一種基于半導體快閃存儲器的新一代記憶設備，有著(zhù)廣泛的應用領(lǐng)域。本設計選用金士頓8 G的SD存儲卡存儲采集信息，方便系統對信息的進(jìn)一步處理。
1．5 LCD液晶屏及其他外設
LCD液晶屏選用3．2寸TFT液晶屏320QVT，分辨率為240×320，其數據引腳直接與FSMC總線(xiàn)接口相連。其他外設包括LCD接口電路、ZigBe e無(wú)線(xiàn)模塊、JTAG調試電路、復位電路、晶振電路等。
1．6 圖像采集電路的設計
攝像頭圖像采集電路采用24 MHz有源晶振為OV7670提供系統時(shí)鐘。為了解決微處理器與攝像頭間的數據傳輸速率不一致問(wèn)題，在二者之間加入一片AL422B幀緩存器，將攝像頭采集的圖像數據緩存后再送給微處理器。為實(shí)現將OV7670輸出的圖像信號自動(dòng)地存入AL422B芯片，電路采用了一片與非門(mén)芯片74HC00，以便產(chǎn)生符合AL422B要求的寫(xiě)時(shí)序。需要注意的是，由于A(yíng)L422B芯片正常工作需要3．3 V供電，如果STM32 F417使用3 V電壓供電時(shí)，需要在兩芯片接口之間增加一個(gè)74HC573 D鎖存器，以滿(mǎn)足高／低電平的要求。圖像采集電路圖如圖2所示。