基于STM32F417的圖像采集系統設計

在圖3中，利用STM32F417的PC0～PC7口接收OV7670輸出經(jīng)過(guò)AL422B緩存后的8位圖像數據。OV7670的SIO_D、SIO_C接口與STM32F417的PA6、PA7引腳相連，通過(guò)該接口實(shí)現對攝像頭的初始化配置。STM32F417的PE0、PE1、PB7、PB8分別控制AL422B的時(shí)鐘信號、寫(xiě)復位、讀復位以及讀使能信號。PB9與OV7670輸出的行掃描信號通過(guò)與非芯片實(shí)現對幀緩存器寫(xiě)使能的控制，STM32F417的PA10引腳通過(guò)中斷的方式檢測攝像頭是否輸出一幀完整的圖像。
由于OV7670帶有標準SCCB接口，同時(shí)兼容I2C總線(xiàn)接口，本設計采用STM32F417產(chǎn)生的I2C總線(xiàn)信號模擬SCCB，實(shí)現對攝像頭內部寄存器的初始化配置以及對其行場(chǎng)同步信號、開(kāi)窗及輸出格式的設置。對OV7670寄存器的配置方法如下：首先，發(fā)送OV7670的寫(xiě)地址0x42，然后發(fā)送寫(xiě)數據的目的寄存器地址和數據，從而初始化寫(xiě)操作；通過(guò)發(fā)送OV7670的讀地址0x43，完成對讀操作的初始化，從而實(shí)現對OV7670攝像頭的初始化配置。
在對攝像頭工作參數配置過(guò)程中，將OV7670的寄存器DBLV設為0x80，對輸入時(shí)鐘倍頻數進(jìn)行控制。設置寄存器BRIGHT、CONTRAS，控制圖像的亮度和對比度。通過(guò)寄存器REG75、REG76設置圖像邊緣增強上、下限。在對攝像頭測試階段，首先將寄存器ACALING_YSC設為0x85，顯示8色彩條，測試階段結束后將該寄存器設為0x00，進(jìn)入非測試模式。
OV7670輸出同步信號包括：場(chǎng)同步信號VSYNC、行同步信號HREF、像素時(shí)鐘PCLK。根據OV7670數據手冊提供的同步信號時(shí)序圖可知，OV76 70攝像頭的像素時(shí)鐘PCLK與FIFO寫(xiě)時(shí)鐘WCLK相連接，在PCLK有效時(shí)將數據寫(xiě)入FIFO。場(chǎng)同步信號VSYNC為掃描一幀圖像定時(shí)，在兩個(gè)正脈沖之間完成一幀圖像的掃描。
當STM32F417第一次檢測到VSYNC下降沿時(shí)，系統第一次產(chǎn)生中斷，表明OV7670開(kāi)始輸出一幀圖像，STM32F417將FIFO_WEN置高電平，當HREF有效(高電平)時(shí)，FIFO_WEN與HREF通過(guò)與非門(mén)使能FIFO的WCK，將有效圖像數據自動(dòng)寫(xiě)入FIFO中。
當第二次VSYNC中斷產(chǎn)生時(shí)，表明已經(jīng)將一幀完整的圖像寫(xiě)入FIFO，系統通過(guò)將FIFO_WEN置低，鎖存一幀圖像數據，實(shí)現圖像的靜態(tài)存儲。此時(shí)，STM32F417送給FIFO的讀時(shí)鐘RCLK一個(gè)上升沿，將數據從FIFO中讀出來(lái)，完成圖像數據的實(shí)時(shí)采集與提取。
1．7 存儲模塊
SD卡支持SPI和SD兩種模式，本設計采用SPI模式，將SD卡的CMD引腳與SFM32F417的SPI3_MOSI相連，CLK連接STM32F417的SPI3_SCK引腳，DATA0連接STM32F417的SPI3_MISO引腳，DATA3作為片選CS與STM32F417的PA15相連；在SD卡收到復位命令時(shí)，若CS為有效電平則啟動(dòng)SPI模式，SD卡在SPI3_SCK的控制下通過(guò)DATA0完成數據的讀寫(xiě)。

2 系統軟件設計
在圖像采集軟件設計中，對系統各個(gè)部分的初始化是最為關(guān)鍵的一步，只有對各部分初始化成功以后，才能實(shí)現圖像采集功能。圖像采集初始化程序主要包括對系統、SCCB接口、OV7670攝像頭、FIFO緩存器ALA22B等的初始化。在系統初始化設置成功以后，微控制器不斷監測VSYNC信號電平變化，根據VSYNC產(chǎn)生的中斷情況，控制FIFO對圖像數據的讀／寫(xiě)。圖像采集程序流程圖如圖4所示。