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基于STM32F407和OV7670的低端視頻監控系統

2014-08-27 08:34:28陶杰王欣
單片機與嵌入式系統應用 2014年3期
關鍵詞:系統

陶杰,王欣

(軍械工程學院,石家莊050003)

引 言

本系統著眼于經濟型視頻監控系統,可應用于工業自動化設備、汽車安全駕駛、醫療設施或大樓供水、供電等系統的監控,應用前景廣闊、成本低廉、系統簡潔。

1 芯片簡介

1.1 STM32F407簡介

本系統采用的處理器是意法半導體公司的STM32F407,該處理器以32 位Cortex-M4 為內核,具有浮點運算功能的低端高速ARM,其內部集成了大量可供立即使用的資源,如TFT 液晶顯示器接口(Flexible Stactic Memory Control,FSMC)、攝像頭接口(Camera Interface)、DMA 控制器[1]等,方便且實用。

1.2 OV7670簡介

OV7670是OmniVision公司基于CMOS VGA 的圖像傳感器,可通過SCCB總線控制輸出整幀、子采集、取窗口等操作,其VGA 圖像最高可達到30fps[2]。其對外重要接口有:XCLK(時鐘輸入)、HREF(輸出行同步信號)、VSYNC(輸出場同步信號)、PCLK(輸出像素時鐘)、RESET(復位輸入信號)、PWDN、SIO_C(SCCB 總線時鐘信號)、SIO_D(SCCB總線數據信號)、D0~D7(攝像頭輸出數據信號)。

本系統采用的OV7670不帶FIFO,由STM32F407直接通過SCCB總線讀取數據,并顯示在LCD上。

2 硬件和軟件實現

2.1 硬件實現

本系統硬件電路實現簡單,微處理器與系統主要外設連接如圖1所示,主要涉及STM32F407與TFT 液晶模塊連接以及與OV7670 圖像傳感器的連接,接口電路如圖2、圖3所示。

圖1 微處理器與系統主要外設連接

STM32F407與TFT 液晶模塊連接時,僅需將該模塊考慮成一個SRAM 即可,具體連接方式見圖2。唯一需要注意的是,液晶模塊RS和CS端與STM32F407的FSMC控制器的連接,本系統中RS連接FSMC_A0(PF0),CS連接FSMC_NE4(PG12),這些連接直接關系到軟件初始化時相關寄存器地址設置。

如圖3所示,STM32F407與OV7670連接時,OV7670的XLCK PC9 可 以 選 擇STM32F407 的 MCO1 或MCO2引腳,同時PCI SOIC和SOID PC2 引腳可以連接至I2C總線,也可以根據軟件設計定義其他I/O 引腳(本系統采用了這種方案),OV7670的其他端口連接至DCMI相應接口即可。

圖2 TFT液晶顯示器與STM32F407接口電路

圖3 OV7670與STM32F407接口電路

2.2 軟件實現

本系統的軟件設計關鍵點在于系統時鐘的配置、TFT液晶模塊初始化、OV7670圖像傳感器初始化、SCCB總線時序模擬。軟件程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統軟件流程

系統時鐘配置由RCC_Config()函數完成,函數內部結構如下:

TFT液晶模塊初始化關鍵點在于FSMC控制器的配置和寄存器地址的計算。STM32F407 的FSMC 使用了AHB3提供的時鐘信號,因而需要使能AHB3 時鐘以及FSMC控制器復用的其他I/O 端口所在時鐘信號。寄存器地址則需要根據液晶模塊的RS和CS端與FSMC接口的具體連接方式計算。由于STM32F4 系列微處理器的FSMC控制器對外設備地址映射從0x60000000 開始到0x9FFFFFFF結束,共有4個BANK 組成,每個BANK 大小為256 MB,每個BANK 又分為4個小塊,每塊大小為64 MB。

在TFT 液晶初始化程序中選擇了BANK1,且CS連接FSMC_NE4(PG12),故TFT 液晶模塊的寄存器起始地址為0x6C000000;RS連接FSMC_A0(PF0),故TFT 液晶模塊的RAM 為0x6C000000+20×2=0x6C000002。如果在TFT 液晶初始化程序中選擇了BANK1,且CS連接FSMC_NE1(PD7),TFT 液晶模塊的寄存器起始地址為0x60000000;RS連接FSMC_A18(PD13),TFT 液晶模塊的RAM 為0x60000000+218×2=0x60080000。

依次類推可以計算其他連接方法時,液晶模塊的寄存器起始地址和RAM 地址。代碼如下:

OV7670圖像傳感器初始化關鍵點有兩個,首先是微處理器的DCMI接口及DMA 部分的配置,這些配置主要體現在DCMI接口、DMA 控制器以及圖像傳感器用到的其他I/O 端口所在時鐘總線使能方面;其次是OV7670本身寄存器配置方面。由于篇幅所限,現將一些重要的函數列出,并給出重要注釋,僅供參考。

圖5 圖像效果

SCCB總線時序模擬可以根據SCCB標準中定義的時序進行程序編寫,這一部分為大家所熟知,不再贅述。

結 語

通過以上程序編寫、軟件和硬件的調試,最終得到比較滿意的結果,如圖5所示。

雖然視頻圖像顯示有點模糊,且畫面略有頓挫感,但是可以通過軟件、硬件的再優化提升畫面效果,同時也為STM32F407和OV7670在視頻監控系統中的應用提供思路。

[1]STM32FX7 Datasheet[EB/OL].[2013-10].http://www.st.com.

[2]OV7670 Datasheet [EB/OL].[2013-10].http://www.ovt.com.

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