GD32F3開(kāi)發(fā)進(jìn)階教程 課件 ch15攝像頭實(shí)驗(yàn)

攝像頭實(shí)驗(yàn)“第十五章《GD32F3開(kāi)發(fā)進(jìn)階教程——基于GD32F303ZET6》01實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本章的主要內(nèi)容是了解攝像頭模塊的工作原理，以及配置用于攝像頭模塊參數(shù)的SCCB協(xié)議，學(xué)習(xí)OV7725圖像傳感器的內(nèi)部架構(gòu)、功能原理和圖像參數(shù)配置方法，掌握OV7725攝像頭模塊進(jìn)行圖像存儲(chǔ)和讀取的方法。最后基于GD32F3蘋(píng)果派開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)一個(gè)攝像頭實(shí)驗(yàn)，通過(guò)LCD顯示攝像頭的拍攝畫(huà)面，并可以通過(guò)LCD上的GUI按鍵調(diào)整拍攝畫(huà)面的色度亮度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容02實(shí)驗(yàn)原理攝像頭按照輸出信號(hào)的類(lèi)型不同，可以分為數(shù)字和模擬攝像頭;按照傳感器的材料構(gòu)成,又可以分為CCD和CMOS兩種。CCD的像素是由MOS電容組成的，讀取電荷信號(hào)需要的電壓較大。因此，CCD的取像系統(tǒng)除了所需電源大，外設(shè)消耗的功率也大。而CMOS取像系統(tǒng)只需要使用一個(gè)3V或5V的單電源，耗電量小，僅為CCD的1/8至1/10。OV7725簡(jiǎn)介VGA是VideoGraphicsArray的縮寫(xiě)是IBM在1987年推出的一種視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，具有分辨率高、顯示速度快和顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)，因而在彩色顯示器領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。從分辨率角度來(lái)看，VGA常用于表示640x480的分辨率，一般用于便攜式攝影設(shè)備。OV7725是OmniVision公司生產(chǎn)的1/4寸的CMOSVGA圖像傳感器。該傳感器體積小工作電壓低(3.3V)，支持使用VGA時(shí)序輸出圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)SCCB總線控制，可以采用整幀、子采樣和取窗口的方式，輸出各種分辨率下8bit或10bit的影像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品的VGA圖像輸出最高可達(dá)60頓/秒。通過(guò)SCCB總線可以控制OV7725內(nèi)部存器從而實(shí)現(xiàn)控制圖像顯示參數(shù)，包括伽馬曲線白平衡、亮度、色度等。OV7725簡(jiǎn)介攝像頭接口電路原理圖GD32F3蘋(píng)果派開(kāi)發(fā)板上預(yù)留了攝像頭模塊接口，接口電路原理圖如圖15-1所示。OV7725模塊的結(jié)構(gòu)框圖，包括通信、控制信號(hào)及時(shí)鐘模塊、控制模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊、感光陣列(ImageArray)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、縮放(ImageScaler)和SCCB接口(SCCBInterface)等功能模塊。攝像頭功能模塊攝像頭功能模塊010203控制模塊：OV7725控制模塊根據(jù)寄存器配置的參數(shù)來(lái)運(yùn)行，而參數(shù)則是由外部控制器通過(guò)SCL和SDA引腳寫(xiě)入到SCCB總線上的。通信、控制信號(hào)及時(shí)鐘模塊：XCLK用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器芯片的時(shí)鐘信號(hào)，是外部輸入到OV7725的信號(hào);而PCLK是OV7725輸出數(shù)據(jù)時(shí)的同步信號(hào)，是由OV7725輸出的信號(hào)。XCLK可以外接晶振或由外部控制器提供，而PCLK由OV7725輸出。數(shù)據(jù)輸出模塊：數(shù)據(jù)輸出模塊包含了數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、FIFO(先入先出隊(duì)列和圖像格式轉(zhuǎn)換單元壓縮單元。攝像頭功能模塊攝像頭模塊的所有配置，都是通過(guò)SCCB總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.SCCB簡(jiǎn)介外部控制器通過(guò)SCCB總線傳輸來(lái)對(duì)OV7725寄存器配置參數(shù)。2.SCCB時(shí)序分析OV7725攝像頭模塊的功能和相關(guān)參數(shù)可通過(guò)寄存器配置。3.OV7725相關(guān)寄存器配置SCCB協(xié)議SCCB協(xié)議SCCB協(xié)議01020304對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)，每一款傳感器有唯一的ID地址。ID設(shè)置寄存器HSTART為行起始控制，HSIZE為行像素大小，分別用于設(shè)置畫(huà)面的水平起始位置和水平尺寸。對(duì)場(chǎng)和行的設(shè)置在COM8寄存器中，AWB為自動(dòng)白平衡跟蹤，AGC為自動(dòng)增益控制AEC為自動(dòng)曝光控制。白平衡設(shè)置上電之后，0V7725內(nèi)部所有寄存器會(huì)先進(jìn)行復(fù)位。軟復(fù)位寄存器SCCB協(xié)議01020304通過(guò)設(shè)置USAT和VSAT寄存器可以調(diào)節(jié)0V7725的色度(UV)。色度設(shè)置CNST寄存器用于設(shè)置對(duì)比度，設(shè)置值為Gain值乘以0x20。對(duì)比度設(shè)置通過(guò)UFx和VFix兩個(gè)寄存器設(shè)置UV值其中0x80為默認(rèn)值，當(dāng)UFix寄存器設(shè)置值高于0x80時(shí)，顏色偏藍(lán)。特效設(shè)置SIGN的亮度標(biāo)志位為1時(shí)，BRIGHT的值越高，表示亮度越高。亮度設(shè)置1.FIFO簡(jiǎn)介FIFO是系統(tǒng)的緩沖區(qū)間，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要。它主要有以下幾種功能:(1)對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存，防止在進(jìn)機(jī)和存儲(chǔ)操作時(shí)丟失數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)集中起來(lái)進(jìn)行進(jìn)棧和存儲(chǔ)，可避免頻繁的總線操作，減輕CPU的負(fù)擔(dān)。(3)允許系統(tǒng)進(jìn)行DMA操作，提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。圖像的存儲(chǔ)和讀取圖像的存儲(chǔ)和讀取本章實(shí)驗(yàn)使用的FIFO芯片型號(hào)為AL422B，其電路原理圖如圖15-4所示。圖像的存儲(chǔ)和讀取(1)FIFO寫(xiě)時(shí)序圖像的存儲(chǔ)和讀取(2)FIFO讀時(shí)序圖像的存儲(chǔ)和讀取(3)RGB565輸出時(shí)序圖像的存儲(chǔ)和讀取(4)0V7725頓時(shí)序3.圖像的存儲(chǔ)和讀取攝像頭模塊將一幀圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FIFO中(AL422B的過(guò)程為:等待OV7725同步信號(hào)→FIFO寫(xiě)指針復(fù)位→FIFO寫(xiě)使能→等待第二個(gè)0V7725同步信號(hào)→FIFO寫(xiě)禁止。圖像的存儲(chǔ)和讀取03實(shí)驗(yàn)代碼解析0102OV7725.h文件：在OV7725.h文件的“宏定義”區(qū)，定義了2個(gè)常量。OV7725.c文件：在OV7725.c文件的“宏定義”區(qū)，定義了11個(gè)函數(shù)。OV7725文件對(duì)下面按照順序解釋說(shuō)明OV7725WindowSet函數(shù)中的語(yǔ)句。(1)第1行代碼:3個(gè)輸入?yún)?shù)width、height、mode，分別代表輸出圖像寬度、輸出圖像高度和OVGA/VGA輸出模式。(2)第6至31行代碼:通過(guò)mode的值，判斷使用VGA還是OVGA模式，再根據(jù)模式設(shè)置輸出窗口的尺寸和起始位置。(3)第33至52行代碼:根據(jù)輸入?yún)?shù)指定的圖像寬度、高度及計(jì)算所得的畫(huà)面起始位置設(shè)置圖像輸出窗口。OV7725文件對(duì)下面按照順序解釋說(shuō)明EXTI10_15_IROHandler函數(shù)中的語(yǔ)句。(1)第4行代碼:判斷是否為EXTI1線的中斷。(2)第6至18行代碼:如果FIFO為空，則將FIFO寫(xiě)指針復(fù)位，然后使能寫(xiě)FIFO并標(biāo)記FIFO裝載完成。如果FIFO裝載完成，禁止寫(xiě)FIFO并標(biāo)記數(shù)據(jù)圖像已準(zhǔn)備好。(3)第21行代碼:清除中斷標(biāo)志。OV7725文件對(duì)在EXTI10_15_IROHandler函數(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)后為DisplavOVImage函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼。該函數(shù)用于將攝像頭圖像顯示到LCD屏，下面按照順序解釋說(shuō)明DisplayOVImage函數(shù)中的語(yǔ)句。該函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，其中x0y0為窗口起始坐標(biāo)，width

height為窗口寬度和高度，必須大于0。OV7725文件對(duì)0102Camera.h文件:在Camera.h文件的“API函數(shù)聲明”區(qū)，聲明了2個(gè)API函數(shù)。Camera.c文件：在Camerac文件的“宏定義”區(qū)，定義了兩個(gè)常量。Camera文件對(duì)下面以色度調(diào)節(jié)為例進(jìn)行說(shuō)明。(1)第4行代碼:通過(guò)i語(yǔ)判斷是否進(jìn)行色度調(diào)節(jié)。(2)第6至13行代碼:如果色度變量大于-4，則將色度變量值減1，否則色度變量加4。(3)第14至16行代碼:將參數(shù)信息寫(xiě)入緩沖區(qū)，顯示信息，最后調(diào)用OV7725的色度設(shè)置函數(shù)更新設(shè)置。Camera文件對(duì)下面按照順序解釋說(shuō)明InitCamera函數(shù)中的語(yǔ)句。(1)第4至23行代碼:初始化攝像頭參數(shù)，然后開(kāi)始初始化攝像頭。如果攝像頭未初始化成功，則在LCD上輸出錯(cuò)誤提示信息。(2)第26至32行代碼:設(shè)置回調(diào)函數(shù)，然后初始化GUI。Camera文件對(duì)1.SCCB.h文件在SCCB.h文件的“宏定義”區(qū)，定義了一個(gè)常量，OV7725的D常量。在“API函數(shù)聲明”區(qū)，聲明了3個(gè)函數(shù)，分別為初始化SCC接口函數(shù)InitSCCB，寫(xiě)寄存器函數(shù)SCCBWriteReg，讀寄存器函數(shù)SCCBReadReg。SCCB文件對(duì)2.SCCB.c文件在SCCB.c文件的“宏定義”區(qū)，定義了7個(gè)函數(shù)。在“內(nèi)部函數(shù)聲明”區(qū)，聲明了5個(gè)內(nèi)部函數(shù)。在“內(nèi)部函數(shù)實(shí)現(xiàn)”區(qū)，為上述5個(gè)內(nèi)部函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼，首先實(shí)現(xiàn)了SCCBStat函數(shù)。下面按照順序解釋說(shuō)明SCCBWriteByte函數(shù)中的語(yǔ)句。SCCBReadByte函數(shù)代碼與SCCBWriteByte函數(shù)相似，這里不再贅述。(1)第6行代碼:通過(guò)個(gè)for循環(huán)將8位數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線SDA傳出，每次都傳出最高位，再將數(shù)據(jù)左移一位，直到循環(huán)結(jié)束。(2)第18至20行代碼:每次傳出一個(gè)數(shù)據(jù)之后都要將時(shí)鐘線先拉高再拉低。(3)第24至37行代碼:將時(shí)鐘線設(shè)置為輸入，接收第9位數(shù)據(jù)，判斷是否發(fā)送成功。若第9位為1則發(fā)送失敗，為0則發(fā)送成功。SCCB文件對(duì)在“API函數(shù)實(shí)現(xiàn)”區(qū)，首先實(shí)現(xiàn)了InitSCCB函數(shù)。下面按照順序解釋說(shuō)明InitSCCB函數(shù)中的語(yǔ)句。(1)第4至6行代碼:0V7725的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線分別與微控制器的PB6和PB7引腳相連。因此，需要使能GPIOB時(shí)鐘，并初始化PB6和PB7引腳。(2)第9至10行代碼:空閑時(shí)，將時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA拉高。SCCB文件對(duì)下面按照順序解釋說(shuō)明SCCBWriteReg函數(shù)中的語(yǔ)句，SCCBReadReg函數(shù)代碼與SCCBWriteReg函數(shù)相似，這里不再贅述。(1)第6行代碼:調(diào)用SCCBStart函數(shù)啟動(dòng)SCCB傳輸。(2)第8至27行代碼:先寫(xiě)器件ID，然后發(fā)送寄存器地址，再發(fā)送數(shù)據(jù)。(3)第30行