基於STM32的OV7670攝像頭總結
阿新 • • 發佈：2019-01-22
一、OV7670模組：
介紹一下OV7670感測器：CMOS器件；標準的SCCB介面，相容IIC介面；內建感光陣列，時序發生器，AD轉換器，模擬訊號處理，數字訊號處理器.....
大致工作過程：光照射到感光陣列產生相應電荷，傳輸到相應的模擬訊號處理單元，再由AD轉換為數字訊號，在經由數字訊號處理器插值到RGB訊號，最後傳輸到螢幕上......
圖3：OV7670行輸出時序
圖3中，影象資料在HREF為高的時候輸出，當HREF變高後，每一個PCLK時鐘，輸出一個位元組資料。比如我們採用VGA時序，RGB565格式輸出，每兩個位元組組成一個畫素的顏色（高位元組在前，低位元組在後），這樣每行輸出總共有640*2個PCLK週期，輸出640*2個位元組。
在來看幀時序：
圖4：OV7670幀時序
在圖4中，VSYNC位高時產生一個幀同步訊號，故當產生兩個幀同步訊號時，一幀資料輸出完成。注意：圖中的HSYNC和HREF其實是一個引腳產生的訊號，只是在不同的場合下面，使用不同的訊號方式。
三、戰艦OV7670模組原理圖講解：
圖5：戰艦OP7670模組原理圖
在圖5中，我們用3種顏色的線，將OV7670模組原理圖中幾個重要晶片同MCU“連”了起來。不多說，看圖~
四、儲存和讀取影象資料的過程及程式講解（參考原子哥的開發指南和程式碼）
對於該模組，我們只關心兩點：1、如何儲存影象資料；2、如何讀取影象資料
1、儲存（OV7670往FIFO中寫資料）
戰艦OV7670模組儲存影象資料的過程為：等待OV767同步訊號->FIFO寫指標復位->FIFO寫使能->等待第二個同步訊號->FIFO寫禁止，通過以上5個步驟就可以完成一幀影象的儲存
2、讀取（MCU從FIFO中讀取資料）
讀取過程：FIFO讀指標復位->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第一個畫素高位元組->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第一個畫素低位元組->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第二個畫素高位元組->迴圈讀取剩餘畫素->結束
比如QVGA模式，RGB565格式，我們總共迴圈讀取320*240*2次，就可以讀取一幀資料，把這些資料寫入LCD模組，就可以看到攝像頭的畫面了。
程式講解：（主要是OV7670對FIFO的寫控制和MCU從FIFO中讀取資料）
1、利用外部中斷來對OV7670進行寫操作控制
圖6：外部中斷對OV7670進行寫控制
詳細解釋請看程式碼註釋~
2、MCU從FIFO中讀取資料（更新LCD顯示）
圖7：更新LCD顯示函式（MCU讀取FIFO資料）
詳細請看程式碼註釋~
對了，戰艦例程中還有個位元組對齊的問題，詳情請瀏覽我轉載的部落格：http://blog.csdn.net/houqi02/article/details/51707456
本篇部落格到此結束，多謝看官！博主不才，難免有不足之處，懇請看官提出交流，共同進步！
介紹一下OV7670感測器：CMOS器件；標準的SCCB介面，相容IIC介面；內建感光陣列，時序發生器，AD轉換器，模擬訊號處理，數字訊號處理器.....
大致工作過程：光照射到感光陣列產生相應電荷，傳輸到相應的模擬訊號處理單元，再由AD轉換為數字訊號，在經由數字訊號處理器插值到RGB訊號，最後傳輸到螢幕上......
先了解一下基礎知識：現在市面上的OV7670模組分兩種：1、帶FIFO晶片；2、不帶FIFO晶片。當然帶FIFO的要貴一點~下面介紹帶FIFO和不帶FIFO的工作原理：
圖1：不帶FIFO
圖2：帶FIFO
下面就講解這兩種方式的適用範圍：
- 不帶FIFO：這種方法最簡單，最直接，但是最不好實現的方法，原因是多數的CMOS晶片（如OV7670）的時鐘速度可以高達24M，一般微控制器的IO口速度根本達不到（stm32的IO速度，暫存器比庫函式快，博主之前測，用庫函式IO口速度好像是2.5Mhz，而用暫存器IO口速度是8M吧，速度相差較大~）。當然，高階的MCU，如ARM9以上或者DSP影象處理晶片等，本身處理速度快，記憶體大而且有的還帶camera介面，可以不用帶FIFO。主要是人家價格也高啊~
- 但也不是不是完全沒有辦法在低速上實現採集，方法也很簡單，那麼就是降低CMOS 的輸出速度，不過這需要靠外部的晶振和內部的PLL 電路以及畫素時鐘速度，幀速等多個暫存器共同設定，並且要和MCU 的IO 速度匹配才可實現。但不建議這麼做，原因是：這種暫存器設定將帶來更多的學習困難和理解困難，並導致硬體影象的採集速度可能下降到0.5 幀以下，同時帶來影象失真的可能。
- 還有一種方法就是DMA方式採集，程式碼複雜，速度在5-10幀左右。（博主本來想用該方法的，可是基礎差，除錯困難。會接著除錯~）
- 注：部分CMOS 時鐘速度不快，可以微控制器直接採集，如OV7660，但該晶片已經停產。
- 帶FIFO：由於採用了FIFO 做為資料緩衝，資料採集大大簡便，使用者只需要關心是如何讀取即可，不需要關心具體資料是如何採集到的，這樣可減小甚至不用關心CMOS 的控制以及時序關係，就能夠實現影象的採集。
注意：FIFO不具備地址功能，因此他也就不具備資料的定位（選址）讀取功能，所以不可能有真正的資料處理能力！
總的來說：帶FIFO比不帶FIFO操作起來更簡單，8位MCU也能勝任。下面我們參考戰艦攝像頭實驗（帶FIFO的OV7670模組）
二、OV7670的影象資料輸出格式：（參考戰艦開發指南）
先簡單瞭解幾個定義：
- VGA：解析度為640*480的輸出模式
- QVGA：解析度為320*240的輸出格式
- QQVGA：解析度為160*120的輸出格式
- PCLK：畫素時鐘，一個PCLK時鐘，輸出1個畫素或半個畫素
- VSYNC：幀同步訊號
- HREF/HSYNC：行同步訊號
圖3：OV7670行輸出時序
圖3中，影象資料在HREF為高的時候輸出，當HREF變高後，每一個PCLK時鐘，輸出一個位元組資料。比如我們採用VGA時序，RGB565格式輸出，每兩個位元組組成一個畫素的顏色（高位元組在前，低位元組在後），這樣每行輸出總共有640*2個PCLK週期，輸出640*2個位元組。
在來看幀時序：
圖4：OV7670幀時序
在圖4中，VSYNC位高時產生一個幀同步訊號，故當產生兩個幀同步訊號時，一幀資料輸出完成。注意：圖中的HSYNC和HREF其實是一個引腳產生的訊號，只是在不同的場合下面，使用不同的訊號方式。
三、戰艦OV7670模組原理圖講解：
圖5：戰艦OP7670模組原理圖
在圖5中，我們用3種顏色的線，將OV7670模組原理圖中幾個重要晶片同MCU“連”了起來。不多說，看圖~
四、儲存和讀取影象資料的過程及程式講解（參考原子哥的開發指南和程式碼）
對於該模組，我們只關心兩點：1、如何儲存影象資料；2、如何讀取影象資料
1、儲存（OV7670往FIFO中寫資料）
戰艦OV7670模組儲存影象資料的過程為：等待OV767同步訊號->FIFO寫指標復位->FIFO寫使能->等待第二個同步訊號->FIFO寫禁止，通過以上5個步驟就可以完成一幀影象的儲存
2、讀取（MCU從FIFO中讀取資料）
讀取過程：FIFO讀指標復位->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第一個畫素高位元組->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第一個畫素低位元組->給FIFO讀時鐘（FIFO RCLK）->讀取第二個畫素高位元組->迴圈讀取剩餘畫素->結束
比如QVGA模式，RGB565格式，我們總共迴圈讀取320*240*2次，就可以讀取一幀資料，把這些資料寫入LCD模組，就可以看到攝像頭的畫面了。
程式講解：（主要是OV7670對FIFO的寫控制和MCU從FIFO中讀取資料）
1、利用外部中斷來對OV7670進行寫操作控制
圖6：外部中斷對OV7670進行寫控制
詳細解釋請看程式碼註釋~
2、MCU從FIFO中讀取資料（更新LCD顯示）
圖7：更新LCD顯示函式（MCU讀取FIFO資料）
詳細請看程式碼註釋~
對了，戰艦例程中還有個位元組對齊的問題，詳情請瀏覽我轉載的部落格：http://blog.csdn.net/houqi02/article/details/51707456
本篇部落格到此結束，多謝看官！博主不才，難免有不足之處，懇請看官提出交流，共同進步！