基于STM32單片機驅動面陣CCD實時圖像顯示的研究畢業(yè)論文

1、基于stm32單片機驅動面陣ccd實時圖像顯示的研究 摘要: 本文主要通過研究一種st公司的arm架構的stm32f4系列單片機，并通過配置其自身帶的dcmi通道，從而產(chǎn)生相應的時序來實現(xiàn)對面陣ccd的驅動。目前市面上面陣ccd的種類繁多，基于要實現(xiàn)良好的性能匹配和簡易的信息處理的特性，本文選用了ov7670 ccd實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的采集，同時該ccd將采集到的20位數(shù)據(jù)通過自身中的10位ad轉換器將數(shù)據(jù)2次高速處理后轉換為rgb565格式的16位數(shù)據(jù)輸出并存儲，存儲后通過dcmi通道傳輸信息從ccd存儲單元至單片機的ram中，然后單片機通過dma技術快速的將數(shù)據(jù)移送到spi的目的地址存放于配置

2、靜態(tài)可變存儲器中，再通過spi傳送tft(ili9235)彩色液晶顯示屏，經(jīng)過對tft屏相應的程序編程，最終把rgb16位數(shù)據(jù)的處理后將圖像實時顯示出來，由于數(shù)據(jù)轉移的過程是通過dma實現(xiàn)的，這樣就避免先前cpu的操作控制，大大節(jié)省了系統(tǒng)運行的時間，高速信息轉移的狀態(tài)下，看起來就跟實時顯示一樣了。本文不僅給出了硬件電路的設計并將硬件進行了搭建，而且還通過keil4軟件及j-link工具對硬件電路進行了仿真及測試，結果表明利用此器件可以把圖像實時顯示出來，且分辨率依賴于ov7670約有500萬像素，由于其控制簡單、信息數(shù)據(jù)易存儲、信息數(shù)據(jù)易處理、實時顯示效果良好等功能特點，在工業(yè)監(jiān)控及圖像處理控

3、制應用的場合下得到了廣泛的應用。關鍵詞: ccd；stm32；單片機；dma。research of imaging system based on stm mcu abstract: by the timing array ccd ov7670cammerchip analysis, using the arm architecture of stm32 mcu timing to drive the ccd generated by the dcmi channel configuration. converts 20 bits of data collected by ccd for t

4、he rgb565 format for data transmission in 16bits mcu ram, and then through the dma technology data will be rapidly transferred to the spi destination address and stored in a static variable memory, through the spi (serial peripheral interface) on tft (ili9235) color lcd screen displaying the image.

5、complete the design of hardware circuit after the keil4 software and the j-link simulation and test results show that, the real-time image shows perfect effect by using this device, can be widely used in industrial control and image data acquisition and process control applications.key words: ccd di

6、gital camera ; stm32; mcu（micro-controller unit）; dma(direct memory access)引言隨著電子時代的高速發(fā)展，ccd的驅動并非難事，例如我們使用的手機，都有實時顯示的功能，但是在工業(yè)控制的場合，不光是將圖像實時顯示出來，而且還要能夠保存信息，還要對信息進行實時處理，這樣才能實現(xiàn)對控制目標更好的準確控制。本文采取面陣ccd ov7670作為圖像傳感器，它可以傳送多種數(shù)據(jù)采集模式，要結合ili9325 tft屏進行實時圖象顯示，此tft屏的數(shù)據(jù)存儲器的基本存儲單元為16位，因此采用了rgb565圖像數(shù)據(jù)格式進行處理。詳細介紹了重要

7、模塊的相關知識、成品的硬件組成、單片機及外圍接口電路設計、軟件程序編寫、硬件仿真、成型產(chǎn)品設計效果介紹等。設計的創(chuàng)新點在于，ov7670圖像傳感器集成模塊功能齊全，致使外圍電路設計簡單且易于復制和學習，脈沖控制程序和實時顯示程序簡單易寫，采集到的數(shù)據(jù)處理方便并且易于對想要的數(shù)據(jù)進行處理等優(yōu)點，適合技術工作者進行簡單的應用。此外，整個儀器的制作費用很低（200元rmb即可），體積小，極利于大規(guī)模的生產(chǎn)和應用。1. 系統(tǒng)總體方案的設計由于stm32f4系列單片機是采用st公司arm架構的一款新型單片機，arm類的單片機是采用面向對象的編程方式而使得技術工作者更容易上手，它改變我們對單片機控制的思路

8、，我們可以不再去深入了解單片機的各個模塊，只要能夠根據(jù)對各個模塊配置好的函數(shù)進行簡單的調用和再編程即可實現(xiàn)對該款單片機相應的模塊功能進行操作和應用，使用起來極為方便，當然對c語言的熟練掌握也至關重要。此單片機dcmi模式，使得io口具有了復用功能，它使得時鐘發(fā)生器產(chǎn)生相應的脈沖驅動從而使ccd進行工作，然后據(jù)ccd(ov7670)相應的圖像處理模塊，把數(shù)據(jù)處理成rgb565的16位數(shù)據(jù)形式，以2次8位數(shù)據(jù)的形式通過pd0pd7的復用功能傳送給單片機cpu，stm32單片機同時采用fsmc模塊來產(chǎn)生相應的時序，來驅動lcd工作，與此同時通過dma模式，把單片機中ram的數(shù)據(jù)快速傳送到lcd寄存器

9、中，lcd控制芯片通過讀取寄存器中的rgb565格式的后就圖像數(shù)據(jù)把ccd采集到的圖像信息快速的顯示出來。實現(xiàn)原理圖如下：圖1 基本設計原理圖2. 系統(tǒng)的設計ccd實時顯示設計主要包括：ov7670的驅動及圖像數(shù)據(jù)信息處理、單片機dcmi(digital camera interface)接口配置及使用、tft真彩屏的驅動及圖像顯示、單片機fsmc模塊配置、軟件控制程序編寫、硬件電路搭建，keil4連同j-link仿真應用等方面。根據(jù)上述扼要分析在進行設計時應該主要考慮以下幾點內容：（1）分析ccd(ov7670)工作原理，單片機sccb通信方式，單片機dcmi接口配置；（2）介紹tft（il

10、i9325）真彩屏的工作原理，單片機驅動脈沖分析，圖象顯示原理；（3）硬件電路原理圖設計；（4）程序下載仿真與實驗結果。2.1 ccd的工作原理及sccb通信首先，ccd感光陣列（共有 656x488 個像素）將采集到光信號轉換為電信號，然后由圖像處理模塊對收到的原始模擬信號進行處理，原始信號處理后分為g和br兩路進入一個10位的ad轉換器，ad再將這些數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理器（dsp）,dsp處理過程是這個模塊控制把原始數(shù)據(jù)插值到rgb565信號的過程，dsp與單片機之間的通信之間采用fifo模式, 因為單片機位8位數(shù)據(jù)輸入，而dsp是16位數(shù)據(jù)輸出，這樣在單片機與dsp連接時就使用fifo來達到

11、數(shù)據(jù)匹配的目的,從而完成10位數(shù)據(jù)到8為數(shù)據(jù)的轉換，實現(xiàn)rgb565格式數(shù)據(jù)分2次8位數(shù)據(jù)輸出，圖2中pd7:0為數(shù)據(jù)的輸出圖2 ov7670的功能原理圖ov7670具有sccb接口，通過編寫sccb的時序來控制ccd芯片的運行。sccb（serial camera control bus）是和i2c相同的一個協(xié)議。sio_c和sio_d分別為sccb總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線。sccb控制總線功能的實現(xiàn)完全是依靠sio_c、sio_d兩條總線上電平的狀態(tài)以及兩者之間的相互配合實現(xiàn)的。sccb總線傳輸?shù)膯雍屯Ｖ箺l件如圖3。經(jīng)分析，采用簡單的三相寫數(shù)據(jù)的方式，即在寫寄存器的過程中先發(fā)送ov7670的

12、id地址，然后發(fā)送寫數(shù)據(jù)的目地寄存器地址，最后發(fā)送要寫入的數(shù)據(jù)。圖3 sccb總線啟動和停止的條件 如果給連續(xù)的寄存器寫數(shù)據(jù)，寫完一個寄存器后，ov7670會自動把寄存器地址加1，程序可繼續(xù)向下寫，而不需要再次輸入id地址，從而三相寫數(shù)據(jù)變?yōu)榱藘上鄬憯?shù)據(jù)，由于本系統(tǒng)只需對有限個不連續(xù)寄存器進行配置，如果采用對全部寄存器都加以配置這一方法的話，會浪費很多時間和資源，所以我們只對需要更改數(shù)據(jù)的寄存器進行寫數(shù)據(jù)。2.2 ili9235tft和spi通信簡介ili9325是一款具有系統(tǒng)級芯片驅動分辨率為240rgbx320，包括一個720通道的源極驅動器，一個320通道的柵極驅動器，172800字節(jié)的

13、ram用于圖形數(shù)據(jù)存儲。具有spi(串行數(shù)據(jù)接口)和一個18位/16位的rgb接口（dotclk，vsync，hsync, enable，db 17:0）。i/o接口的工作電壓為1.65v3.3v。ili9325與stm32單片機之間采用spi通信。spi總線系統(tǒng)可直接與ili9325外圍器件直接接口，該接口使用4條線： mosi（主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線）主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入；miso（主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線 ）主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出；sclk（串行時鐘線）時鐘信號，由主器件產(chǎn)生。nss （低電平有效的從機選擇線）從器件使能信號。spi接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位

14、寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。如下圖所示，在sclk的上升沿上數(shù)據(jù)發(fā)生改變，同時一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。圖4 spi通訊時序圖 從時序圖中可以看出，ss線剛開始下降沿變化時，觸發(fā)數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)，隨著時鐘線連續(xù)的上升沿跳變的過程中，數(shù)據(jù)被一次次寫入對應的寄存器里。2.3 硬件電路設計原理圖stm32單片機的工作電壓為3.3v，因此我們要設計5v轉3.3v電源電路，主要應用器件為reg1117芯片，原理圖設計如下圖：圖5 3.3v電源電路 接下來，我們要將ccd ov7670的24pin引腳與單片機建立相應的連接。要由stm

15、32 的dcmi模塊給ccd提供相應的脈沖驅動，因此要將單片機的io口復用引腳選好，連接方式如下圖6：圖6 ov7670與單片機的引腳連接原理圖 要通過tft屏將圖像顯示出來，這樣就要配置stm32的fsmc模塊，此模塊給出相應的脈沖，從而驅動ccd進行工作，將此模塊與ili9235的引腳連接起來，數(shù)據(jù)的傳輸時是通過spi模式進行的，同樣的也要將io口的spi功能引腳進行配置，原理圖連接如圖7：圖7 ili9235與stm32的連接原理圖3 控制程序編寫對上述硬件電路電路搭建好以后，還需要進行程序的編寫，這樣才會使硬件電路實現(xiàn)工作。整個硬件工作的實現(xiàn)需要利用對stm單片機進行程序編寫才能實現(xiàn)控

16、制，而stm單片機采用面向對象的方式進行編程，在st公司對stm單片機的個模塊進行了庫函數(shù)的編寫的前提下，因此去公司的資料查找相應的模塊化程序，這樣我們就極為方便的對要用模塊采取相應的庫函數(shù)調用即可，即：#include stm32f4xx.h這里需要分別根據(jù)ov7670和ili9325的時序分析對其進行驅動程序的編寫，在函數(shù)的編寫中我較多采用c語言中結構體的形式。要實現(xiàn)實時顯示，就要有高速的數(shù)據(jù)處理模式，所以采用單片機的dma通道，而且dma有自己的時鐘，這樣就不在需要麻煩cpu起動后再讓dma開始進行工作，實現(xiàn)了可以直接從ccd內存中讀取數(shù)據(jù)的操作，因此就縮短了經(jīng)過cpu允許讀取數(shù)據(jù)的時間

17、，從而看起來似實現(xiàn)了實時顯示的效果。部分主要程序編寫如下：void dma(void) dma_inittypedef dma_initstructure;/聲明stm庫函數(shù)種的dma函數(shù)，以便對其內部函數(shù)進行直接調用。rcc_ahb1periphclockcmd(rcc_ahb1periph_dma2, enable); /開啟ahb1時鐘線的dma2的時鐘，使其工作 。dma_deinit(dma2_stream4);dma_initstructure.dma_channel=dma_channel_2; /選取dma所用通道，根據(jù)stm手冊選折dma2,stream4 通道。dma_in

18、itstructure.dma_memory0baseaddr=(uint32_t)&lcd_ram;/dma內存中的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給lcd的ram中，這里進行了一次數(shù)據(jù)強制轉換。dma_initstructure.dma_dir=dma_dir_memorytomemory;/dma讀取數(shù)據(jù)的方向為直接從ccd內存到單片機內存。主函數(shù)：int main(void)gpio_configuration();gpio_setbits(gpioe, gpio_pin_0 | gpio_pin_1| gpio_pin_2| gpio_pin_3) ;dma();lcd_initializtion();delay_ms(50);lcd_writereg(0x0011,0x6078);lcd_reg = 0x0022;dcmi_ov7670_init();dma_cmd(dma2_stream1, enable);dcmi_cmd(enable); dcmi_capturecmd(enable);while (1) 4 結論將硬件電路搭建好并測試ok完成后，通過keil4軟件程序進行編寫，同時需要使用j-link