基于STM32+OV7670的低端視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘要：本系統(tǒng)采用了意法半導體公司的STM32F407微處理器作為核心，以OV7670作為監(jiān)控系統(tǒng)的視頻采集傳感器，并將傳感器采集的數(shù)據(jù)通過DMA控制器成功地發(fā)送至液晶模塊(SSD1289)顯示。該系統(tǒng)運行流暢，為低端視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種新的解決方案。

引言

本系統(tǒng)著眼于經(jīng)濟型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可應用于工業(yè)自動化設備、汽車安全駕駛、醫(yī)療設施或大樓供水、供電等系統(tǒng)的監(jiān)控，應用前景廣闊、成本低廉、系統(tǒng)簡潔。

1 芯片簡介

1.1 STM32F407簡介

本系統(tǒng)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(nèi)核，具有浮點運算功能的低端高速ARM，其內(nèi)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 Stactie Memory Control，F(xiàn)SMC)、攝像頭接口(Camera Inter face)、DMA控制器等，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30 fps。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(shù)據(jù)信號)、D0～D7(攝像頭輸出數(shù)據(jù)信號)。

本系統(tǒng)采用的OV7670不帶FIFO，由STM32F407直接通過SCCB總線讀取數(shù)據(jù)，并顯示在LCD上。

2 硬件和軟件實現(xiàn)

2.1 硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)簡單，微處理器與系統(tǒng)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。

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(tǒng)中RS連接FSMC_A0(PF0)，CS連接FSMC_NE4(PG12)，這些連接直接關(guān)系到軟件初始化時相關(guān)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MC01或MC02引腳，同時PCI SOIC和SOID PC2引腳可以連接至I2C總線，也可以根據(jù)軟件設計定義其他I/O引腳(本系統(tǒng)采用了這種方案)，OV7670的其他端口連接至DCMI相應接口即可。

2.2 軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設計關(guān)鍵點在于系統(tǒng)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。

系統(tǒng)時鐘配置由RCC_Config()函數(shù)完成，函數(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：

TFT液晶模塊初始化關(guān)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(jù)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(jié)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：

#define LCD_RAM *(vu16*)((u32)0x6c000002) //定義RAM基地址

#define LCD_REG *(vu16*)((u32)0x6c000000) //定義REG基地址

OV7670圖像傳感器初始化關(guān)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(xiàn)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(xiàn)將一些重要的函數(shù)列出，并給出重要注釋，僅供參考。

SCCB總線時序模擬可以根據(jù)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(jié)語

通過以上程序編寫、軟件和硬件的調(diào)試，最終得到比較滿意的結(jié)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(yōu)化提升畫面效果，同時也為STM32F407和OV7670在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用提供思路。