GD32F3开发进阶教程 课件 ch15摄像头实验

摄像头实验“第十五章《GD32F3开发进阶教程——基于GD32F303ZET6》01实验内容本章的主要内容是了解摄像头模块的工作原理，以及配置用于摄像头模块参数的SCCB协议，学习OV7725图像传感器的内部架构、功能原理和图像参数配置方法，掌握OV7725摄像头模块进行图像存储和读取的方法。最后基于GD32F3苹果派开发板设计一个摄像头实验，通过LCD显示摄像头的拍摄画面，并可以通过LCD上的GUI按键调整拍摄画面的色度亮度等参数。实验内容02实验原理摄像头按照输出信号的类型不同，可以分为数字和模拟摄像头;按照传感器的材料构成,又可以分为CCD和CMOS两种。CCD的像素是由MOS电容组成的，读取电荷信号需要的电压较大。因此，CCD的取像系统除了所需电源大，外设消耗的功率也大。而CMOS取像系统只需要使用一个3V或5V的单电源，耗电量小，仅为CCD的1/8至1/10。OV7725简介VGA是VideoGraphicsArray的缩写是IBM在1987年推出的一种视频传输标准，具有分辨率高、显示速度快和颜色丰富等优点，因而在彩色显示器领域得到了广泛应用。从分辨率角度来看，VGA常用于表示640x480的分辨率，一般用于便携式摄影设备。OV7725是OmniVision公司生产的1/4寸的CMOSVGA图像传感器。该传感器体积小工作电压低(3.3V)，支持使用VGA时序输出图像数据。通过SCCB总线控制，可以采用整帧、子采样和取窗口的方式，输出各种分辨率下8bit或10bit的影像数据。该产品的VGA图像输出最高可达60顿/秒。通过SCCB总线可以控制OV7725内部存器从而实现控制图像显示参数，包括伽马曲线白平衡、亮度、色度等。OV7725简介摄像头接口电路原理图GD32F3苹果派开发板上预留了摄像头模块接口，接口电路原理图如图15-1所示。OV7725模块的结构框图，包括通信、控制信号及时钟模块、控制模块A/D转换模块、感光阵列(ImageArray)、数字信号处理(DSP)、缩放(ImageScaler)和SCCB接口(SCCBInterface)等功能模块。摄像头功能模块摄像头功能模块010203控制模块：OV7725控制模块根据寄存器配置的参数来运行，而参数则是由外部控制器通过SCL和SDA引脚写入到SCCB总线上的。通信、控制信号及时钟模块：XCLK用于驱动整个传感器芯片的时钟信号，是外部输入到OV7725的信号;而PCLK是OV7725输出数据时的同步信号，是由OV7725输出的信号。XCLK可以外接晶振或由外部控制器提供，而PCLK由OV7725输出。数据输出模块：数据输出模块包含了数字信号处理(DSP)、FIFO(先入先出队列和图像格式转换单元压缩单元。摄像头功能模块摄像头模块的所有配置，都是通过SCCB总线来实现的。1.SCCB简介外部控制器通过SCCB总线传输来对OV7725寄存器配置参数。2.SCCB时序分析OV7725摄像头模块的功能和相关参数可通过寄存器配置。3.OV7725相关寄存器配置SCCB协议SCCB协议SCCB协议01020304对于厂商来说，每一款传感器有唯一的ID地址。ID设置寄存器HSTART为行起始控制，HSIZE为行像素大小，分别用于设置画面的水平起始位置和水平尺寸。对场和行的设置在COM8寄存器中，AWB为自动白平衡跟踪，AGC为自动增益控制AEC为自动曝光控制。白平衡设置上电之后，0V7725内部所有寄存器会先进行复位。软复位寄存器SCCB协议01020304通过设置USAT和VSAT寄存器可以调节0V7725的色度(UV)。色度设置CNST寄存器用于设置对比度，设置值为Gain值乘以0x20。对比度设置通过UFx和VFix两个寄存器设置UV值其中0x80为默认值，当UFix寄存器设置值高于0x80时，颜色偏蓝。特效设置SIGN的亮度标志位为1时，BRIGHT的值越高，表示亮度越高。亮度设置1.FIFO简介FIFO是系统的缓冲区间，对整个系统来说非常重要。它主要有以下几种功能:(1)对连续的数据流进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据。(2)数据集中起来进行进栈和存储，可避免频繁的总线操作，减轻CPU的负担。(3)允许系统进行DMA操作，提高数据的传输速度。图像的存储和读取图像的存储和读取本章实验使用的FIFO芯片型号为AL422B，其电路原理图如图15-4所示。图像的存储和读取(1)FIFO写时序图像的存储和读取(2)FIFO读时序图像的存储和读取(3)RGB565输出时序图像的存储和读取(4)0V7725顿时序3.图像的存储和读取摄像头模块将一帧图像数据存储在FIFO中(AL422B的过程为:等待OV7725同步信号→FIFO写指针复位→FIFO写使能→等待第二个0V7725同步信号→FIFO写禁止。图像的存储和读取03实验代码解析0102OV7725.h文件：在OV7725.h文件的“宏定义”区，定义了2个常量。OV7725.c文件：在OV7725.c文件的“宏定义”区，定义了11个函数。OV7725文件对下面按照顺序解释说明OV7725WindowSet函数中的语句。(1)第1行代码:3个输入参数width、height、mode，分别代表输出图像宽度、输出图像高度和OVGA/VGA输出模式。(2)第6至31行代码:通过mode的值，判断使用VGA还是OVGA模式，再根据模式设置输出窗口的尺寸和起始位置。(3)第33至52行代码:根据输入参数指定的图像宽度、高度及计算所得的画面起始位置设置图像输出窗口。OV7725文件对下面按照顺序解释说明EXTI10_15_IROHandler函数中的语句。(1)第4行代码:判断是否为EXTI1线的中断。(2)第6至18行代码:如果FIFO为空，则将FIFO写指针复位，然后使能写FIFO并标记FIFO装载完成。如果FIFO装载完成，禁止写FIFO并标记数据图像已准备好。(3)第21行代码:清除中断标志。OV7725文件对在EXTI10_15_IROHandler函数实现区后为DisplavOVImage函数的实现代码。该函数用于将摄像头图像显示到LCD屏，下面按照顺序解释说明DisplayOVImage函数中的语句。该函数有4个参数，其中x0y0为窗口起始坐标，width

height为窗口宽度和高度，必须大于0。OV7725文件对0102Camera.h文件:在Camera.h文件的“API函数声明”区，声明了2个API函数。Camera.c文件：在Camerac文件的“宏定义”区，定义了两个常量。Camera文件对下面以色度调节为例进行说明。(1)第4行代码:通过i语判断是否进行色度调节。(2)第6至13行代码:如果色度变量大于-4，则将色度变量值减1，否则色度变量加4。(3)第14至16行代码:将参数信息写入缓冲区，显示信息，最后调用OV7725的色度设置函数更新设置。Camera文件对下面按照顺序解释说明InitCamera函数中的语句。(1)第4至23行代码:初始化摄像头参数，然后开始初始化摄像头。如果摄像头未初始化成功，则在LCD上输出错误提示信息。(2)第26至32行代码:设置回调函数，然后初始化GUI。Camera文件对1.SCCB.h文件在SCCB.h文件的“宏定义”区，定义了一个常量，OV7725的D常量。在“API函数声明”区，声明了3个函数，分别为初始化SCC接口函数InitSCCB，写寄存器函数SCCBWriteReg，读寄存器函数SCCBReadReg。SCCB文件对2.SCCB.c文件在SCCB.c文件的“宏定义”区，定义了7个函数。在“内部函数声明”区，声明了5个内部函数。在“内部函数实现”区，为上述5个内部函数的实现代码，首先实现了SCCBStat函数。下面按照顺序解释说明SCCBWriteByte函数中的语句。SCCBReadByte函数代码与SCCBWriteByte函数相似，这里不再赘述。(1)第6行代码:通过个for循环将8位数据通过数据线SDA传出，每次都传出最高位，再将数据左移一位，直到循环结束。(2)第18至20行代码:每次传出一个数据之后都要将时钟线先拉高再拉低。(3)第24至37行代码:将时钟线设置为输入，接收第9位数据，判断是否发送成功。若第9位为1则发送失败，为0则发送成功。SCCB文件对在“API函数实现”区，首先实现了InitSCCB函数。下面按照顺序解释说明InitSCCB函数中的语句。(1)第4至6行代码:0V7725的时钟线和数据线分别与微控制器的PB6和PB7引脚相连。因此，需要使能GPIOB时钟，并初始化PB6和PB7引脚。(2)第9至10行代码:空闲时，将时钟线SCL和数据线SDA拉高。SCCB文件对下面按照顺序解释说明SCCBWriteReg函数中的语句，SCCBReadReg函数代码与SCCBWriteReg函数相似，这里不再赘述。(1)第6行代码:调用SCCBStart函数启动SCCB传输。(2)第8至27行代码:先写器件ID，然后发送寄存器地址，再发送数据。(3)第30行