基于單片機(jī)的表具數(shù)字圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖像采集系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口

　　CMOS圖像傳感器OV7670支持整幀圖像讀取模式，VGA圖像速率最高達(dá)30幀/s，為了實(shí)現(xiàn)OV7670與單片機(jī)之間傳輸速率匹配，首先將內(nèi)部時(shí)鐘與單片機(jī)時(shí)鐘同步，然后通過設(shè)置OV7670內(nèi)部寄存器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘速率分頻來降低圖像數(shù)據(jù)速率，使OV7670采集圖像數(shù)據(jù)的速度滿足單片機(jī)的要求。由于表具數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量比較大，而AT89LV51 單片機(jī)，其內(nèi)部只有128byte隨機(jī)存儲(chǔ)器，要完成對(duì)表具數(shù)字圖像的采集、存儲(chǔ)和處理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以在硬件電路上擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間和存儲(chǔ)速度，在OV7670和單片機(jī)之間建立起數(shù)據(jù)傳送中樞，實(shí)現(xiàn)表具數(shù)字圖像的采集、存儲(chǔ)和處理，其硬件連接電路如圖3所示，BS62LV256存儲(chǔ)器地址低8位通過鎖存器與單片機(jī)P0口連接，同時(shí)P0口也是圖像數(shù)據(jù)輸出口，存儲(chǔ)器地址高7位以及存儲(chǔ)器片選端與單片機(jī)P2口連接，單片機(jī)通過控制片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫控制端完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)[3]。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過圖像傳感器OV7670攝像頭的SCCB總線接口配置攝像頭，通過控制攝像頭的場同步信號(hào)(VSYNC)，行同步信號(hào)(HREF)以及像素時(shí)鐘信號(hào)(PCLK)開中斷，開始表具圖像數(shù)據(jù)采集，將這些數(shù)據(jù)傳送到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，當(dāng)一幀圖像采集完成后，關(guān)閉所有中斷，等待采集下一幀圖像。

　　本系統(tǒng)采用查詢VSYNC的下降沿表示一幀圖像的開始，水平同步信號(hào)HREF高時(shí)開始有效數(shù)據(jù)采集。在水平同步信號(hào)HREF高電平期間，PCLK上升沿的到來表示像素?cái)?shù)據(jù)的產(chǎn)生，PCLK每來一個(gè)上升沿系統(tǒng)就傳輸一位像素?cái)?shù)據(jù)[4~5]。OV7670同步信號(hào)時(shí)序如圖4所示。

　　單片機(jī)通過控制圖像傳感器OV7670攝像頭的SCCB總線接口配置攝像頭，本系統(tǒng)設(shè)置OV7670為黑白工作模式，分辨率為80×60，控制OV7670以一幀圖像讀取模式，采用此模式傳輸時(shí)，以像素時(shí)鐘信號(hào)(PCLK)為頻率自動(dòng)傳輸完一幀圖像后停止。在圖像采集軟件設(shè)計(jì)開始，將圖像存儲(chǔ)設(shè)置成外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，此時(shí)OV7670數(shù)據(jù)總線為三態(tài)，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)圖像采集開始按鍵按下時(shí)，開中斷準(zhǔn)備進(jìn)入數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)監(jiān)測場同步信號(hào)(VSYNC)的變化，其為高時(shí)OV7670 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢，變低時(shí)開始發(fā)送。HREF為水平同步信號(hào)，以其上升沿開始，輸出有效數(shù)據(jù)。PCLK為像素同步信號(hào)，下降沿更新數(shù)據(jù)，上升沿為數(shù)據(jù)穩(wěn)定期。用來存儲(chǔ)圖像的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使能信號(hào)CE和寫信號(hào)WE及讀信號(hào)RE以及地址信號(hào)ADDRESS都是由單片機(jī)來產(chǎn)生。

　　由于在數(shù)據(jù)輸出時(shí)，PCLK上升沿信號(hào)穩(wěn)定,而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是在WR上升沿將數(shù)據(jù)寫入，因此可以在場同步信號(hào)(VSYNC)有效后(VSYNC=0) 采用像素時(shí)鐘信號(hào)(PCLK)作為寫信號(hào)WE。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器中斷，在場同步信號(hào)(VSYNC)有效后，以行同步信號(hào)(HREF)的下降沿為觸發(fā)沿對(duì)一幀圖像每一行計(jì)數(shù)，并取其輸出作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址信號(hào)ADDRESS。這樣在HREF的下降沿更新地址信號(hào)，接著在行同步信號(hào)(HREF)和像素時(shí)鐘信號(hào)(PCLK)上升沿存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)圖像傳感器OV7670的初始化主要包括配置各種寄存器，利用單片機(jī)I/O口產(chǎn)生I2C總線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)OV7670各種寄存器的設(shè)置以及對(duì)圖像傳感器的行場同步信號(hào)，開窗及掃描格式的確定[6]?？梢苑謩e設(shè)置輸出格式，縮放/DCW使能，像素時(shí)鐘分頻，水平、垂直采樣，輸出順序等。

　　由于AT89LV51工作在11.0592MHz，而OV7670的工作時(shí)鐘頻率為10～24MHz，所以需要對(duì)0V7670的輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻來降低OV7670的工作頻率，進(jìn)而降低像素時(shí)鐘，這通過設(shè)置0V7670時(shí)鐘速率控制寄存器(CLKRC)為0xBF，設(shè)置通用寄存器7為0x12，用以控制采集圖像輸出格式為QVGA圖像大小為320×240;設(shè)置SCALING_DCWCTR寄存器為0x33,用以控制輸出圖像數(shù)據(jù)水平、垂直4抽樣;設(shè)置通用寄存器3為0x0c，用以控制縮放/DCW使能，設(shè)置通用寄存器14為0x13，用以控制像素時(shí)鐘4分頻，設(shè)置TSLB寄存器為 0x01，用以控制當(dāng)分辨率改變時(shí)，傳感器自動(dòng)設(shè)置窗口。設(shè)置具體的程序如下:

　　#include “sccb.h”

　　void initial_OV7670(void)

　　{

　　write_addSCCB(0x11,0xbf);

　　//系統(tǒng)時(shí)鐘64分頻

　　write_addSCCB(0x3e,0x13);

　　//PCLK 4分頻

　　write_addSCCB(0x12,0x10);

　　//輸出格式QVGA

　　write_addSCCB(0x72,0x33);

　　//水平，垂直4抽樣

　　write_addSCCB(0x0c,0x0c);

　　//縮放/DCW使能

　　write_addSCCB(0x3a,0x01);

　　//當(dāng)分辨率改變時(shí)，

　　傳感器立即自動(dòng)設(shè)置窗口

　　}