简易数码相机设计开发

昆明理工大学津桥学院

ARM课程设计报告

实作设计题目: 简易数码相机设计开发专业: 电子信息科学与技术年级: 2011级

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指导教师:

日期: 2013年12月30日

目录

一、设计目的及嵌入式定义 (1)

1.目的 (1)

2 设计的主要工作 (1)

3 嵌入式系统的定义 (1)

二、硬件介绍 (2)

1 STM32F103ZET6 (2)

2摄像头模块 (2)

三、系统软件设计 (4)

1 软件设计总流程 (4)

3 OV7670模块 (4)

5 图片显示 (6)

三、系统调试 (6)

四、总结 (9)

一、设计目的及嵌入式定义

1.目的

目前数码相机主要采用 DSP+MCU双内核架构，MCU用于完成整个数码相机的高速接口功能，而DSP则用于完成图像信号处理及一些附加功能的实现，对于实现这样的架构国内外许多企业都有自己的设计方式，比如TI公司推出的专用数码相机芯片DSC21等进行设计，在专用芯片中集成了DSP和ARM。这样采用DSP进行图像数据的算法处理，ARM进行外围器件的控制和相关处理，以完成数码相机的功能。也可以采用DSP+FPGA的架构，由FPGA内部编写相应的控制器来完成ARM的功能，同时也可以实现设计的柔性化。

基于此，在技术上没有太大差别的数码相机，后起厂家若想赶超传统厂家，很显然在技术上市很难有大大作为，只有在找寻现有市场盲点的同时创造市场。竞争的重点也就放在产品外观创新、功能性、人性化等，所以目前的数码相机趋势是性价比高、小型性、多功能化、时尚化。

本设计属于数字影音娱乐产品，需要较为强劲的处理器进行图像解码的工作，而STM32 具有超低的价格、超多的外设、丰富的型号、优异的实时性能、杰出的功耗控制和极低的开发成本等特点。而ALIENTEK 战舰 STM32 开发板内核为STM32F103ZET6作为微处理器的开发板是很好的选择，集OV7670图像传感器、人性化的TFT触摸显示屏、SD存储卡等组成的多功能、时尚且小巧的简易数码相机。其设计目的是帮助我们掌握数码相机的开发和应用。掌握keil4软件的运用与程序编写。

2 设计的主要工作

本论文主要做了如下工作：

1. 学习并掌握了ALIENTEK 战舰 STM32 开发板和外围设备的应用。

2. 掌握了keil4的使用入门。

3. 设计并绘制简易数码相机的原理图，同时掌握了Protell、DXP画图工具。

4. 研究并掌握图像传感器OV7670模块的图像采集过程。

5. 学会了该系统各部分硬件驱动程序的编写，和整机软硬件调试的方法。

3 嵌入式系统的定义

虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但其历史可追溯到20世纪70年代。经过30多年的发展，在硬件和软件交替发展的支撑下，嵌入式技术逐渐趋于稳定和成熟，已被广泛应用于工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境检测、机器人等各个领域。毫不夸张的说，嵌入式系统已经无所不在，所以研究和开发嵌入式系统有着十分重要的意义。

根据IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统是“控制、监视或辅助设备、机器和车间运行的装置”，这主要是从应用上加以定义的。不过，上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓。目前，国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机为基础，软、硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

广义地讲，凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

总的来说，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。可以从以下几个方面来理解嵌入式系统的含义：

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，必须与具体应用相结合才会具有生命力。正因为与具体应用的紧密结合，嵌入式系统才具有很强的专用性。

嵌入式系统将先进的半导体技术、计算机技术和电子技术，以及各个行业的具体应用相结合，是一个技术密集、资金密集、学科交叉和不断创新的知识集成系统。

二、硬件介绍

1 STM32F103ZET6

STM32F103ZET6嵌入式处理器具有以下特点，图2-（1）为微处理器的原理图

图2-1 STM32F103RBT6处理器

图2-（1）

2摄像头模块

ALIENTEK 战舰 STM32 开发板板载了一个摄像头接口（P8），该接口可以用

来连接ALIENTEK OV7670 摄像头模块。

2.1 OV7670图像传感器

OV7670是OV（OmniVision）公司生产的一颗 1/6寸的CMOS VGA图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片 VGA 摄像头和影像处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率 8 位影像数据。该产品 VGA 图像最高达到 30 帧/秒。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、度、色度等都可以通过 SCCB 接口编程。OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。

2.2 ALIENTEK OV7670 摄像头模块

本设计并不是采取直接抓取来自OV7670 的数据，而是通过 FIFO 读取，ALIENTEK OV7670 摄像头模块自带了一个 FIFO 芯片，用于暂存图像数据，有了这个芯片，我们就可以很方便的获取图像数据了，而不再需要单片机具有高速IO，也不会耗费多少 CPU。模块外观如图3-1。

图3-1

2.2.1模块原理图

2.2.2 ALIENTEK OV7670摄像头模块存储图像数据的过程

三、系统软件设计

1 软件设计总流程 1.1 系统框图

系统在软件设计上主要包括2部分：底层驱动程序设计和各功能模块程序设计。软件设计平台使用keil4。本系统采用基于STM32F103ZET6内核的STM32作为主控制器，外扩SD 卡以及TFT 彩屏。系统通过摄像头系统采集图片，将图片以BMP 的形式储存在SD 卡内。通过数码相框系统将存储的BMP 格式图片读取出来，把多幅图片以幻灯片的形式从TFT 屏上显示出来。系统框图如图4-1所示。

图4-1

3 OV7670模块

此部分代码先初始化OV7670相关的IO 口（包括SCCB_Init ），然后最主要的是完成OV7670的寄存器序列初始化。OV7670的寄存器特多（百几十个），配置特麻烦.存放在ov7670_init_reg_tbl 这个数组里面，该数组是一个2维数组，存储初始化序列寄存器及其对应的值，该数组存放在ov7670cfg.h 里面。 3.1 照相主程序

void camera_refresh(void) {

FIFO 写禁止

等待第二个OV7670同步信号

FIFO 写使能

FIFO 写指针复位

等待OV7670同步信号

SD STM32 STM32F103ZET6

摄像头 SD TFT 液晶屏

u32 j;

u16 color;

if(ov_sta==2)

{

LCD_Scan_Dir(U2D_L2R); //从上到下,从左到右

LCD_SetCursor(0x00,0x0000); //设置光标位置

LCD_WriteRAM_Prepare(); //开始写入GRAM

OV7670_RRST=0; //开始复位读指针

OV7670_RCK=0;

OV7670_RCK=1;

OV7670_RCK=0;

OV7670_RRST=1; //复位读指针结束

OV7670_RCK=1;

for(j=0;j<76800;j++)

{

OV7670_RCK=0;

color=GPIOC->IDR&0XFF; //读数据

OV7670_RCK=1;

color<<=8;

OV7670_RCK=0;

color|=GPIOC->IDR&0XFF; //读数据

OV7670_RCK=1;

LCD->LCD_RAM=color;

}

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8); //清除LINE8上的中断标志位

ov_sta=0; //开始下一次采集

ov_frame++;

LCD_Scan_Dir(DFT_SCAN_DIR); //恢复默认扫描方向

}

}

camera_refresh 函数，该函数用于将摄像头模块FIFO 的数据读出，并显示在LCD 上面。

5 图片显示 5.1流程图

该函数实现了对LCD 屏幕的任意指定区域进行截屏保存，该函数实现了将LCD 任意指定区域的内容，保存个为16位BMP 格式，存放在指定位置（由filename 决定）。注意，代码中的BMP_USE_MALLOC 是在bmp.h 定义的一个宏，用于设置是否使用malloc ，本章我们选择使用malloc 。

三、系统调试

触摸屏按下

键值获取

进入图片浏览

浏览文件夹

获取键值，开辟内存

根据键值获取图片

加载系统菜单

加载显示图片

无 有 退出

图4-1 战舰STM32开发板实物图

用keil4软件下载程序到开发板上，然后给开发板上电，上完电后就可以进行拍照了。

人机界面

这是人机界面，可以进入拍照和查看照片

拍照时只需按下如图4-2所示按键

拍照成功如图4—3所示

图4-3

图4-4

所拍图片如下列图所示

四、总结

本次实作内容——简易数码照相机，通过我们小组成员的共同努力在这一个多月的时间内完成了基本部分。由于我们缺乏实作实验的经验，才开始的时候并不知道如何操作与综合软件程序，后面通过上网查看资料，看了一些有关软件硬件的书籍后，我们最终实现了实验要求。实现了相机的照相功能和图片的查看功能。

通过这次的实作课程，我们意识到自己的不足，发现了学习中的不足之处，缺乏理论与实际操作的能力，另一方面使的自己嵌入式专业知识更加丰富。在小组合作的过程中增强了与同伴合作的协作能力，增强对复杂问题的解决能力，加强了自己的自学能力。

在这次的设计过程中，我感觉到对于软件的设计，我还有很多的不足之处。由于以前没有过多接触STN32嵌入式系统，所以在设计起有很多函数，命令都要从新学起，还有对于大一所学习的C语言忘记了很多还有掌握知识不够，对于程序的阅读有一定的困难。经过我们小组的共同努力，我们的设计还是完成了照相功能和图片显示功能。