基于STM32F407和OV7670的低端視頻監(jiān)控系統(tǒng)

陶杰，王欣

（軍械工程學(xué)院，石家莊050003）

引 言

本系統(tǒng)著眼于經(jīng)濟(jì)型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、汽車安全駕駛、醫(yī)療設(shè)施或大樓供水、供電等系統(tǒng)的監(jiān)控，應(yīng)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(dǎo)體公司的STM32F407，該處理器以32 位Cortex-M4 為內(nèi)核，具有浮點(diǎn)運(yùn)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 Stactic Memory Control，F(xiàn)SMC）、攝像頭接口（Camera Interface）、DMA 控制器［1］等，方便且實(shí)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(dá)到30fps［2］。其對(duì)外重要接口有：XCLK（時(shí)鐘輸入）、HREF（輸出行同步信號(hào)）、VSYNC（輸出場同步信號(hào)）、PCLK（輸出像素時(shí)鐘）、RESET（復(fù)位輸入信號(hào)）、PWDN、SIO＿C（SCCB 總線時(shí)鐘信號(hào)）、SIO＿D（SCCB總線數(shù)據(jù)信號(hào)）、D0～D7（攝像頭輸出數(shù)據(jù)信號(hào)）。

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(shí)現(xiàn)

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)簡單，微處理器與系統(tǒng)主要外設(shè)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。

圖1 微處理器與系統(tǒng)主要外設(shè)連接

STM32F407與TFT 液晶模塊連接時(shí)，僅需將該模塊考慮成一個(gè)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(shí)相關(guān)寄存器地址設(shè)置。

如圖3所示，STM32F407與OV7670連接時(shí)，OV7670的XLCK PC9 可 以 選 擇STM32F407 的 MCO1 或MCO2引腳，同時(shí)PCI SOIC和SOID PC2 引腳可以連接至I2C總線，也可以根據(jù)軟件設(shè)計(jì)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(yīng)接口即可。

圖2 TFT液晶顯示器與STM32F407接口電路

圖3 OV7670與STM32F407接口電路

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)在于系統(tǒng)時(shí)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(shí)序模擬。軟件程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)時(shí)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(diǎn)在于FSMC控制器的配置和寄存器地址的計(jì)算。STM32F407 的FSMC 使用了AHB3提供的時(shí)鐘信號(hào)，因而需要使能AHB3 時(shí)鐘以及FSMC控制器復(fù)用的其他I／O 端口所在時(shí)鐘信號(hào)。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(jì)算。由于STM32F4 系列微處理器的FSMC控制器對(duì)外設(shè)備地址映射從0x60000000 開始到0x9FFFFFFF結(jié)束，共有4個(gè)BANK 組成，每個(gè)BANK 大小為256 MB，每個(gè)BANK 又分為4個(gè)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(jì)算其他連接方法時(shí)，液晶模塊的寄存器起始地址和RAM 地址。代碼如下：

OV7670圖像傳感器初始化關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，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(shí)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。

圖5 圖像效果

SCCB總線時(shí)序模擬可以根據(jù)SCCB標(biāo)準(zhǔn)中定義的時(shí)序進(jìn)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(diǎn)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(shí)也為STM32F407和OV7670在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用提供思路。

［1］STM32FX7 Datasheet［EB／OL］.［2013-10］.http：／／www.st.com.

［2］OV7670 Datasheet ［EB／OL］.［2013-10］.http：／／www.ovt.com.