基于單片機的表具數(shù)字圖像采集系統(tǒng)設計

　　圖像采集系統(tǒng)存儲器接口

　　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30幀/s，為了實現(xiàn)OV7670與單片機之間傳輸速率匹配，首先將內(nèi)部時鐘與單片機時鐘同步，然后通過設置OV7670內(nèi)部寄存器對系統(tǒng)內(nèi)部時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，其內(nèi)部只有128byte隨機存儲器，要完成對表具數(shù)字圖像的采集、存儲和處理是遠遠不夠的，所以在硬件電路上擴展了外部數(shù)據(jù)存儲器,通過數(shù)據(jù)存儲器的存儲空間和存儲速度，在OV7670和單片機之間建立起數(shù)據(jù)傳送中樞，實現(xiàn)表具數(shù)字圖像的采集、存儲和處理，其硬件連接電路如圖3所示，BS62LV256存儲器地址低8位通過鎖存器與單片機P0口連接，同時P0口也是圖像數(shù)據(jù)輸出口，存儲器地址高7位以及存儲器片選端與單片機P2口連接，單片機通過控制片外數(shù)據(jù)存儲器讀寫控制端完成數(shù)據(jù)的存儲[3]。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　在本系統(tǒng)設計中，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(VSYNC)，行同步信號(HREF)以及像素時鐘信號(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)存儲器中，當一幀圖像采集完成后，關閉所有中斷，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HREF高時開始有效數(shù)據(jù)采集。在水平同步信號HREF高電平期間，PCLK上升沿的到來表示像素數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，PCLK每來一個上升沿系統(tǒng)就傳輸一位像素數(shù)據(jù)[4~5]。OV7670同步信號時序如圖4所示。

　　單片機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，以像素時鐘信號(PCLK)為頻率自動傳輸完一幀圖像后停止。在圖像采集軟件設計開始，將圖像存儲設置成外部數(shù)據(jù)存儲方式，此時OV7670數(shù)據(jù)總線為三態(tài)，準備發(fā)送數(shù)據(jù)。

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

　　由于在數(shù)據(jù)輸出時，PCLK上升沿信號穩(wěn)定,而數(shù)據(jù)存儲器是在WR上升沿將數(shù)據(jù)寫入，因此可以在場同步信號(VSYNC)有效后(VSYNC=0) 采用像素時鐘信號(PCLK)作為寫信號WE。同時設計一個計數(shù)器中斷，在場同步信號(VSYNC)有效后，以行同步信號(HREF)的下降沿為觸發(fā)沿對一幀圖像每一行計數(shù)，并取其輸出作為數(shù)據(jù)存儲器的地址信號ADDRESS。這樣在HREF的下降沿更新地址信號，接著在行同步信號(HREF)和像素時鐘信號(PCLK)上升沿存儲數(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I/O口產(chǎn)生I2C總線信號，實現(xiàn)對OV7670各種寄存器的設置以及對圖像傳感器的行場同步信號，開窗及掃描格式的確定[6]?？梢苑謩e設置輸出格式，縮放/DCW使能，像素時鐘分頻，水平、垂直采樣，輸出順序等。

　　由于AT89LV51工作在11.0592MHz，而OV7670的工作時鐘頻率為10～24MHz，所以需要對0V7670的輸入時鐘進行分頻來降低OV7670的工作頻率，進而降低像素時鐘，這通過設置0V7670時鐘速率控制寄存器(CLKRC)為0xBF，設置通用寄存器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;設置通用寄存器3為0x0c，用以控制縮放/DCW使能，設置通用寄存器14為0x13，用以控制像素時鐘4分頻，設置TSLB寄存器為 0x01，用以控制當分辨率改變時，傳感器自動設置窗口。設置具體的程序如下:

　　#include “sccb.h”

　　void initial_OV7670(void)

　　{

　　write_addSCCB(0x11,0xbf);

　　//系統(tǒng)時鐘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);

　　//當分辨率改變時，

　　傳感器立即自動設置窗口

　　}