基于STM32F417的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于STM32F417的圖像采集系統(tǒng)。以STM32F417微控制器為核心，通過CMOS圖像傳感器OV7670獲取圖像信息，在微控制器的控制下，將圖像信息經(jīng)FIFO緩存后存入SD卡中，并通過LCD實(shí)時(shí)預(yù)覽。該系統(tǒng)硬件資源精簡，采集的圖像顯示清晰，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合便攜式圖像采集系統(tǒng)使用。
關(guān)鍵詞：圖像采集；STM32F417；OV7670；FIFO

引言
視頻圖像采集處理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、工業(yè)檢測、醫(yī)學(xué)、機(jī)器視覺等領(lǐng)域，并且視頻通信是3G時(shí)代多媒體應(yīng)用的重要部分，日常生活中所見到的數(shù)碼相機(jī)、可視電話、電話會議等產(chǎn)品，實(shí)時(shí)圖像采集是其最核心的技術(shù)。圖像采集的速度與質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的整體效果。大多數(shù)嵌入式圖像采集系統(tǒng)都是基于DSP、ARM技術(shù)，一些系統(tǒng)比較復(fù)雜、成本高、實(shí)時(shí)圖像處理比較困難。本文所設(shè)計(jì)的基于STM32F417的圖像采集系統(tǒng)具有采集圖像質(zhì)量無損、實(shí)時(shí)性好、功耗低、成本低等優(yōu)勢，適合在對信息采集的實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量方面有較高要求的系統(tǒng)中應(yīng)用。

1 系統(tǒng)硬件平臺
圖像采集系統(tǒng)主要由STM32F417微處理器、CMOS攝像頭、幀緩存器、SD卡、LCD液晶屏及其他外設(shè)組成。圖像采集系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

1．1 核心微控制器
嵌入式微處理器以其高性能、低功耗等優(yōu)勢成為便攜式系統(tǒng)的最佳選擇。ST公司開發(fā)的STM32F417是基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的32位閃存微控制器。其主頻為168 MHz，在此工作頻率下其處理性能可達(dá)210 MIPS，且電流消耗僅為38．6 mA；支持多種低功耗工作模式；內(nèi)部集成DSP和FPU指令，具備高性能的信號處理和浮點(diǎn)運(yùn)算能力；同時(shí)帶一個(gè)8～14位并行照相機(jī)接口。此外，STM32F417片上集成1 MB的Flash和196 KB的SRAM。采用STM32F417作為圖像采集系統(tǒng)的控制核心，將大大提高系統(tǒng)的性能，降低功耗和成本。
1．2 CMOS攝像頭
CMOS攝像頭選用OmniVision公司的OV7670。其內(nèi)嵌一個(gè)10位A／D轉(zhuǎn)換器，可輸出8位RGB／YCbCr／YUV格式的圖像數(shù)據(jù)，最高幀頻可達(dá)30幀／s，最大圖像分辨率為640×480，供電電壓為3．3 V。O7670帶有標(biāo)準(zhǔn)SCCB總線接口，并兼容I2C總線接口。
1．3 幀緩存器
選用美國Averlogic Technologies公司的大容量AL422B作為采樣處理的共享數(shù)據(jù)RAM。它是一款存儲容量為384 K×8 B的FIFO存儲芯片，工作頻率可達(dá)50 MHz。所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成。在本設(shè)計(jì)中，1幀圖像數(shù)據(jù)包含320×240個(gè)像素，完整存儲一幀圖像需要153 600字節(jié)，AL422B所具有的容量完全符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
1．4 SD卡
SD卡是一種基于半導(dǎo)體快閃存儲器的新一代記憶設(shè)備，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)選用金士頓8 G的SD存儲卡存儲采集信息，方便系統(tǒng)對信息的進(jìn)一步處理。
1．5 LCD液晶屏及其他外設(shè)
LCD液晶屏選用3．2寸TFT液晶屏320QVT，分辨率為240×320，其數(shù)據(jù)引腳直接與FSMC總線接口相連。其他外設(shè)包括LCD接口電路、ZigBe e無線模塊、JTAG調(diào)試電路、復(fù)位電路、晶振電路等。
1．6 圖像采集電路的設(shè)計(jì)
攝像頭圖像采集電路采用24 MHz有源晶振為OV7670提供系統(tǒng)時(shí)鐘。為了解決微處理器與攝像頭間的數(shù)據(jù)傳輸速率不一致問題，在二者之間加入一片AL422B幀緩存器，將攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)緩存后再送給微處理器。為實(shí)現(xiàn)將OV7670輸出的圖像信號自動地存入AL422B芯片，電路采用了一片與非門芯片74HC00，以便產(chǎn)生符合AL422B要求的寫時(shí)序。需要注意的是，由于AL422B芯片正常工作需要3．3 V供電，如果STM32 F417使用3 V電壓供電時(shí)，需要在兩芯片接口之間增加一個(gè)74HC573 D鎖存器，以滿足高／低電平的要求。圖像采集電路圖如圖2所示。