基于STM32F417的圖像采集系統設計

摘要：設計了一種基于STM32F417的圖像采集系統。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FIFO緩存后存入SD卡中，并通過LCD實時預覽。該系統硬件資源精簡，采集的圖像顯示清晰，可擴展性強，適合便攜式圖像采集系統使用。
關鍵詞：圖像采集；STM32F417；OV7670；FIFO

引言
視頻圖像采集處理系統廣泛應用于工業控制、工業檢測、醫學、機器視覺等領域，并且視頻通信是3G時代多媒體應用的重要部分，日常生活中所見到的數碼相機、可視電話、電話會議等產品，實時圖像采集是其最核心的技術。圖像采集的速度與質量直接影響產品的整體效果。大多數嵌入式圖像采集系統都是基于DSP、ARM技術，一些系統比較復雜、成本高、實時圖像處理比較困難。本文所設計的基于STM32F417的圖像采集系統具有采集圖像質量無損、實時性好、功耗低、成本低等優勢，適合在對信息采集的實時性和圖像質量方面有較高要求的系統中應用。

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

1．1 核心微控制器
嵌入式微處理器以其高性能、低功耗等優勢成為便攜式系統的最佳選擇。ST公司開發的STM32F417是基于ARM Cortex-M4內核的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210 MIPS，且電流消耗僅為38．6 mA；支持多種低功耗工作模式；內部集成DSP和FPU指令，具備高性能的信號處理和浮點運算能力；同時帶一個8～14位并行照相機接口。此外，STM32F417片上集成1 MB的Flash和196 KB的SRAM。采用STM32F417作為圖像采集系統的控制核心，將大大提高系統的性能，降低功耗和成本。
1．2 CMOS攝像頭
CMOS攝像頭選用OmniVision公司的OV7670。其內嵌一個10位A／D轉換器，可輸出8位RGB／YCbCr／YUV格式的圖像數據，最高幀頻可達30幀／s，最大圖像分辨率為640×480，供電電壓為3．3 V。O7670帶有標準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據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50 MHz。所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內部的控制系統完成。在本設計中，1幀圖像數據包含320×240個像素，完整存儲一幀圖像需要153 600字節，AL422B所具有的容量完全符合系統的設計要求。
1．4 SD卡
SD卡是一種基于半導體快閃存儲器的新一代記憶設備，有著廣泛的應用領域。本設計選用金士頓8 G的SD存儲卡存儲采集信息，方便系統對信息的進一步處理。
1．5 LCD液晶屏及其他外設
LCD液晶屏選用3．2寸TFT液晶屏320QVT，分辨率為240×320，其數據引腳直接與FSMC總線接口相連。其他外設包括LCD接口電路、ZigBe e無線模塊、JTAG調試電路、復位電路、晶振電路等。
1．6 圖像采集電路的設計
攝像頭圖像采集電路采用24 MHz有源晶振為OV7670提供系統時鐘。為了解決微處理器與攝像頭間的數據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據緩存后再送給微處理器。為實現將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，以便產生符合AL422B要求的寫時序。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，需要在兩芯片接口之間增加一個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。