图41.1.5 ALIENTEK OV7670摄像头模块原理图
从上图可以看出，ALIENTEK OV7670摄像头模块自带了有源晶振，用于产生12M时钟作为OV7670的XCLK输入。同时自带了稳压芯片，用于提供OV7670稳定的2.8V工作电压，并带有一个FIFO芯片（AL422B），该FIFO芯片的容量是384K字节，足够存储2帧QVGA的图像数据。模块通过一个2*9的双排排针（P1）与外部通信，与外部的通信信号如表41.1.1所示：
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信号
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作用描述
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信号
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作用描述
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VCC3.3
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模块供电脚，接3.3V电源
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FIFO_WEN
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FIFO写使能
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GND
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模块地线
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FIFO_WRST
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FIFO写指针复位
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OV_SCL
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SCCB通信时钟信号
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FIFO_RRST
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FIFO读指针复位
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OV_SDA
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SCCB通信数据信号
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FIFO_OE
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FIFO输出使能（片选）
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FIFO_D[7:0]
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FIFO输出数据（8位）
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OV_VSYNC
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OV7670帧同步信号
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FIFO_RCLK
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读FIFO时钟
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表41.1.1 OV7670模块信号及其作用描述
下面我们来看看如何使用ALIENTEK OV7670摄像头模块（以QVGA模式，RGB565格式为例）。对于该模块，我们只关心两点：1，如何存储图像数据；2，如何读取图像数据。
首先，我们来看如何存储图像数据。
ALIENTEK OV7670摄像头模块存储图像数据的过程为：等待OV7670同步信号àFIFO写指针复位àFIFO写使能à等待第二个OV7670同步信号àFIFO写禁止。通过以上5个步骤，我们就完成了1帧图像数据的存储。
接下来，我们来看看如何读取图像数据。
在存储完一帧图像以后，我们就可以开始读取图像数据了。读取过程为：FIFO读指针复位à给FIFO读时钟（FIFO_RCLK）à读取第一个像素高字节à给FIFO读时钟à读取第一个像素低字节à给FIFO读时钟à读取第二个像素高字节à循环读取剩余像素à结束。
可以看出，ALIENTEK OV7670摄像头模块数据的读取也是十分简单，比如QVGA模式，RGB565格式，我们总共循环读取320*240*2次，就可以读取1帧图像数据，把这些数据写入LCD模块，我们就可以看到摄像头捕捉到的画面了。
OV7670还可以对输出图像进行各种设置，详见光盘《OV7670 中文数据手册1.01》和《OV7670 software application note》这两个文档，对AL422B的操作时序，请大家参考AL422B的数据手册。
了解了OV7670模块的数据存储和读取，我们就可以开始设计代码了，本章，我们用一个外部中断，来捕捉帧同步信号（VSYNC），然后在中断里面启动OV7670模块的图像数据存储，等待下一次VSHNC信号到来，我们就关闭数据存储，然后一帧数据就存储完成了，在主函数里面就可以慢慢的将这一帧数据读出来，放到LCD即可显示了，同时开始第二帧数据的存储，如此循环，实现摄像头功能。
本章，我们将使用摄像头模块的QVGA输出（320*240），刚好和战舰STM32开发板使用的LCD模块分辨率一样，一帧输出就是一屏数据，提高速度的同时也不浪费资源。注意：ALIENTEK OV7670摄像头模块自带的FIFO是没办法缓存一帧的VGA图像的，如果使用VGA输出，那么你必须在FIFO写满之前开始读FIFO数据，保证数据不被覆盖。
41.2 硬件设计
本章实验功能简介：开机后，初始化摄像头模块（OV7670），如果初始化成功，则在LCD模块上面显示摄像头模块所拍摄到的内容。我们可以通过KEY0设置光照模式（5种模式）、通过KEY1设置色饱和度，通过KEY2设置亮度，通过WK_UP设置对比度，通过TPAD设置特效（总共7种特效）。通过串口，我们可以查看当前的帧率（这里是指LCD显示的帧率，而不是指OV7670的输出帧率），同时可以借助USMART设置OV7670的寄存器，方便大家调试。DS0指示程序运行状态。
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯DS0
2） 5个按键（包括TPAD触摸按键）
3） 串口
4） TFTLCD模块
5） 摄像头模块
ALIENTEK OV7670摄像头模块在41.1节已经有详细介绍过，这里我们主要介绍该模块与ALIETEK 战舰STM32开发板的连接。
在开发板的左下角的2*9的P8排座，是摄像头模块/OLED模块共用接口，在第十七章，我们曾简单介绍过这个接口。本章，我们只需要将ALIENTEK OV7670摄像头模块插入这个接口即可，该接口与STM32的连接关系如图41.2.1所示：
图41.2.1 摄像头模块接口与STM32连接图
从上图可以看出，OV7670摄像头模块的各信号脚与STM32的连接关系为：
OV_SDA接PG13；
OV_SCL接PD3；
FIFO_RCLK接PB4；
FIFO_WEN接PB3；
FIFO_WRST接PD6；
FIFO_RRST接PG14；
FIFO_OE接PG15；
OV_VSYNC接PA8；
OV_D[7:0]接PC[7:0]；
这些线的连接，战舰STM32的内部已经连接好了，我们只需要将OV7670摄像头模块插上去就好了。实物连接如图41.2.2所示：
图41.2.2 OV7670摄像头模块与开发板连接实物图
41.3 软件设计
打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个OV7670的文件夹。然后新建如下文件：ov7670.c、sccb.c、ov7670.h、sccb.h、ov7670cfg.h等5个文件，将他们保存在OV7670文件夹下，并将这个文件夹加入头文件包含路径。
本章总共新增了5个文件，代码比较多，我们就不一一列出了，仅挑两个重要的地方进行讲解。首先，我们来看ov7670.c里面的OV7670_Init函数，该函数代码如下：
u8 OV7670_Init(void)
{
u8 temp; u16 i=0;
//设置IO
RCC->APB2ENR|=1<<2; //先使能外设PORTA时钟
RCC->APB2ENR|=1<<3; //先使能外设PORTB时钟
RCC->APB2ENR|=1<<4; //先使能外设PORTC时钟
RCC->APB2ENR|=1<<5; //先使能外设PORTD时钟
RCC->APB2ENR|=1<<8; //先使能外设PORTG时钟
GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
GPIOA->CRH|=0X00000008; //PA8 输入
GPIOA->ODR|=1<<8;
GPIOB->CRL&=0XFFF00FFF;
GPIOB->CRL|=0X00033000; //PB3/4 输出
GPIOB->ODR|=3<<3;
GPIOC->CRL=0X88888888; //PC0~7 输入
GPIOC->ODR|=0x00ff;
GPIOD->CRL&=0XF0FFFFFF; //PD6 输出
GPIOD->CRL|=0X03000000;
GPIOD->ODR|=1<<6;
GPIOG->CRH&=0X00FFFFFF;
GPIOG->CRH|=0X33000000;
GPIOG->ODR=7<<14; //PG14/15 输出高
JTAG_Set(SWD_ENABLE);
SCCB_Init(); //初始化SCCB 的IO口
if(SCCB_WR_Reg(0x12,0x80))return 1; //复位SCCB
delay_ms(50);
//读取产品型号
temp=SCCB_RD_Reg(0x0b);
if(temp!=0x73)return 2;
temp=SCCB_RD_Reg(0x0a);
if(temp!=0x76)return 2;
//初始化序列
for(i=0;i<sizeof(ov7670_init_reg_tbl)/sizeof(ov7670_init_reg_tbl[0]);i++)
{
SCCB_WR_Reg(ov7670_init_reg_tbl[0],ov7670_init_reg_tbl[1]);
delay_ms(2);
}
return 0x00; //ok
}
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，幸好厂家有提供参考配置序列（详见《OV7670 software application note》），本章我们用到的配置序列，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。
接下来，我们看看ov7670cfg.h里面ov7670_init_reg_tbl的内容，ov7670cfg.h文件的代码如下：
//初始化寄存器序列及其对应的值
const u8 ov7670_init_reg_tbl[][2]=
{
//以下为OV7670 QVGA RGB565参数
{0x3a, 0x04},//
{0x40, 0x10},
{0x12, 0x14},//QVGA,RGB输出
……省略部分设置
{0x6e, 0x11},//100
{0x6f, 0x9f},//0x9e for advance AWB
{0x55, 0x00},//亮度
{0x56, 0x40},//对比度
{0x57, 0x80},//0x40, change according to Jim's request
};
以上代码，我们省略了很多（全部贴出来太长了），我们大概了解下结构，每个条目的第一个字节为寄存器号（也就是寄存器地址），第二个字节为要设置的值，比如{0x3a, 0x04}，就表示在0X03地址，写入0X04这个值。
通过这么一长串（110多个）寄存器的配置，我们就完成了OV7670的初始化，本章我们配置OV7670工作在QVGA模式，RGB565格式输出。 在完成初始化之后，我们既可以开始读取OV7670的数据了。
OV7670文件夹里面的其他代码我们就不逐个介绍了，请大家参考光盘该例程源码。
因为本章我们还用到了帧率（LCD显示的帧率）统计和中断处理，所以我们还需要修改timer.c、timer.h、exti.c及exti.h这几个文件。
在timer.c里面，我们新增TIM6_Int_Init和TIM6_IRQHandler两个函数，用于统计帧率，增加代码如下：
u8 ov_frame; //统计帧数
//定时器6中断服务程序
void TIM6_IRQHandler(void)
{
if(TIM6->SR&0X0001)//溢出中断
{
printf("frame:%dfps\r\n",ov_frame); //打印帧率
ov_frame=0;
}
TIM6->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位
}
//基本定时器6中断初始化
//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//这里使用的是定时器3!
void TIM6_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
RCC->APB1ENR|=1<<4;//TIM6时钟使能
TIM6->ARR=arr; //设定计数器自动重装值//刚好1ms
TIM6->
SC=psc; //预分频器7200,得到10Khz的计数时钟
TIM6->DIER|=1<<0; //允许更新中断
TIM6->CR1|=0x01; //使能定时器3
MY_NVIC_Init(1,3,TIM6_IRQChannel,2);//抢占1，子优先级3，组2
}
这里，我们用到基本定时器TIM6来统计帧率，也就是1秒钟中断一次，打印ov_frame的值，ov_frame用于统计LCD帧率。
再在timer.h里面添加TIM6_Int_Init函数的定义，就完成对timer.c和timer.h的修改了。
在exti.c里面添加EXTI8_Init和EXTI9_5_IRQHandler函数，用于OV7670模块的FIFO写控制，exti.c文件新增部分代码如下：
u8 ov_sta;
//外部中断5~9服务程序
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
if(EXTI->R&(1<<8))//是8线的中断
{
if(ov_sta<2)
{
if(ov_sta==0)
{
OV7670_WRST=0; //复位写指针
OV7670_WRST=1; OV7670_WREN=1;//允许写入FIFO
}else
{
OV7670_WREN=0; //禁止写入FIFO
OV7670_WRST=0; OV7670_WRST=1;//复位写指针
}
ov_sta++;
}
}
EXTI->R=1<<8; //清除LINE8上的中断标志位
}
//外部中断8初始化
void EXTI8_Init(void)
{
Ex_NVIC_Config(GPIO_A,8,RTIR); //任意边沿触发
MY_NVIC_Init(0,0,EXTI9_5_IRQChannel,2); //抢占0,子优先级0，组2
}
因为OV7670的帧同步信号（OV_VSYNC）接在PA8上面，所以我们这里配置PA8作为中端输入，因为STM32的外部中断5~9共用一个中端服务函数（EXTI9_5_IRQHandler），所以在该函数里面，我们需要先判断中断是不是来自中断线8的，然后再做处理。
中断处理部分很简单，通过一个ov_sta来控制OV7670模块的FIFO写操作。当ov_sta=0的时候，表示FIFO存储的数据已经被成功读取了（ov_sta在读完FIFO数据的时候被清零），然后只要OV_VSYNC信号到来，我们就先复位一下写指针，然后ov_sta=1，标志着写指针已经复位，目前正在往FIFO里面写数据。再等下一个OV_VSYNC到来，也就表明一帧数据已经存储完毕了，此时我们设置OV7670_WREN为0，禁止再往OV7670写入数据，此时ov_sta自增为2。其他程序，只要读到ov_sta为2，就表示一帧数据已经准备好了，可以读出，在读完数据之后，程序设置ov_sta为0，则开启下一轮FIFO数据存储。
再在exti.h里面添加EXTI8_Init函数的定义，就完成对exti.c和exti.h的修改了。
最后，打开test.c文件，修改代码如下：
const u8*LMODE_TBL[5]={"Auto","Sunny","Cloudy","Office","Home"}; //5种光照模式
const u8*EFFECTS_TBL[7]={"Normal","Negative","B&W","Redish","Greenish","Bluish",
"Antique"};//7种特效
extern u8 ov_sta; //在exit.c里面定义
extern u8 ov_frame; //在timer.c里面定义
//更新LCD显示
void camera_refresh(void)
{
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->R=1<<8; //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
}
}
int main(void)
{
u8 key; u8 effect=0; u8 i=0; u8 tm=0;
u8 lightmode=0,saturation=2,brightness=2,contrast=2;
u8 msgbuf[15]; //消息缓存区
Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
uart_init(72,9600); //串口初始化为9600
delay_init(72); //延时初始化
OV7670_Init();
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
LCD_Init(); //初始化LCD
usmart_dev.init(72); //初始化USMART
KEY_Init(); //按键初始化
TPAD_Init(72); //触摸按键初始化
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"OV7670 TEST");
LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/14");
LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"KEY0
ight Mode");
LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"KEY1:Saturation");
LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"KEY2:Brightness");
LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"KEY_UP:Contrast");
LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"TPAD:Effects");
LCD_ShowString(60,230,200,16,16,"OV7670 Init...");
while(OV7670_Init())//初始化OV7670
{
LCD_ShowString(60,230,200,16,16,"OV7670 Error!!"); delay_ms(200);
LCD_Fill(60,230,239,246,WHITE); delay_ms(200);
}
LCD_ShowString(60,230,200,16,16,"OV7670 Init OK");
delay_ms(1500);
OV7670_Light_Mode(lightmode);
OV7670_Color_Saturation(saturation);
OV7670_Brightness(brightness);
OV7670_Contrast(contrast);
OV7670_Special_Effects(effect);
TIM6_Int_Init(10000,7199); //10Khz计数频率,1秒钟中断
EXTI8_Init(); //使能定时器捕获
OV7670_Window_Set(10,174,240,320); //设置窗口
OV7670_CS=0;
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);//不支持连按
if(key)
{
tm=20;
switch(key)
{
case KEY_RIGHT: //灯光模式Light Mode
lightmode++;
if(lightmode>4)lightmode=0;
OV7670_Light_Mode(lightmode);
sprintf((char*)msgbuf,"%s",LMODE_TBL[lightmode]);
break;
case KEY_DOWN: //饱和度Saturation
saturation++;
if(saturation>4)saturation=0;
OV7670_Color_Saturation(saturation);
sprintf((char*)msgbuf,"Saturation:%d",(signed char)saturation-2);
break;
case KEY_LEFT: //亮度Brightness
brightness++;
if(brightness>4)brightness=0;
OV7670_Brightness(brightness);
sprintf((char*)msgbuf,"Brightness:%d",(signed char)brightness-2);
break;
case KEY_UP: //对比度Contrast
contrast++;
if(contrast>4)contrast=0;
OV7670_Contrast(contrast);
sprintf((char*)msgbuf,"Contrast:%d",(signed char)contrast-2);
break;
}
}
if(TPAD_Scan(0))//检测到触摸按键
{
effect++;
if(effect>6)effect=0;
OV7670_Special_Effects(effect);//设置特效
sprintf((char*)msgbuf,"%s",EFFECTS_TBL[effect]);
tm=20;
}
camera_refresh();//更新显示
if(tm) { LCD_ShowString(60,60,200,16,16,msgbuf); tm--;}
i++;
if(i==15) { i=0;LED0=!LED0;} //DS0闪烁.
}
}
此部分代码除了mian函数，还有一个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。main函数则比较简单，我们就不细说了。
前面提到，我们要用USMART来设置摄像头的参数，我们只需要在usmart_nametab里面添加SCCB_WR_Reg和SCCB_RD_Reg这两个函数，就可以轻松调试摄像头了。
41.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，得到如图41.4.1所示界面：
图41.4.1 程序运行效果图
随后，进入监控界面。此时，我们可以按不同的按键（KEY0~KEY2、WK_UP、TPAD等），来设置摄像头的相关参数和模式，得到不同的成像效果。 同时，你还可以在串口，通过USMART调用SCCB_WR_Reg函数，来设置OV7670的各寄存器，达到调试测试OV7670的目的，如图41.4.2所示：
图41.4.2 USMART调试OV7670
从上图还可以看出，LCD显示帧率为8帧左右，则可以推断OV7670的输出帧率则至少是3*8=24帧以上（实际是30帧）。
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