基于单片机的表具数字图像采集系统设计

　　图像采集系统存储器接口

　　CMOS图像传感器OV7670支持整帧图像读取模式，VGA图像速率最高达30帧/s，为了实现OV7670与单片机之间传输速率匹配，首先将内部时钟与单片机时钟同步，然后通过设置OV7670内部寄存器对系统内部时钟速率分频来降低图像数据速率，使OV7670采集图像数据的速度满足单片机的要求。由于表具数字图像数据量比较大，而AT89LV51 单片机，其内部只有128byte随机存储器，要完成对表具数字图像的采集、存储和处理是远远不够的，所以在硬件电路上扩展了外部数据存储器,通过数据存储器的存储空间和存储速度，在OV7670和单片机之间建立起数据传送中枢，实现表具数字图像的采集、存储和处理，其硬件连接电路如图3所示，BS62LV256存储器地址低8位通过锁存器与单片机P0口连接，同时P0口也是图像数据输出口，存储器地址高7位以及存储器片选端与单片机P2口连接，单片机通过控制片外数据存储器读写控制端完成数据的存储[3]。

　　系统软件设计

　　在本系统设计中，通过图像传感器OV7670摄像头的SCCB总线接口配置摄像头，通过控制摄像头的场同步信号(VSYNC)，行同步信号(HREF)以及像素时钟信号(PCLK)开中断，开始表具图像数据采集，将这些数据传送到外部数据存储器中，当一帧图像采集完成后，关闭所有中断，等待采集下一帧图像。

　　本系统采用查询VSYNC的下降沿表示一帧图像的开始，水平同步信号HREF高时开始有效数据采集。在水平同步信号HREF高电平期间，PCLK上升沿的到来表示像素数据的产生，PCLK每来一个上升沿系统就传输一位像素数据[4~5]。OV7670同步信号时序如图4所示。

　　单片机通过控制图像传感器OV7670摄像头的SCCB总线接口配置摄像头，本系统设置OV7670为黑白工作模式，分辨率为80×60，控制OV7670以一帧图像读取模式，采用此模式传输时，以像素时钟信号(PCLK)为频率自动传输完一帧图像后停止。在图像采集软件设计开始，将图像存储设置成外部数据存储方式，此时OV7670数据总线为三态，准备发送数据。

　　当图像采集开始按键按下时，开中断准备进入数据采集，单片机监测场同步信号(VSYNC)的变化，其为高时OV7670 数据准备完毕，变低时开始发送。HREF为水平同步信号，以其上升沿开始，输出有效数据。PCLK为像素同步信号，下降沿更新数据，上升沿为数据稳定期。用来存储图像的外部数据存储器的使能信号CE和写信号WE及读信号RE以及地址信号ADDRESS都是由单片机来产生。

　　由于在数据输出时，PCLK上升沿信号稳定,而数据存储器是在WR上升沿将数据写入，因此可以在场同步信号(VSYNC)有效后(VSYNC=0) 采用像素时钟信号(PCLK)作为写信号WE。同时设计一个计数器中断，在场同步信号(VSYNC)有效后，以行同步信号(HREF)的下降沿为触发沿对一帧图像每一行计数，并取其输出作为数据存储器的地址信号ADDRESS。这样在HREF的下降沿更新地址信号，接着在行同步信号(HREF)和像素时钟信号(PCLK)上升沿存储数据。

　　系统图像传感器OV7670的初始化主要包括配置各种寄存器，利用单片机I/O口产生I2C总线信号，实现对OV7670各种寄存器的设置以及对图像传感器的行场同步信号，开窗及扫描格式的确定[6]。可以分别设置输出格式，缩放/DCW使能，像素时钟分频，水平、垂直采样，输出顺序等。

　　由于AT89LV51工作在11.0592MHz，而OV7670的工作时钟频率为10～24MHz，所以需要对0V7670的输入时钟进行分频来降低OV7670的工作频率，进而降低像素时钟，这通过设置0V7670时钟速率控制寄存器(CLKRC)为0xBF，设置通用寄存器7为0x12，用以控制采集图像输出格式为QVGA图像大小为320×240;设置SCALING_DCWCTR寄存器为0x33,用以控制输出图像数据水平、垂直4抽样;设置通用寄存器3为0x0c，用以控制缩放/DCW使能，设置通用寄存器14为0x13，用以控制像素时钟4分频，设置TSLB寄存器为 0x01，用以控制当分辨率改变时，传感器自动设置窗口。设置具体的程序如下:

　　#include “sccb.h”

　　void initial_OV7670(void)

　　{

　　write_addSCCB(0x11,0xbf);

　　//系统时钟64分频

　　write_addSCCB(0x3e,0x13);

　　//PCLK 4分频

　　write_addSCCB(0x12,0x10);

　　//输出格式QVGA

　　write_addSCCB(0x72,0x33);

　　//水平，垂直4抽样

　　write_addSCCB(0x0c,0x0c);

　　//缩放/DCW使能

　　write_addSCCB(0x3a,0x01);

　　//当分辨率改变时，

　　传感器立即自动设置窗口

　　}