基于STM32F417的图像采集系统设计

摘要：设计了一种基于STM32F417的图像采集系统。以STM32F417微控制器为核心，通过CMOS图像传感器OV7670获取图像信息，在微控制器的控制下，将图像信息经FIFO缓存后存入SD卡中，并通过LCD实时预览。该系统硬件资源精简，采集的图像显示清晰，可扩展性强，适合便携式图像采集系统使用。
关键词：图像采集；STM32F417；OV7670；FIFO

引言
视频图像采集处理系统广泛应用于工业控制、工业检测、医学、机器视觉等领域，并且视频通信是3G时代多媒体应用的重要部分，日常生活中所见到的数码相机、可视电话、电话会议等产品，实时图像采集是其最核心的技术。图像采集的速度与质量直接影响产品的整体效果。大多数嵌入式图像采集系统都是基于DSP、ARM技术，一些系统比较复杂、成本高、实时图像处理比较困难。本文所设计的基于STM32F417的图像采集系统具有采集图像质量无损、实时性好、功耗低、成本低等优势，适合在对信息采集的实时性和图像质量方面有较高要求的系统中应用。

1 系统硬件平台
图像采集系统主要由STM32F417微处理器、CMOS摄像头、帧缓存器、SD卡、LCD液晶屏及其他外设组成。图像采集系统整体框图如图1所示。

1．1 核心微控制器
嵌入式微处理器以其高性能、低功耗等优势成为便携式系统的最佳选择。ST公司开发的STM32F417是基于ARM Cortex-M4内核的32位闪存微控制器。其主频为168 MHz，在此工作频率下其处理性能可达210 MIPS，且电流消耗仅为38．6 mA；支持多种低功耗工作模式；内部集成DSP和FPU指令，具备高性能的信号处理和浮点运算能力；同时带一个8～14位并行照相机接口。此外，STM32F417片上集成1 MB的Flash和196 KB的SRAM。采用STM32F417作为图像采集系统的控制核心，将大大提高系统的性能，降低功耗和成本。
1．2 CMOS摄像头
CMOS摄像头选用OmniVision公司的OV7670。其内嵌一个10位A／D转换器，可输出8位RGB／YCbCr／YUV格式的图像数据，最高帧频可达30帧／s，最大图像分辨率为640×480，供电电压为3．3 V。O7670带有标准SCCB总线接口，并兼容I2C总线接口。
1．3 帧缓存器
选用美国Averlogic Technologies公司的大容量AL422B作为采样处理的共享数据RAM。它是一款存储容量为384 K×8 B的FIFO存储芯片，工作频率可达50 MHz。所有的寻址、刷新等操作都由集成在芯片内部的控制系统完成。在本设计中，1帧图像数据包含320×240个像素，完整存储一帧图像需要153 600字节，AL422B所具有的容量完全符合系统的设计要求。
1．4 SD卡
SD卡是一种基于半导体快闪存储器的新一代记忆设备，有着广泛的应用领域。本设计选用金士顿8 G的SD存储卡存储采集信息，方便系统对信息的进一步处理。
1．5 LCD液晶屏及其他外设
LCD液晶屏选用3．2寸TFT液晶屏320QVT，分辨率为240×320，其数据引脚直接与FSMC总线接口相连。其他外设包括LCD接口电路、ZigBe e无线模块、JTAG调试电路、复位电路、晶振电路等。
1．6 图像采集电路的设计
摄像头图像采集电路采用24 MHz有源晶振为OV7670提供系统时钟。为了解决微处理器与摄像头间的数据传输速率不一致问题，在二者之间加入一片AL422B帧缓存器，将摄像头采集的图像数据缓存后再送给微处理器。为实现将OV7670输出的图像信号自动地存入AL422B芯片，电路采用了一片与非门芯片74HC00，以便产生符合AL422B要求的写时序。需要注意的是，由于AL422B芯片正常工作需要3．3 V供电，如果STM32 F417使用3 V电压供电时，需要在两芯片接口之间增加一个74HC573 D锁存器，以满足高／低电平的要求。图像采集电路图如图2所示。