【導讀】一幅圖像可以描述為“一個平面上與位置成函數(shù)關系的光強或反射率的變化”。以可以重現(xiàn)的方式存儲的信號[1]。電子相機又根據(jù)存儲的方式不同，分為模擬相機和數(shù)碼相機。光圈數(shù)值越大則光圈開口越??；自1991年第一款商用數(shù)碼相機面市以來,數(shù)碼相機的性能有了極大的提高[2]。

　　

【正文】 （ 2） SCCB 總線傳輸 SCCB 與 I2C 總線的協(xié)議基本一致，讀寫時序相同，故對 SCCB 的通信時序不再展開28 討論。 ① SCCB 的讀操作： int SCCB_ReadByte(uint8_t* pBuffer, uint16_t length, uint8_t ReadAddress)； 入口參數(shù)： pBuffer 存放待讀出的數(shù)據(jù)； length：待讀出的長度； ReadAddress：待讀出的地址。 第一步：判斷起始信號，若初始化成功，進入 第二步 ，否則返回失??； 第二步：發(fā)送器件地址 DEV_ADR，并等待應答 ，若有應答，進入第三步，否則返回失??； 第三步：設置器件內(nèi)部 待讀出 的 寄存器的低起始地址，并等待應答，釋放總線； 第四步：再次啟用總線，并發(fā)送器件地址（ DEV_ADR+1） ，并等待應答，進入第五步，否則返回失??； 第五步：將數(shù)據(jù)讀到 pBuffer中，共讀取 length個字節(jié) ，全部讀出后，釋放總線，返回成功。 ② SCCB寫操作： int SCCB_WriteByte( uint16_t WriteAddress , uint8_t SendByte )； 入口參數(shù)： WriteAddress 待寫入的地址； SendByte 待寫入的數(shù)據(jù)。 第一步：判斷起始信號，若初始化成功，進入第二步，否則返回失??； 第二步：發(fā)送器件地址 DEV_ADR，并等待應答，若有應答，進入第三步，否則返回失??； 第三步： 設置器件內(nèi)部待寫入的寄存器的低起始地址，并等待應答 ，進入第四步 ； 第四步： 發(fā)送數(shù)據(jù)，并等待應答，釋放總線，返回成功 。 29 第 3 章 系統(tǒng) 軟件設計 關于 STM32 的片上資源， LCD ILI9341 液晶屏的基本配置， SD 卡的驅動及文件系統(tǒng)， OV7725 攝像頭功能的介紹已經(jīng)在上一個章節(jié)中進行了詳細的說明。硬件平臺的搭建都是建立在 STM32 開發(fā)板與其他器件模塊連接上的，本章節(jié) 則 主要采用自頂向下，層層細化 的 程序設計思想 ， 分模塊講解整個系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)流程。 頂層程序設計 STM32 照相機基本流程可以描述為： 系統(tǒng)初始化，拍照處理。 首先 是系統(tǒng)初始化，包括 系統(tǒng)時鐘 配置 ， 對按鍵 的 GPIO 和中斷使能， LED 的 GPIO 初始化；再初始化 LCD的 GPIO， FSMC 總線功能和內(nèi)部寄存器 ；還有初始化 SD卡 FATFS 文件系統(tǒng) 并使能 SDIO的中斷 ；最后 ， 在實現(xiàn)模擬 SCCB 總線后， OV7725 還 需要配置 FIFO 的 GPIO 和 OV7725內(nèi)部的寄存器，并初始化場信號線。 接著， 拍照處理：等待幀同步信號，進入攝像；等待按鍵，開始拍照（即液晶截屏）并將圖片保存到 SD 卡中 ，見圖 。 系統(tǒng)初始化程序設計 GPIO 初始化 在第二章的主控模塊部分 已經(jīng)介紹了 GPIO 的寄存器和引腳的輸入輸出模式，對復用功能實現(xiàn)也做出了詳細說明。在 STM32 控制下的 LED， KEY的 GPIO以及 LCD， SD card，攝像頭使用的所有 GPIO 或特殊功能引腳的設置都要通過流程圖來實現(xiàn) （圖 ）。 LCD 初始化 LCD 初始化主要包括兩個內(nèi)容： FSMC 總線配置， LCD 寄存器配置 ，見圖 。 程序中 的涉及液晶屏的讀寫操作（如清屏，設置液晶掃描方向以及寫入圖片信息），都是在向 Bank1_LCD_C 和 Bank1_LCD_D 兩個區(qū)域分別寫入命令和數(shù)據(jù)實現(xiàn)的。其中，命令 /數(shù)據(jù)的含義可參考 ILI9341 參考手冊上的內(nèi)容 ，在第二章的液晶顯示模塊中也給出了部分指令的含義 。 SD 卡文件系統(tǒng)初始化 SD 卡文件系統(tǒng)初始化可分兩塊： SD 卡中斷初始化和硬件初始化。如何設置中斷和FatFs 文件系統(tǒng)的函數(shù)接口前面都已經(jīng)介紹過了，圖 是整個 SD 卡文件系統(tǒng)的初始化流程圖。 30 OV7725 初始化 攝像頭 OV7725 的初始化分為三大部分： SCCB 總線和 FIFO 的 GPIO 初始化，傳感器的初始化，場信號線的初始化。其中的 SCCB 總線時序在上一章已經(jīng)講過，圖 是 OV7725初始化的程序流程圖。 開 始配 置 系 統(tǒng) 時 鐘 （ 添 加s y s t e m _ s t m 3 2 f 1 0 x . c 文 件 ）按 鍵 初 始 化L E D 初 始 化液 晶 初 始 化并 設 置 液 晶 掃 描 方 向 和 清 屏初 始 化 S D 卡 文 件 系 統(tǒng)O V 7 7 2 5 的 G P I O 和 寄 存 器配 置 ； 場 信 號 線 初 始 化是 否 有 幀 同 步信 號 ？F I F O 準 備采 集 并 顯 示YNNY重 設 液 晶 掃 描 方 向截 圖 并 保 存檢 測 是 否 有按 鍵 按 下 ？ 圖 主程序流程圖 31 G P I O 配 置開 啟 對 應 引 腳 時 鐘設 置 管 腳 的 模 式（ 共 8 種 ）對 于 輸 出 引 腳 需 要配 置 引 腳 速 度 （ 輸入 引 腳 無 需 設 置 ）返 回G P I O 的 復 用開 啟 對 應 引 腳 時 鐘設 置 管 腳 的 模 式（ 共 5 種 ）對 于 輸 出 引 腳 需 要配 置 引 腳 速 度 （ 輸入 引 腳 無 需 設 置 ）選 擇 要 復 用 的 功 能 LCD初始化配置LCD的GPIO（復用FSM總線功能）配FSMCLCD屏復位LCD寄存器（由廠家提供參數(shù)）返回 圖 GPIO的配置及復用 圖 LCD初始化流程S D 卡 文 件 系 統(tǒng) 初 始 化S D 卡 中 斷 初 始 化S D 卡 硬 件 初 始 化（ 初 始 化 盤 符 為 0 ）返 回S D 卡 中 斷 初 始 化搶 占 優(yōu) 先 級 分 組選 擇 中 斷 通 道設 置 搶 占 優(yōu) 先 級 和 響應 優(yōu) 先 級使 能 中 斷S D 卡 中 斷 初 始 化S D 卡 硬 件 初 始 化獲 取 當 前 文 件 對 象盤 符 號 是 否有 效 ？注 銷 舊 的 文 件 對 象注 冊 文 件 新 的 對 象返 回 初 始 化 成 功YN初 始 化 失 敗圖 SD卡文件初始化流程 32 O V 7 7 2 5 初 始 化S C C B 和 F I F O 的 G P I O初 始 化傳 感 器 初 始 化E r r o r S t a t u s的 值 是 否 為 1 ？返 回YN傳 感 器 初 始 化復 位 傳 感 器讀 取 傳 感 器 I D 號I D 是 否 為O V 7 7 2 5 ？返 回E r r o r S t a t u s = 1YN配 置 S e n s o r 寄 存 器場 信 號 線 初 始 化場 信 號 線 初 始 化配 置 G P I O設 置 外 部 中 斷和 嵌 套 中 斷返 回返 回E r r o r S t a t u s = 0 圖 OV7725初始化流程 拍照處理程序設計 前幾個小節(jié)詳細介紹了各個子模塊的初始化的實現(xiàn)，從主程序框圖上看，還要有FIFO 的準備，圖像采集與顯示，中斷服務程序，液晶截屏與保存子程序。 FIFO 的準備（使能數(shù)據(jù)出 FIFO 輸出），圖像采集與顯示是通過反復的讀 FIFO 的輸出并往 LCD 寄存器寫入數(shù)據(jù)的過程，這些可以參考 第二章的液晶顯示模塊和圖像采集模塊中 FIFO 的時序。 最后一小節(jié)的重點是 液晶截屏和 圖片 保存 的 流程 控制，見圖 。 33 液 晶 截 圖 與 保 存定 義 b m p 文 件 的 頭部 信 息 （ 共 5 4 B ）設 置 文 件 大 ?。?寬 * 高 + 補 充 的 字節(jié) + 頭 部 信 息 ）文 件 大 小 ， 位 圖 的寬 和 高 都 占 4 B （ 每個 字 節(jié) 分 開 保 存 ）注 冊 工 作 區(qū)新 建 文 件 （ 需 先關 閉 后 再 打 開 ）寫 入 b m p 頭 部 信 息將 指 定 端 口 數(shù) 據(jù) 讀 到并 寫 入 到 文 件 中（ 若 位 圖 寬 不 是 4 個 字 節(jié) 對齊 ， 需 要 補 對 齊 ）文 件 是 否 成 功 打 開 ？文 件 是 否已 存 在 ？返 回 文 件 已 存 在返 回返 回 截 屏 失 敗NYYN圖 液晶截屏與保存流程 34 第 4 章 系統(tǒng)功能測試分析 整個系統(tǒng)的功能測試是在一塊 STM32 的開發(fā)板上完成的，開發(fā)板上已有資源：STM32 最小系統(tǒng)、 ILI9341 液晶屏一塊、按鍵和 LED 燈、以及攝像頭的接口和 SD 卡的卡槽 ，見圖 。還準備了一張內(nèi)存為 128MB 的 SD 卡和 OV7725 攝像頭 （帶軟排線，保證接線一樣長，防止失真） ，見圖 和 。 圖 STM32開發(fā)板 圖 SD卡 圖 OV7725攝像頭 將程序下載到開發(fā)板中，接上電源（用電腦的 USB 供電），將板上的 Boot 開關撥到“ FLASH”，再打開板上的電源開關。 系統(tǒng)啟動后， LCD 屏上會顯示攝像頭拍攝到的圖片，見圖 。按下按鍵拍照，液晶屏 上 會固定住畫面 1 秒左右，見圖 。拍完后，取下 SD卡，用讀卡器接到電腦上，查看里面保存的圖片，見圖 ，這些圖片足以證明本文設計的 STM32 照相機具有可行性 。 35 圖 系統(tǒng)啟動后顯示的效果 圖 按下按鍵拍照 圖 SD卡內(nèi)的圖片 36 總結 由于構成 STM32 照相機的 STM32 芯片， 0V7725 攝像頭， LCD 屏和 SD 卡價格不是很昂貴，而且能根據(jù)需要靈活的選擇器件，代碼的移植性也不錯，因此本文設計出的 STM32照相機系統(tǒng)不僅成本比較低，而且可以很好地嵌入到其它系統(tǒng)中。對于某些智能控制行業(yè)中需要使用像素要求不是太高，低成本，可嵌入的照相功能提供了解決方案。 照相機系統(tǒng)的硬件部分選用 STM32F103ZET6 作為主控芯片、 OV7725 模塊作為圖像傳感器、 ILI9341 芯片作為 TFT 液晶屏驅動、 SD 卡為存儲器。各個模塊的接線都是參 考了對應的芯片手冊，在第二章中對用到的寄存器配置以及接線都做出了 詳細的講解。本文的重點放在了系統(tǒng)的 程序設計上，總體上可將程序劃分成：系統(tǒng)初始化、 FIFO 準備、圖像采集與顯示、液晶截圖與保存。而系統(tǒng)初始化又包含了 GPIO、 LCD、 SD 卡文件系統(tǒng)、 OV7725初始化。 FIFO 準備和圖像采集主要需要通過 SCCB 總線操作 OV7725 內(nèi)部寄存器，并配置好時序： FIFO 的讀寫時序、幀時序、行時序以及像素輸出時序。編寫液晶顯示與截屏程序首先是配置 FSMC 總線，接著摸清時序后對照芯片手冊向 LCD 寄存器發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。截取到液晶屏上的圖像后，就要保存 到 SD卡中， 借助 FatFs文件系統(tǒng)的 API函數(shù)就能 實現(xiàn) 。 總之，對于無論 一個多 么 龐大的程序，都可以分解成一個個的子程序，每個子程序又可以繼續(xù)細分下去，直到落實到幾條簡單的 C 語句。而且，盡管程序再多，資料再亂，程序的執(zhí)行都是有先有后的（即程序流程）。另外，良好的程序設計風格可以大大提高程序可讀性和避免很多 BUG 的出現(xiàn)，即使出錯也很容易調試。 本文設計出的 STM32 照相機能實現(xiàn)液晶屏上顯示圖像，按下按鍵會開始拍照并將圖片自動保存在 SD 卡中，但不能自動聚焦，物體快速移動時圖像捕捉不夠靈敏，有待改進。 37 參考文獻 [1]（日） Junichi Nakamura 著 .數(shù)碼相機中的傳感器和信號處理 .徐江濤等譯 .北京：清華大學出版社， 2021. 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