2020年04月22日 | 基于MSP430F5438A的OV7670简单驱动程序

作为一个新手，因为课程设计要求，接触到了OV7670。因为课程设计要求使用MSP430F5438A驱动OV7670，而网上大多数都是使用STM32进行驱动。上网查找了很多资料，也仔细看过网上大佬发的相关寄存器的帖子，最后成功使用430单片机完成了设计。本着来源于网络，回馈于网络的原则，在此介绍一下，自己使用OV7670的一点经验。水平有限，偏颇之处，还请包涵！

首先简单的介绍一下所使用的摄像头OV7670。 OV7670是OV（OmniVision）公司生产的一颗1/6寸的CMOS VGA图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据。该产品VGA图像最高达到30帧/秒。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、度、色度等都可以通过SCCB接口编程。OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。其具有高灵敏度、低电压适合嵌入式应用，标准的SCCB接口以及支持RGB565格式输出。因为摄像头的像素时钟非常高，直接通过MSP430的IO口读取数据非常困难，也是十分占耗CPU。采用带FIFO模块的OV7670，通过对FIFO的读取，就可以轻松的读取摄像头采集到图像数据。从而满足速度要求，节省CPU。本次采用的OV7670自带有源晶振，不需要外部再提供时钟。一个FIFO芯片的容量是384K字节，可以存储两帧QVGA的图像数据，所以本次设计采用QVGA模式  RGB565格式传输图像数据。接下来介绍具体的驱动程序。

管脚分配如图所示：

宏定义：

//SCL-P1.3,SDA-P1.6

#define SCCB_SIC_H()     P1OUT|=BIT3 

#define SCCB_SIC_L()     P1OUT&=~BIT3  

#define SCCB_SID_H()     P1OUT|=BIT6

#define SCCB_SID_L()     P1OUT&=~BIT6

#define SCCB_SID_IN      P1DIR &= ~BIT6    

#define SCCB_SID_OUT     P1DIR |= BIT6   

#define SCCB_SID_STATE P1IN&BIT6

#define OE_L    P4OUT &= ~BIT3

#define OE_H    P4OUT |= BIT3

#define RCLK_L  P4OUT &= ~BIT4

#define RCLK_H  P4OUT |= BIT4

#define WEN_L   P4OUT &= ~BIT5

#define WEN_H   P4OUT |= BIT5

#define WRST_L  P4OUT &= ~BIT6

#define WRST_H  P4OUT |= BIT6

#define RRST_L  P4OUT &= ~BIT7

#define RRST_H  P4OUT |= BIT7

//像素存储

#define piexl_w 320

#define piexl_h 240

OV7670初始化程序：

unsigned char ov7670_init(void)

{

  unsigned int i=0;

  unsigned char temp;

  //VSYNC-P1.0

  //上拉输入，外部中断

  P1DIR &= ~BIT0;

  P1REN |= BIT0;

  P1OUT |= BIT0;//上拉输入

  //FIFO数据输入引脚

  //D0-D3--P6.4-P6.7,D4-D7--P7.4--P7.7

  //上拉输入

  P6DIR &= 0x0f;

  P6REN |= 0xf0;

  P6OUT |= 0xf0;

  P7DIR &= 0x0f;

  P7REN |= 0xf0;

  P7OUT |= 0xf0;

  //OE-P4.3,RCLK-P4.4,WEN-P4.5,WRST-P4.6,RRST-P4.7

  //输出

  P4DIR |= 0xf8;

  P4OUT |= 0xf8;

  SCCB_init();

        //读写寄存器函数出现错误

if(wr_Sensor_Reg(0x12,0x80)!= 0 ) //Reset SCCB

{

          return 1;//错误返回

}

        delay_ms(50);

if(rd_Sensor_Reg(0x0b, &temp) != 0)//读ID

{

return 2 ;//错误返回

}

        if(temp==0x73)//OV7670

{

   for(i=0;i    {

if(wr_Sensor_Reg(OV7670_reg[i][0],OV7670_reg[i][1]) != 0)

{

                    return 3;//错误返回

}

   }

}

        return 0; //ok

}

写寄存器操作函数如下： 

//功能：读OV7660寄存器

//返回：0-成功 其他失败

unsigned char rd_Sensor_Reg(unsigned char regID,unsigned char *regDat)

{

//通过写操作设置寄存器地址

startSCCB();

if(SCCBwriteByte(0x42)==0)//写地址

{

return 1;//错误返回

}

delay_us(100);

  if(SCCBwriteByte(regID)==0)//积存器ID

{

return 2;//错误返回

}

        delay_us(100);

stopSCCB();//发送SCCB 总线停止传输命令

delay_us(100);

//设置寄存器地址后，才是读

startSCCB();

if(SCCBwriteByte(0x43)==0)//读地址

{

return 3;//错误返回

}

delay_us(100);

  *regDat=SCCBreadByte();//返回读到的值

  noAck();//发送NACK命令

  stopSCCB();//发送SCCB 总线停止传输命令

  return 0;//成功返回

}

 读寄存器操作如下：

//功能：读OV7660寄存器

//返回：0-成功 其他失败

unsigned char rd_Sensor_Reg(unsigned char regID,unsigned char *regDat)

{

//通过写操作设置寄存器地址

startSCCB();

if(SCCBwriteByte(0x42)==0)//写地址

{

return 1;//错误返回

}

delay_us(100);

  if(SCCBwriteByte(regID)==0)//积存器ID

{

return 2;//错误返回

}

        delay_us(100);

stopSCCB();//发送SCCB 总线停止传输命令

delay_us(100);

//设置寄存器地址后，才是读

startSCCB();

if(SCCBwriteByte(0x43)==0)//读地址

{

return 3;//错误返回

}

delay_us(100);

  *regDat=SCCBreadByte();//返回读到的值

  noAck();//发送NACK命令

  stopSCCB();//发送SCCB 总线停止传输命令

  return 0;//成功返回

}

简单的SCCB总线控制协议如下：

/*

-----------------------------------------------

   功能: 初始化SCCB端口，SCL-P1.3,输出，SCL-P1.3,输出

   参数: 无

 返回值: 无

-----------------------------------------------

*/

void SCCB_init(void)

{

  //SDA-P1.6,上拉输入

  P1DIR &= ~BIT6;

  P1REN |= BIT6;

  P1OUT |= BIT6;

  //SCL-P1.3,输出

  P1DIR |= BIT3;

  P1OUT |= BIT3;

  SCCB_SID_OUT;

}

/*

-----------------------------------------------

   功能: start命令,SCCB的起始信号

   参数: 无

 返回值: 无

-----------------------------------------------

*/

void startSCCB(void)

{

    SCCB_SID_H();     //数据线高电平

    SCCB_SIC_H();     //在时钟线高的时候数据线由高至低

    delay_us(50);

    SCCB_SID_L();

    delay_us(50);

    SCCB_SIC_L();     //时钟恢复低电平，单操作函数必要

}

/*

-----------------------------------------------

   功能: stop命令,SCCB的停止信号

   参数: 无

 返回值: 无

-----------------------------------------------

*/

void stopSCCB(void)

{

    SCCB_SID_L();

    delay_us(50);

    SCCB_SIC_H();

    delay_us(50);

    SCCB_SID_H();

    delay_us(50);

}

/*

-----------------------------------------------

   功能: noAck,用于连续读取中的最后一个结束周期

   参数: 无

 返回值: 无

-----------------------------------------------

*/

void noAck(void)

{

delay_us(50);

SCCB_SID_H();

SCCB_SIC_H();

delay_us(50);

SCCB_SIC_L();

delay_us(50);

SCCB_SID_L();

delay_us(50);

}

/*

-----------------------------------------------

   功能: 写入一个字节的数据到SCCB

   参数: 写入数据

 返回值: 发送成功返回1，发送失败返回0

-----------------------------------------------

*/

unsigned int SCCBwriteByte(unsigned int m_data)

{

unsigned char j,tem;

for(j=0;j<8;j++) //循环8次发送数据

{

if(m_data&0x80)

{

                    SCCB_SID_H();

}

else

{

                    SCCB_SID_L();

}

                m_data<<=1;

delay_us(50);

SCCB_SIC_H();

delay_us(50);

SCCB_SIC_L();

}

SCCB_SID_IN;/*设置SDA为输入*/

delay_us(50);

SCCB_SIC_H();

delay_us(50);

if(SCCB_SID_STATE){tem=0;}   //SDA=1发送失败，返回0}

else {tem=1;}   //SDA=0发送成功，返回1

SCCB_SIC_L();

        SCCB_SID_OUT;/*设置SDA为输出*/

return tem;  

}

/*

-----------------------------------------------

   功能: 一个字节数据读取并且返回

   参数: 无

 返回值: 读取到的数据

-----------------------------------------------

*/

unsigned char SCCBreadByte(void)

{

unsigned char read,j;

read = 0x00;

SCCB_SID_IN;/*设置SDA为输入*/

for(j=8;j>0;j--) //循环8次接收数据

{      

delay_us(50);

SCCB_SIC_H();

read=read<<1;

if(SCCB_SID_STATE) 

{

                    read++;

}

                delay_us(50);

SCCB_SIC_L();

}

        SCCB_SID_OUT;/*设置SDA为输出*/

return read;

}

        图像采集最重要的就是FIFO模块如何存储图像数据以及单片机如何读取FIFO模块中的图像数据。其具体的实现步骤如下：

摄像头模块存储图数据的过程为：等待OV7670同步信号、FIFO写指针复位、FIFO写使能、等待第二个OV7670同步信号、FIFO写禁止。

        在存储完一帧图像以后，就可以开始读取图像数据了。读取过程为：FIFO读指针复位、给FIFO读时钟（FIFO_RCLK）、读取第一个像素高字节、给FIFO读时钟、读取第一个像素低字节、给FIFO读时钟、读取第二个像素高字节、循环读取剩余像素、结束。

         因此使用一个外部中断（设计中为P1.0），来捕获帧同步信号，在中断服务函数中开始将OV7670的图像数据存储在FIFO芯片中。然后在一个帧同步信号到来之后，关闭数据存储。这样一帧数据就存储完成。中断服务函数源码如下:

//FIFO模块存储摄像头数据

#pragma vector = PORT1_VECTOR

__interrupt void PORT1_B0_ISR(void)

{

  if(P1IV == 2)

  {

      WRST_L;//开始复位写指针

      WRST_H;//写指针复位结束

      if(ov_sta == 0) 

      {

        WEN_H;

        ov_sta = 1;

      }

      else if(ov_sta == 1) 

      {

        WEN_L;

        ov_sta = 2;

      }

  }

  P1IFG = 0;     //清除标志位

}

      当FIFO芯片中一帧图像数据存储完毕就可以在主函数中进行430对FIFO芯片中数据的读取，特别注意，在读取FIFO芯片中的图像数据时，CS位要置低，否则输入管脚为高阻态。根据时序要求编写程序，源码如下:

/* OE  AL422 FIFO的输出使能引脚 ，OE为低电平时，允许数据输出 ，

  高电平时，数据输出高阻态*/

   OE_L;

if(ov_sta == 2)//读数据

      {

        P1IE &= ~BIT0;//关外部中断

        //设置图像分辨率

        OV7670_Window_Set(180,10,piexl_w,piexl_h);

        RRST_L;//开始复位读指针

        RCLK_L;

        RCLK_H;

        RCLK_L;

        RRST_H;//读指针复位结束

        RCLK_H;

        for(unsigned int p=0;p < piexl_h;p++)//传输图像piexl_w*piexl_h

        {

          for(unsigned int j=0;j < piexl_w;j++)

          {

            RCLK_L;

            FIFO_1 = P6IN&0xf0;

            FIFO_2 = P7IN&0xf0;

            FIFO_data = (FIFO_1>>4)|FIFO_2;

            data_fifo[0] = FIFO_data;//读取高字节

            RCLK_H;  

            RCLK_L;

            FIFO_1 = P6IN&0xf0;//读取低字节

            FIFO_2 = P7IN&0xf0;

            FIFO_data = (FIFO_1>>4)|FIFO_2;

            data_fifo[1] = FIFO_data;

            RCLK_H; 

          }  

        }

        ov_sta = 0;