单片机控制摄像头摄像、显示系统111

单片机控制摄像头摄像、显示系统111 1 单片机控制摄像头摄像、显示系统 系 别 尚德光伏学院 专 业 微电子技术 班 级 0801 学生姓名 丁良林 学 号 100080253 指导教师 陆亚青 2011年 4 月 无锡 科技职业学院毕业设计 单片机控制摄像头摄像、显示系统 1 单片机控制摄像 头摄像、显示系统 摘要本项目主要是通过是S12XS128单片机来控制摄像头的正常 工作并由该单片机送到电脑上。其实很简单就是通过单片机来控制摄像头来拍照然 后单片机再将拍摄到的图片传输到电脑上显示让人眼能看到所拍摄的画面。所选的 MC9S12XS128 单片机产品满足了用户对设计灵活性和平台兼容性的需求并在一系 列汽车电子平台上实现了可升级性、硬件和软件可重用性、以及兼容性。 它为用户 削减了成本并缩小了封装尺寸。该项目在很多领域都有广泛的应用例如大学生智能 车制作和监控系统。例外选的OV7620是一款CMOS摄像头器件是一款彩色CMOS型 图像采集集成芯片提供高性能的单一小体积封装该器件分辨率可以达到640X480传 输速率可以达到30帧。 关键词MC9S12XS128单片机OV7620摄像头显示系统 无锡 科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 2 abstract Abstractthis project mainly through is S12XS128 single ship controlling of the camera normal work and by the single-chip microcomputer to computer. Actually very simple is through the single ship controlling camera to take photos and then again to photograph of single-chip computer images transmitted to display on let the human eye can see the picture taken. Selected MC9S12XS128 microcontroller products meet the user to design flexibility and platform compatibility needs and in a series of automobile electronic platform achieved scalability the hardware and software reusability and compatibility. It for the user cut costs and reduce the encapsulation size. This project in many fields are widely used such as college students intelligent car production and monitoring system. Exception chosen OV7620 is a section CMOS camera device is a new color CMOS type image acquisition integrated chips to supply high-performance single small volume encapsulation this device resolution can achieve 640X480 transmission rate can reach 30 frames. Key wordsMC9S12XS128 microcontroller OV7620 cameras the display system. 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 3 目录 前 言 .......................................................................................................................................... ......... 1 第一章 系统的结构和功能现 象 ..................................................................................................... 1 11 系统的总体结 构 ............................................................................................................. 1 1.2功能及现 象 ........................................................................................................................ 2 第二章 飞思卡尔XS128单片机介绍 ............................................................................................. 1 2.1 XS128特性与封 装 ............................................................................................................ 1 2.2单片机和相 关引脚介绍 .................................................................................................... 3 第三章 OV7620摄像头 .................................................................................................................... 1 3.1 OV7620各模块介 绍 .......................................................................................................... 1 3.1.2本摄像头模 块新增特点 ............................................................................................ 1 第四章 单片 机的连接与编程 ......................................................................................................... 2 4.1 XS128最小系统 ................................................................................................................ 2 4.2 XS128与OV7620的硬件连 接 .......................................................................................... 2 4.3 MC9S12XS128最小系统测试程序 .................................................................................... 1 4.4 摄像头摄像及PC显示程序 ............................................................................................. 2 总结 .......................................................................................................................................... ......... 2 致 谢 .......................................................................................................................................... ......... 1 参考文 献 ........................................................................................................................................... 1 附 录 .......................................................................................................................................... ....... 2 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 1 前言 我们本次设计主要功能是用MC9S12XS128单片机来控制摄像头OV7620的正常工作并且在电脑上显示接受的图像和数据也就是通过XS128单片机输出摄像头采集到的图像经PC串口在电脑上的上位机软件上显示。为了达到控制的目的我们做了很多次尝试性研究。 虽然我们课题只需研究单片机控制摄像头的工作但是这个产品有很大的发展前景比如单片机控制摄像头在大学生智能车大赛的广泛应用利用摄像头采集赛道来控制小车的行驶方向。还有许多公司和学校用到的远程摄像头监控系统也是该项目的扩展它是把采集到的图像信息在电脑上显示或者在TFT真彩显示频上显示并在单片机上加一个无线发送器显示器上装上接受器便可作一个监视系统。 当然他的功能还远远不止这些有的已经开始应用于生产生活有的还有待于开发数字摄像头对图像的采集与处理比模拟摄像头更快更清晰模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号装换成数字模式并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像然后通过串、并口或者USB传到计算机里。S12XS产品满足了用户对设计灵活性和平台兼容性的需求并在一系列汽车电子平台上实现了可升级性、硬件和软件可重用性、以及兼容性可以经济而又兼容地扩展至带XGate 协处理器的S12XE 系列单片机从而为用户削减了成本并缩小了封装尺寸。它帮助设计者迅速抓住市场机遇同时还能降低移植成本。 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 1 第一章 系统的结构和功能现象 11 系统的总体结构 XS128单片机控制摄像头摄像为了实现视频采集考虑综合性价比等因素核心控制器选用Freescale公司的16位高性能单片机——MC9S12XS128。它的最高总线速度40MHz7 us 10-位单次转换时间用于采集视频。 采样系统的硬件部分使用OV7620数字摄像头是一种CMOS 图像传感器它被广泛应用在网络摄像头、摄像手机等产品中。 本系统的总体结构图如图1-1所示 图1-1 系统的总体结构 主控制器也就是MC9S12XS128单片机摄像头采用的是ov7620摄像头。采集程序通过下载器下载到单片机利用单片机控制ov7620采集图像并通过3芯转DB9RS-232串口通信线利用上位机软件在pc显示。 本系统的核心控制板实际是MC9S12XS128单片机的最小硬件系统。它由时钟晶振电路、BDM接口电路、复位电路、MC9S12XS128芯片、滤波电路、电容及接插件等构成。另外BDM背景调试模块来向目标板下载程序以将MC9S12XS128内部128kb FLASH中的程序擦除这是BDM的编程功能。通过单片机只需要6针插头将信息引出并和BDM调试器连接。 其中BKCD是背景调试引脚它可用自定义并通过BDM调试工具进行单线双向通信从而进行实时在线调试。 无 锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 2 1.2功能及现象 本项目的功能是黑白图片的采集并在电脑上显示。 现象如图1-2所示 图1-2 拍摄的图片及现象图 本设计中我们采用的xs128单片机其数据存储器的存储数据空间只有8k所以采集到的图像只有一部分能够显示。我们可以在外部加上一个存储芯片用以扩大它的存储空间。Al422b存储芯片有384×8bit的先进先出存储系统支持VGA CCIRNTSC PAL and HDTV各种制式独立的读写操作高速异步处理通道3.3V供电满足了我们本次设计对存储器的要求利用该芯片将采集到的图像存储起来在电脑上就能显示所拍到的整个图片。 BDMBackgroud Debug Mode是后台调试模式该调试模式不仅允许调试单 片机还能往单片机中下载程序更重要的是它属非侵入式的调试模式特别 适合嵌入式实时系统调试是近年来逐渐流行起来的先进调试模式采用这种调 试模式来调试程序需要专门的BDM 调试器调试器调试目标单片机时与其采用单线半双工串行通信因此只占用目标单片机一根IO 线另外该调试模式允许调试器给目标单片机供电。BDM 调试器用于初次向目标板下载程序也可用于擦除目标板MCU 的FLASH 中的旧程序简单的说就是BDM 调试器的FLASH 写入、擦除功能也称为编程功能。其还支持大量的调试命令不过要看单片机本身的BDM 接口是否接受调试命令。S12 单片机的BDM 接口可以提供很多调试信息包括CPU运行时的动态信息。实际上与之通信的BDM 调试器内部有一个单片机。 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 1 第二章 飞思卡尔XS128单片机介绍 2.1 XS128特性与封装 MC9S12XS128单片机是Freescall公司推出的S12系列单片机中的一款增强型16位单片机片内资源丰富接口模块包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等在汽车电子应用领域具有广泛的用途。XS128在flash存储控制及加密方面有强大的功能。XS128单片机片内资源包括8K RAM、128K Flash、2K EEPROMSCI、SPI、PWM串行接口模块脉宽调制PWM模块可设置成4路8位或者2路16位逻辑时钟选择频率宽。它包括两个8路10位精确A/D转换器控制器局域网模块CAN增强型捕捉定时器并支持背景调试模式。XS128有128-pin和80-pin两种封装形式80-pin封装偏激并没有引出用于扩展的端口只引出一个8路A/D接口。 S12XS 16位微控制器系列针对一系列成本敏感型汽车车身电子应用进行了优化。 S12XS产品满足了我们使用者对设计灵活性和平台兼容性的需求并在一系列汽车电子平台上实现了可升级性、硬件和软件可重用性、以及兼容性。 S12XS系列可以经济而又兼容地扩展至带XGate 协处理器的S12XE 系列单片机从而为我们削减了成本并缩小了封装尺寸。S12XS 系列帮助设计者迅速抓住市场机遇同时还能降低移植成本。 它的主要特性 S12X CPU最高总线速度40MHz 64KB、128KB和256KB 闪存选项均带有错误校正功能 ECC 带有ECC 的4KB 至8KB Data Flash用于实现数据或程序存储 。 可配置8 、10或12位模数转换器ADC转换时间3μs 支持控制区域网 出色的EMC及运行和停止省电模式CAN、本地互联网LIN和串行外设接口SPI协议模块 带有16-位计数器的、8-通道定时器 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 2 出色的EMC及运行和停止省电模式无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 1 我们在本设计应用到的是S12XS系列中的XS128单片机其引脚有三种封装选择112引脚80引脚和64引脚 我们选用80引脚的封装图2-1如下 图2-1 MC9S12XS128单片机80引脚图 PWM调制波有8个输出通道每一个输出通道都可以独立的进行输出。每一个输出通道都有一个精确的计数器计算脉冲的个 数一个周期控制寄存器和两个可供选择的时钟源。每一个PWM输出通道都能调制出占空比从0—100变化的波形。每一个通道的PWM输出使能都可以由编程来控制。PWM输出波形的翻转控制可以通过编程来实现。周期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或PWM计数器为0时改变周期和脉宽才起作用。8字节或16字节的通道协议。有4个时钟源可供选择A、SA、B、SB他们提供了一个宽范围的时钟频率。通过编程可以实现希望的时钟周期。具有遇到紧急情况关闭程序的功能。每一个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出. 对于该芯片 ABD口作为普通的I/O口输入输出 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 2 E口与IRQ和XIRQ的中断输入有关 T口与计时器1有关 P口连接PWM输入可用作外部中断输入接口 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 3 2.2单片机和相关引脚介绍 单片机的最小系统就是单片机时钟电路复位电路电源组成也就是能够使单片机运转起起来所必需的电路如图2-2所示 图2-2 MC9S12XS128单片机的最小系统电路图 该模块的J3为串口线连接PC机与单片机的3芯座三个引脚分别是TTransmitRReceiveGGND实现单片机与PC串口的收发功能。 模块中RS232芯片——串口通信的组成部分 J4为6芯下载接口实现程序下载功能 电源为5V直流电压 晶振是16M 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 8 1 单片机的大部分I/O端口都通过两个32芯插头引出图中J1J2即为xs128引出的引脚具体对应引脚如下表表2-2 表2-2对应引脚 J1 J2 1 VCC 2 VCC 1 GND 2 GND 3 RS-232R0 4 RS-232T0 3 NC 4 NC 5 PJ7 6 PJ6 5 VRL 6 VRH 7 SCK0 8 MOSI0 7 RXD1 8 TXD1 9 SS0 10 MISO0 9 AN07 10 AN06 11 PM1 12 PM0 11 AN05 12 AN04 13 PP7 14 PP5 13 AN03 14 AN02 15 PP4 16 PP3 15 AN01 16 AN00 17 PP2 18 PP1 17 PA7 18 PA6 19 PP0 20 PT0 19 PA5 20 PA4 21 PT1 22 PT2 21 PA3 22 PA2 23 PT3 24 PT4 23 PA1 24 PA0 25 PT5 26 PT6 25 PB6 26 PB5 27 PT7 28 PB0 27 PE4 28 PB7 29 PB1 30 PB2 29 PE3 30 PE2 31 PB3 32 PB4 31 XIRQ 32 IRQ 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 8 2 图2-2 MC9S12XS1288引脚定义图 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 8 1 第三章 OV7620摄像头 3.1 OV7620各模块介绍 图像采集时为了减小的硬件复杂度增强模块的独立性。我们采用OV7620数字摄像头。 0V7620 如图3-1所示是一种CMOS 图像传感器它被广泛应用在网络摄像头、摄像手机等产品中。 图3-1 OV7620实景图 OV7620是一款CMOS摄像头器件是一款彩色CMOS型图像采集集成芯片提供高性能的单一小体积封装该器件分辨率可以达到640X480传输速率可以达到30帧。OV7620是CMOS 彩色黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方式VGA 与QVGA 两种图像格式最高像素为664×492帧速率为30fp8数据格式包括YUV、YCrCb、RGB 三种能够满足一般图像采集系统的要求。OV7620 内部可编程功能寄存器的设置有上电模式和SCCB 编程模式。本系统采用SCCB 编程模式连续扫描16位RGB 数据输出。还有许多新增的特点过压保护实测5-30V耐压回复5V供电摄像头仍可正常工作过流保护模块启动自动保护电流100mA防反接保护模块实测反接30V电压一分钟后恢复5V供电仍可工作正常dovdd数字电源接口在默认情况下模块dovdd接口提供3.3V电压则各数字管脚输出3.3V信号从而兼容3.3系统。 HQ7620摄像头模块是基于Omnivision公司的CMOS图像传感器--- OV7620的设计1/3英寸数字式CMOS图像传感器OV7620总有效像素单元为664水平方向×492垂直方向像素内置10位双通道A/D转换器输出8位图像数据具有自动增益和自 动白平衡控制能进行亮度、对比度、无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 8 2 饱和度、γ校正等多种调节功能其视频时序产生电路可产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种时序信号5V电源供电工作时功耗lt120mW待机时功耗lt10μW。可应用于数码相机、电脑摄像头、可视电话、第三代网络摄像机、手机、智能型安全系统、汽车倒车雷达、玩具以及工业、医疗等多种用途。 系统硬件结构框图如图3-2所示 图2-5 OV7620开发板电路原理图 基本参数 基本参数 大 小33x27x24mm 电 源DC5V ?5 扫描方式逐行/隔行扫描 最低照度2.5 lux at f1.4 3000k 信 噪 比gt 48 dB 最大像素H664 x V492有效像素30万H640 x V480 耐 压?30VDC 无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 8 3 工作电流20mA最大40mA 工作温度0-85? 存储温度-25-105? 图像制式N制式无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显示系统 9 1 功能 ? 高灵敏度适合低照度应用 ? 低电压适合嵌入式应用 ? 标准的SCCB接口兼容I2C接口 ? RawRGBRGBGRB4:2:2RGB565/555/444YUV 4:2:2和YCbCr4:2:2输出格式 ? 支持VGACIF和从CIF到40x30的各种尺寸 ? VarioPixel 子采样方式 ? 自动影响控制功能包括自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡自动消除灯光条 纹、自动黑电平校准.图像质量控制包括色饱 和度、色相、伽玛、锐度和ANTI_BLOOM ? ISP具有消除噪声和坏点补偿功能 ? 支持闪光灯LED灯和氙灯 ? 支持图像缩放 ? 镜头失光补偿 ? 50/60Hz自动检测 ? 饱和度自动调节UV调整 ? 边缘增强自动调节 ? 降噪自动调节 3.1.2本摄像头模块新增特点 1.过压保护实测5-30V耐压恢复5V供电摄像头仍可正常 作 2.过流保护模块启动保护电流100mA 3.防反接保护模块实测反接30V电压1分钟后恢复5V供电仍可正常工作 4.dovdd数字电源接口在默认情况下模块dovdd跳线跳在5V上各数字管无锡科技职业学院毕业设计论文 单片机控制摄像头摄像、显.