_修改版_基于OV7670的图像采集及显示系统设计

_修改版_基于OV7670的图像采集及显示系统设计 基于OV7670的图像采集及显示系统设计 摘要:介绍了一种采用OV7670图像传感器采集图像数据，并以Altera的NIOSII软核处理器作为主控制器的系统设计。此设计实现了高速的图像数据采集，并可将图像数据通过2.8寸的TFT液晶显示屏实时显示出来。关键词:图像传感器;SCCB总线;NIOSII;图像数据;TFTLCD 中图分类号:TP273 文献标识号:A 1、系统设计 本系统采用的FPGA为Altera的Cyclone II系列的EP2C8Q208，具有8256个LEs，36个M4K RAM blocks (4Kbits plus 512 parity bits)，同时具有165,888bit的RAM，支持18个Embedded multipliers和2个PLL，资源配备十分丰富。在它里面配置了NIOSII软核处理器，工作时钟频率可达到100MHz以上，并能稳定运行。图像数据的采集控制以及TFT液晶图像显示控制都是由FPGA完成，为获取高质量的图像数据及显示提供可靠保障。 2、图像数据采集 2.1 SCCB总线 图2 SCCB时序图 SCCB总线的驱动程序由NIOSII软核来模拟SCCB时序完成。先在SOPC Builder中配置两个IO口模块，一个设置为输出口SIO_C，另一个做为双向口SIO_D，如图3所示。然后在Nios II IDE 软件中用C语言根据SCCB协议编写驱动程序。 图3 SCCB接口的硬件配置 2.2 图像数据处理 输入信号OV7670_VSYNC是图像传感器的帧同步信号，当帧同步信号为低时输出图像数据，为高时结束一帧图像数据的输出。tftlcd_wr输出信号为TFTLCD的写时钟信号,在时钟的上升沿把16位的像素数据tftlcd_DATA[15:0]写入到TFTLCD的GRAM中。图5为图像数据处理模块仿真时序图，满足了设计的要求。 图5 OV7670图像数据处理模块仿真时序图 3、 图像数据的显示 由图像传感器输出的图像数据经过处理后传送到TFTLCD显示。如图6所示为TFTLCD写GRAM的时序图，NCS片选低电平有效，RW_NRD为高电平是LCD处于写数据状态，E_NWR为写数据时钟，在上升沿写入16位数据。在写入图像数据前，需要先发送写数据寄存器0x22,接下来就可以连续发送图像数据，TFTLCD的GRAM地址会自动增加，直到完成一帧图像的发送显示。 图6 TFTLCD写GRAM时序图 为了实现图像数据的帧同步显示，需要在NIOSII软核引入中断处理程序。在OV7670图像传感器的帧同步信号VSYNC上升沿到来时，就进入到中断服务程序。程序的主要功能是把显示控制权交给NIOSII软核，对TFTLCD的重要参数重新初始化，重新确定起始地址的位置，然后再把显示控制权恢复。这样在下一帧数据输出时就会从起始地址开始显示，实现了图像数据的帧同步显示。中断服务程序的代码如下。 void ISR_VSYNC(void * context, unsigned long id) { SELECT_CTR_H(); Set_Wingdows( 0,0,319,239); Init_Data(0x0016,0x0028); WMLCDCOM(0x0022); SELECT_CTR_L(); OV7670_VSYNC->EDGE_CAPTURE=0; } 4、 软件设计 整个系统必须在软件的支持下才能正常工作。本设计在SOPC平台上进行NIOSII处理器硬件配置，在Quartus II软件进行OV7670图像数据处理模块的设计以及编译综合仿真，最后在NIOS II IDE环境下编写调试所需的软件代码，其软件如图7所示。 图7 软件 5、测试结果和分析 系统实现了OV7670采集图像并在TFTLCD上显示，图像画面清晰流畅，图像质量较好，如图8所示。OV7670图像传感器的工作时钟为24MHz，采集速度达到每秒30帧，有效像素达到30万，它灵敏度高适合低照度应用及低电压嵌入式应用。 6、 结论 OmniVision公司推出的OV7670图像传感器采用了专有的OmniPixel传感架构，从而提高信噪比和低光照下的性能,应用范围较广，特别适合移动式设备，如汽车后视系统，机器人图像识别系统等。 参考文献 [1] 夏宇闻.Verilog HDL 数字系统设计.北京航空航天大学出版,2003.7 [2] 周立功.单片机与CPLD综合应用技术.北京航空航天大学出版,2003.7 [3] 周立功. EDA实验与实践. 北京航空航天大学出版,2007.9 [4] 江国强.EDA技术与应用.电子工业出版社.2006.7 [5] 罗均，吴克松，廖红华.基于NIOS II的图像采集和显示的实现.电子技术应用,2007(2) [6] 潘松，黄继业，曾毓.SOPC技术实用教程.清华大学出版社，2005