2 總體設(shè)計(jì)方案及論證2.1 總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)主要由幾個(gè)模塊組成：
1). 圖像采集模塊：OV7670攝像頭通過(guò)設(shè)置參數(shù)采集圖像，將采集到的圖像存儲(chǔ)在AL422里；
2). 控制處理模塊：STM32將存儲(chǔ)在AL422內(nèi)部的數(shù)字代碼提取出來(lái)，同時(shí)控制液晶顯示屏TFT；
3). TFT液晶顯示模塊：經(jīng)過(guò)STM32處理后的數(shù)據(jù)在TFT上顯示。
總體設(shè)計(jì)方案流程圖如圖2-1所示。
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圖2- 1 總體設(shè)計(jì)方案流程圖
2.2 總體設(shè)計(jì)方案論證2.2.1 攝像頭的選擇- 模擬攝像頭（CCD和模擬CMOS）+ LM1881
優(yōu)點(diǎn)：成本低（LM1881只要10元，攝像頭只要45元）；方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單（只需根據(jù)幾個(gè)同步信號(hào)，開(kāi)啟AD連續(xù)采集即可）；
缺點(diǎn)：需要A/D速度支持，以獲得高分辨率。A/D速度與MCU總線時(shí)鐘有關(guān)，所以需要超頻，但MCU穩(wěn)定性必須犧牲。
- 模擬攝像頭（CCD和模擬CMOS） + SAA7113視頻解碼 + AL422B
優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)典的圖像采集方案，為各視頻采集卡和其他產(chǎn)品所應(yīng)用，能完整采集整幅圖像。攝像頭兼容性好，可以隨時(shí)更換更好的攝像頭，獲得更清晰圖像，而采集部分軟硬件不需要做太大改變；
缺點(diǎn)：方案復(fù)雜，涉及大量邏輯操作，一般用CPLD或FPGA配合。在智能車(chē)比賽中，規(guī)定不能使用可編程器件，使用74做邏輯功能，控制幾個(gè)芯片較為復(fù)雜，體積、可靠性都很難保證，制作難度較大。涉及IIC操作，增加調(diào)試時(shí)間難度。
- 數(shù)字?jǐn)z像頭（數(shù)字CMOS和OV7620等）
優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字?jǐn)z像頭方案，采集簡(jiǎn)單，無(wú)需A/D；
缺點(diǎn)：與模擬攝像頭+AD類(lèi)似，采集分辨率與MCU頻率相關(guān)。數(shù)字?jǐn)z像頭信號(hào)輸出頻率可高達(dá)13.5MHz，沒(méi)有DMA功能MCU從IO讀信號(hào)再寫(xiě)入內(nèi)存，速度跟不上，同樣需要犧牲穩(wěn)定性進(jìn)行超頻使用。因?yàn)闆](méi)有引入PCLK視頻同步信號(hào)，直接采集CMOS數(shù)據(jù)口，有可能會(huì)采集到不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)（即CMOS數(shù)據(jù)口狀態(tài)正在改變時(shí)）這一點(diǎn)可能造成嚴(yán)重的干擾。
- 數(shù)字?jǐn)z像頭（數(shù)字CMOS和OV7670等）+ FIFO
優(yōu)點(diǎn)：采用FIFO作為緩沖，可以采集完整圖像。圖像采集分辨率與FIFO容量有關(guān)；
缺點(diǎn)：FIFO容量大，若使用視頻FIFO，性?xún)r(jià)比較高。
選擇方案：經(jīng)過(guò)對(duì)以上幾種方法的比較，方案四可行性比較高，同時(shí)價(jià)格也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便宜，而且數(shù)字信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)利用更加簡(jiǎn)單，對(duì)于現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)更方便。
2.2.2 處理芯片的選擇優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于ATmega16的使用比較熟練；
缺點(diǎn)：ATmega16的flash相對(duì)較小，處理速度較慢，不適宜快速處理圖像信息，對(duì)信息由一定的延時(shí)顯示。
優(yōu)點(diǎn)：flash相對(duì)于ATmega16的較大，處理速度也更加的快；
缺點(diǎn)：價(jià)格相對(duì)于ATmega16來(lái)說(shuō)較貴。
選擇方案：為了更好地處理圖像信息，使數(shù)據(jù)信息更好地采集，采用STM32系列芯片來(lái)作為處理芯片。
2.2.3 圖像顯示器的選擇優(yōu)點(diǎn)：2.4寸TFT液晶顯示屏，大小為240X320，顯示圖像范圍較大；
缺點(diǎn)：TFT供電是3.3V，單片機(jī)供電為5V，需要外圍轉(zhuǎn)換電路。
優(yōu)點(diǎn)：顯示程序簡(jiǎn)單，可以供給5V電壓，與單片機(jī)供電電壓相同；
缺點(diǎn)：顯示圖像較小。
選擇方案：由于STM32采集的數(shù)據(jù)為240X320X2的數(shù)據(jù)，剛好是2.4寸的TFT液晶顯示屏的數(shù)據(jù)，所以使用TFT液晶顯示屏比5110顯示屏更加的好，這樣就不需要去設(shè)置一些數(shù)據(jù)，免去一些麻煩。
2.2.4 FIFO的選擇由于速度及程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間的限制,要存儲(chǔ)每秒30幀,640×480像素大小的一副圖像,是相當(dāng)困難的，而FIFO 芯片AL422的出現(xiàn),解決了這一難題。AL422是 Aver Logic 公司推出的一個(gè)存儲(chǔ)容量為393216字節(jié)×8 位的FIFO存儲(chǔ)芯片，其所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成。AL422是一款容量很大，而且可存儲(chǔ)一幅圖像的完整信息的幀存儲(chǔ)器芯片，AL422的工作頻率可達(dá)50MHZ。
具有以下特點(diǎn)：
- 具有384X8Bits FIFO，支持VGA，CCIR，PAL等多種分辨率；
- 可進(jìn)行獨(dú)立的讀寫(xiě)操作；
- 可高速異步串行存取，讀寫(xiě)時(shí)鐘周期為20ns；
- 內(nèi)含輸出使能控制，并能夠自行刷新數(shù)據(jù)；
（5）工作電壓為5V或3.3V，采用標(biāo)準(zhǔn)的28腳SOP封裝。
選擇方案：為了讀取一幅完整的圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)AL422價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便宜，因此選擇AL422作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。
2.3 硬件設(shè)計(jì)2.3.1 處理芯片STM32的設(shè)計(jì)對(duì)于處理芯片的設(shè)計(jì)，開(kāi)始考慮自己設(shè)計(jì)處理芯片整體PCB布局，考慮到可能出現(xiàn)雙面板的問(wèn)題，因此直接購(gòu)買(mǎi)了處理芯片部分。處理芯片原理圖見(jiàn)附加pdf文件。
2.3.2 攝像頭原理圖設(shè)計(jì)基于攝像頭與AL422的配合使用，把攝像頭與AL422直接放在一個(gè)模塊上比較穩(wěn)定，減少其他干擾因素(連線問(wèn)題、電產(chǎn)生的磁場(chǎng))的影響，因此把攝像頭與AL422放置在一起。原理圖如圖2-2所示。
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圖2- 2 攝像頭與存儲(chǔ)器連接原理圖
3 項(xiàng)目總結(jié)在這次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試與改進(jìn)，基于STM32的視頻處理并將采集到的圖像信息顯示在TFT液晶顯示屏上成功完成。在制作的過(guò)程中，遇到許多的問(wèn)題，大概如下：
（1）在前期準(zhǔn)備過(guò)程中，由于對(duì)于攝像頭的原理及種類(lèi)選擇了解甚少，所以在對(duì)攝像頭的種類(lèi)選擇過(guò)程中舉棋不定；
（2）在對(duì)攝像頭的基礎(chǔ)知識(shí)有了一定了解后，對(duì)攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)如何處理這個(gè)問(wèn)題上又有了比較大的問(wèn)題，是直接處理數(shù)據(jù)，還是先把采集到的圖像信息存儲(chǔ)起來(lái)再進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)比較，我們采用了后者；后者的優(yōu)點(diǎn)在于把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，一方面可以防止數(shù)據(jù)丟失，另外一方面可以避免一下處理太大的數(shù)據(jù)；
（3）對(duì)于攝像頭方面的問(wèn)題有了大概解決辦法后，對(duì)于處理芯片的選擇又有問(wèn)題了；在前期準(zhǔn)備用DSP作為處理芯片，由于是第一次接觸并應(yīng)用，對(duì)于復(fù)雜的DSP來(lái)說(shuō)，在短期內(nèi)把它學(xué)懂并且用來(lái)做項(xiàng)目是有一定困難的，其次對(duì)于DSP的購(gòu)買(mǎi)能力也是一定的，因此，最后采用了綜合效果較好的STM32作為處理芯片。
（4）在一步步把程序調(diào)通之后圖像顯示比較清晰，但為了精度能更高一點(diǎn)，于是對(duì)軟件和硬件進(jìn)行
經(jīng)過(guò)這次項(xiàng)目，對(duì)于攝像頭的處理方面的一些知識(shí)也有了很大的提升，另外對(duì)于處理芯片STM32的知識(shí)掌握也有很大提高，讓自己也多學(xué)會(huì)了一款單片機(jī)，對(duì)于自己以后的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)。
基于攝像頭圖像采集的STM32處理系統(tǒng)項(xiàng)目研究報(bào)告.doc
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