sensor研究（一）——基础知识

文章推荐：见附录一
http://www.tuicool.com/articles/mYnqeuv


行消隐和场消隐

在将光信号转换为电信号的扫描过程中，扫描总是从图像的左上角开始，水平向前行进，同时扫描点也以较慢的速率向下移动。当扫描点到达图像右侧边缘时，扫描点快速返回左侧，重新开始在第1行的起点下面进行第2行扫描，行与行之间的返回过程称为水平消隐。一幅完整的图像扫描信号，由水平消隐间隔分开的行信号序列构成，称为一帧。扫描点扫描完一帧后，要从图像的右下角返回到图像的左上角，开始新一帧的扫描，这一时间间隔，叫做垂直消隐，也称场消隐（VBlank）。

附录一：

转载请注明出处：http://blog.csdn.net/lxk7280

智能车摄像头组的初期学习中，虽然有不少摄像头优于OV7620，但是相信大部分的车友第一个接触的都是OV7620。下面 从其特性和性能等角度，剖析摄像头的特点。

摄像头的输出格 式有R GB565，YUY422等格式，我所接触的第一个摄像头OV7620的输出格式是YUV422 。下面给大家介绍一下YUV422。

什么是YUV422？

人的眼睛对低频信号比对高频信号具有更高的敏感度，事实上，人的眼睛对明视度的改变比对色彩的改变要敏感的多。因此，人们将RGB三色信号改为YUV来表示，其中Y为灰度，UV为色差。如果是表示一副彩色图像，同样的道理，YUV444是无损的存储方式，但是需要3个字节，存储空间开销很大。由于Y分量比UV分量重要的多，因此人们用YUV422来表示。这样一来图像被压缩了很多，一个字节就可以表示其彩色的信息。

对于OV7620，它有2 组并行的数据口Y[7..0]和UV[7..0]，其中对于数据口Y[7..0]，输出的是灰度值Y，对于UV[7..0]输出的色度信号UV。下图给出了k 个 像素（K 个字节）输出的格式。



OV7620的几个优点：

第一，OV7620的电平兼容3.3V和5V。目前智能车用户用到的处理器基本上可以分为XS128和K60和KL25三种控制器，而这三种控制器的工作电平分别是5V和3.3V和3.3V。OV7620可以完全适应这两种电平，XS128和K60和KL25可以随性切换，无需做电平匹配。 （要注意的是当OV7620接5v和3.3v的时候，输出的效果是不同的，建议在5v的电压下使用，因为在3.3v的电压下使用比较难调，输出的16进制数据清一色偏小。）

同样的情况下：

3.3V下： 5v下：





第二，OV7620的帧率是60帧/s。新手学习摄像头的时候，误以为摄像头帧率越快越好，其实不然。就拿OV7620来说，其PCLK(像素中断)的周期是73ns，该频率下的PCLK很容易被K60的IO捕捉，如果帧率更快的摄像头，其PCLK的周期就会更小，该频率下PCLK不易被K60的IO捕捉到。 （但是鹰眼摄像头不然，火哥的鹰眼摄像头理论上宣传的是150帧每秒，但是他并不是通过PCLK的周期减小从而获得效果的，鹰眼摄像头的高明之处在于它在硬件二值化之后，每一次PCLK中断对外输出了8个像素，而不是1个像素。鹰眼摄像头已经买来了，以后有机会会试试效果。）

第三：OV7620的分辨率也是非常合适的，在第三篇也提到OV7620是隔行扫描，采集VSYN的话，其输出分辨率是640*240。如果改为QVGA格式，默认输出分辨率是320*120，该分辨率下非常适合采集赛道，数据容量有限又不会失真图像。（OV7620的分辨率可以通过SCCB修改，有兴趣修改的可以去查看OV7620的寄存器配置，然后通过SCCB修改。）

只有掌握了OV7620的时序，才能灵活得使用OV7620。下面开始本篇的重点：OV7620时序分析。

。



VSYN 的周期是16.64ms，高电平时间为换场时间，约80us；低电平时间内像素输出。我们在采集VSYN脉冲时，既可以采集上升沿，也可以采集下降沿，采集下降沿更准确些，这也是一场的开始。从VSYN的周期可以算出，1s/16.64ms=60帧，OV7620的帧率是60帧/s。

HREF的周期63.6us，高电平时间为像素输出时间，约47us；低电平时间为换行时间，因此采集HREF一定要采集其上升沿，下降沿后的数据是无效的。从HREF的周期可以算出，16.64ms/63.6us≈261，除去期间的间隙时间，可以算出每场图像有240行。

PCLK的周期是73ns，高电平输出像素，低电平像素无效。PCLK是一直输出的，因此一定要在触发VSYN并且触发HREF以后，再去捕捉PCLK才能捕捉到像素数据。从PCLK的周期可以算出，47us/73ns≈640，可以算出每行图像中有640个像素点。

介绍完基本知识之后，下面开始写程序了（Keil--K60--C语言）：

在这我分成两部分着重介绍7620的时序程序和贴上SCCB的协议程序（其实原理和处理情况和I2C差不多）：

First ：

首先要对使用到的一些IO口进行初始化处理，四个部分的初始化,

A.像素中断PCLK

B.行中断HREF

C.场中断VSYNC

D.DMA

程序如下：

//初始化OV7620模块
void OV7620_Init()
{
//像素中断 PCLK
GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = OV7620_PCLK_PIN;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_SET;
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_DMA_RISING;
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStruct1.GPIOx = OV7620_PCLK_PORT;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);

//行中断 HREF
GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = OV7620_HREF_PIN;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_SET;
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_RISING;
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_InitStruct1.GPIOx = OV7620_HREF_PORT;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);

// 场中断 VSYNC
GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = OV7620_VSYNC_PIN;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_SET;
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_RISING;   //GPIO_IT_RISING
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;   //GPIO_Mode_IPD
GPIO_InitStruct1.GPIOx = OV7620_VSYNC_PORT;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);

//配置DMA
DMA_InitStruct1.Channelx          = DMA_CH1;         //DMA 1通道
DMA_InitStruct1.PeripheralDMAReq   =PORTC_DMAREQ;    //C端口(PCLK) 上升呀触发
DMA_InitStruct1.MinorLoopLength = 170;               //传输次数 超过摄像头每行像素数即可
DMA_InitStruct1.TransferBytes = 1;                   //每次传输1个字节
DMA_InitStruct1.DMAAutoClose  = ENABLE;              //连续采集
DMA_InitStruct1.EnableState = ENABLE;                //初始化后立即采集

DMA_InitStruct1.SourceBaseAddr =(uint32_t)&PTD->PDIR;//摄像头端口接D0-D7
DMA_InitStruct1.SourceMajorInc = 0;                  //地址不增加
DMA_InitStruct1.SourceDataSize = DMA_SRC_8BIT;       //8BIT数据
DMA_InitStruct1.SourceMinorInc = 0;

DMA_InitStruct1.DestBaseAddr =(uint32_t)DMABuffer;  //DMA 内存  //uint8_t DMABuffer[400];
DMA_InitStruct1.DestMajorInc = 0;
DMA_InitStruct1.DestDataSize = DMA_DST_8BIT;
DMA_InitStruct1.DestMinorInc = 1;                   //每次传输 +1个字节
DMA_Init(&DMA_InitStruct1);
}

然后开始编写场中断函数，编写之前我们需要在心里理一下思绪，在场中断函数里我们要 按照顺序 ，做以下几件事情：

A.确认是否是场中断，确认之后进入处理。

B.清除标志位Flag。 （Flag是用来观察是否处理完一场图像的标志）

C.清除中断标志。

D.计数全部清零。（因为新的一场已经开始）

E.打开行中断，关闭场中断。

void PORTB_IRQHandler(void)//功  能：PORTB 外部中断服务 //V
{
u8 i=9;
if((PORTB->ISFR>>i)==1)
{
Flag = 0;
PORTB->ISFR|=(1<<9);
Row = 0;
Row_Num = 0;
NVIC_EnableIRQ(PORTA_IRQn);//行
NVIC_DisableIRQ(PORTB_IRQn);//场
}

接着编写行中断函数，在行中断中，我们要做以下几件事情：

A.确认是否是行中断。

B.关闭DMA中断，防止提前进入PCLK的采集。

C.跳过消隐区。 （消隐区： 消隐区的出现，在电视机原理上，是因为电子束结束一行扫描，从一行尾换到另一行头，期间的空闲期，这叫做行消隐信号；同理，从一场尾换到另一场尾，期间也会有空闲期，这叫做场消隐信号。 ）

D.进入行采集处理。

E.配置DMA，并且打开DMA中断。

F.行计数加1，表示已经采集完了一行。（因为PCLK的中断周期远远小于HREF的中断周期，所以不需要杞人忧天，担心中断搞得混乱。）

G.当采集完了自己的目标行数之后，标志位Flag修改。并关闭行中断，打开场中断，等待下一次的场中断。

void PORTA_IRQHandler(void)//功  能：PORTA 外部中断服务//Herf
{
u8 i=14;
DMA_SetEnableReq(DMA_CH1,DISABLE);		//close DMA ISr
if((PORTA->ISFR>>i)==1);
{
PORTA->ISFR|=(1<<14);
if(Row_Num++ > 15)  //消隐区啦
{
if(Row_Num%5)	//进入行采集
{
//配置DMA
DMA_InitStruct1.Channelx			 = DMA_CH1;			//DMA 1通道
DMA_InitStruct1.PeripheralDMAReq	=PORTC_DMAREQ;	 //C端口(PCLK) 上升呀触发
DMA_InitStruct1.MinorLoopLength = 170;					//传输次数 超过摄像头每行像素数即可
DMA_InitStruct1.TransferBytes = 1;						 //每次传输1个字节
DMA_InitStruct1.DMAAutoClose  = ENABLE;				  //连续采集
DMA_InitStruct1.EnableState = ENABLE;					 //初始化后立即采集

DMA_InitStruct1.SourceBaseAddr =(uint32_t)&PTD->PDIR;//摄像头端口接D0-D7
DMA_InitStruct1.SourceMajorInc = 0;						//地址不增加
DMA_InitStruct1.SourceDataSize = DMA_SRC_8BIT;		 //8BIT数据
DMA_InitStruct1.SourceMinorInc = 0;

DMA_InitStruct1.DestBaseAddr =(uint32_t)Image[Row];  //DMA 内存  //uint8_t DMABuffer[400];
DMA_InitStruct1.DestMajorInc = 0;
DMA_InitStruct1.DestDataSize = DMA_DST_8BIT;
DMA_InitStruct1.DestMinorInc = 1;						 //每次传输 +1个字节
DMA_Init(&DMA_InitStruct1);
///////////////////////////////////////////////////////
Row ++;
if(Row==MAX_ROW)
{
Flag = 1;
NVIC_DisableIRQ(PORTA_IRQn);//行
NVIC_EnableIRQ(PORTB_IRQn);//场
}
}
}
}
}

最后给大家看一下，DMA的初始化函数，这个函数是超核的库里面的，不是我写的，但是上面的解释很详细了，相信都能看懂。

void DMA_Init(DMA_InitTypeDef *DMA_InitStruct)
{
//参数检查
assert_param(IS_DMA_REQ(DMA_InitStruct->PeripheralDMAReq));
assert_param(IS_DMA_ATTR_SSIZE(DMA_InitStruct->SourceDataSize));
assert_param(IS_DMA_ATTR_DSIZE(DMA_InitStruct->DestDataSize));
assert_param(IS_DMA_CH(DMA_InitStruct->Channelx));
assert_param(IS_DMA_MINOR_LOOP(DMA_InitStruct->MinorLoopLength));

//打开DMA0和DMAMUX时钟源
SIM->SCGC6 |= SIM_SCGC6_DMAMUX_MASK;
SIM->SCGC7 |= SIM_SCGC7_DMA_MASK;
//配置DMA触发源
DMAMUX->CHCFG[DMA_InitStruct->Channelx] = DMAMUX_CHCFG_SOURCE(DMA_InitStruct->PeripheralDMAReq);
//设置源地址信息
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].SADDR = DMA_InitStruct->SourceBaseAddr;
//执行完源地址操作后，是否在源地址基础上累加
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].SOFF = DMA_SOFF_SOFF(DMA_InitStruct->SourceMinorInc);
//设置源地址传输宽度
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].ATTR  = 0;
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].ATTR |= DMA_ATTR_SSIZE(DMA_InitStruct->SourceDataSize);
//主循环进行完后 是否更改源地址
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].SLAST = DMA_InitStruct->SourceMajorInc;

//设置目的地址信息
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].DADDR = DMA_InitStruct->DestBaseAddr;
//执行完源地址操作后，是否在源地址基础上累加
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].DOFF = DMA_DOFF_DOFF(DMA_InitStruct->DestMinorInc);
//设置目的地址传输宽度
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].ATTR |= DMA_ATTR_DSIZE(DMA_InitStruct->DestDataSize);
//主循环进行完后 是否更改源地址
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].DLAST_SGA = DMA_InitStruct->DestMajorInc;

//设置计数器长度 循环次数
//设置数据长度 长度每次递减 也被称作当前主循环计数 current major loop count
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].CITER_ELINKNO = DMA_CITER_ELINKNO_CITER(DMA_InitStruct->MinorLoopLength );
//起始循环计数器 当主循环计数器为0 时候 将装载起始循环计数器的值
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].BITER_ELINKNO = DMA_BITER_ELINKNO_BITER(DMA_InitStruct->MinorLoopLength);
//设置每一次传输字节的个数  个数到达上限时 DMA便将数据存入RAM
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].NBYTES_MLNO = DMA_NBYTES_MLNO_NBYTES(DMA_InitStruct->TransferBytes);
//设置DMA TCD控制寄存器
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].CSR = 0;
if(DMA_InitStruct->DMAAutoClose == ENABLE)
{
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].CSR  |=DMA_CSR_DREQ_MASK;
}
else
{
DMA0->TCD[DMA_InitStruct->Channelx].CSR  &=(~DMA_CSR_DREQ_MASK);
}
//使能此寄存器DMA开始工作
DMA_SetEnableReq(DMA_InitStruct->Channelx,DMA_InitStruct->EnableState);
//DMA 通道使能
DMAMUX->CHCFG[DMA_InitStruct->Channelx] |= DMAMUX_CHCFG_ENBL_MASK;
}

Second：

讲完OV7620的一些中断处理函数之后，我们来看看SCCB的库程序，这个库可以通用，需要的车友可以直接添加，只需要对照自己使用的库，在IO口初始化里面做出相应的修改即可。

#ifndef __SCCB_H
#define __SCCB_H

#define SCL_HIGH         PEout(1) = 1    //设置为输出后输出1
#define SCL_LOW         PEout(1) = 0    //设置为输出后输出0
#define	SCL_OUT 	PTE->PDDR|=(1<<1)   //设置为输出
//#define	SCL_DDR_IN() 	  PTE->PDDR&=~(1<<1)//输入

#define SDA_HIGH         PEout(0)= 1    //设置为输出后输出1
#define SDA_LOW         PEout(0)= 0    //设置为输出后输出0
#define SDA_DATA      	PEin(0)
#define SDA_OUT	  PTE->PDDR|=(1<<0)  //设置为输出
#define SDA_IN	  PTE->PDDR&=~(1<<0) //设置为输入
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned short

//#define ADDR_OV7725   0x42

void sccb_init(void);                           //初始化SCCB端口为GPIO
void sccb_wait(void);                           //SCCB时序延时
void sccb_start(void);                          //起始标志
void sccb_stop(void);                           //停止标志
u8 sccb_sendByte(u8 data);
void sccb_regWrite(u8 device,u8 address,u8 data);
#endif
#include "sys.h"
#include "gpio.h"
#include "sccb.h"
#include "delay.h"
#include "stdio.h"

/*************************************************************************
*  函数名称：sccb_init
*  功能说明：初始化SCCB  其中SCL接PE1 SDA接PTE0
*************************************************************************/
void sccb_init(void)
{
int i ;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct1;
for(i=0;i<8;i++)
{
GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = i;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_RESET; //change as Bit_Set , it will shut.
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_DISABLE;
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStruct1.GPIOx = PTD;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);
}

GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = 0;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_RESET;
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_DISABLE;
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OPP;
GPIO_InitStruct1.GPIOx = PTE;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);

GPIO_InitStruct1.GPIO_Pin = 1;
GPIO_InitStruct1.GPIO_InitState = Bit_RESET;
GPIO_InitStruct1.GPIO_IRQMode = GPIO_IT_DISABLE;
GPIO_InitStruct1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OPP;
GPIO_InitStruct1.GPIOx = PTE;
GPIO_Init(&GPIO_InitStruct1);
}
/************************************************************************
*  函数名称：sccb_wait
*  功能说明：SCCB延时，不应太小
*************************************************************************/
void sccb_wait(void)
{
u8 i;
u16 j;
for( i=0; i<100; i++)
{
j++;
}
}
/************************************************************************
*  函数名称：sccb_start
*  功能说明：SCCB启动位
*************************************************************************/
void sccb_start(void)
{
SCL_OUT;
SDA_OUT;

SDA_HIGH;
//sccb_wait();
SCL_HIGH;
sccb_wait();
SDA_LOW;
sccb_wait();
SCL_LOW;
}

/************************************************************************
*  函数名称：sccb_stop
*  功能说明：SCCB停止位
*************************************************************************/
void sccb_stop(void)
{
SCL_OUT;
SDA_OUT;

SDA_LOW;
sccb_wait();
SCL_HIGH;
sccb_wait();
SDA_HIGH;
sccb_wait();
}

/************************************************************************
*  函数名称：sccb_sendByte
*  功能说明：在SCCB总线上发送一个字节
*  参数说明：data 要发送的字节内容
*************************************************************************/
u8 sccb_sendByte(u8 data)
{
u8 i;
u8 ack;
SDA_OUT;
for( i=0; i<8; i++)
{
if(data & 0x80)
SDA_HIGH;
else
SDA_LOW;
data <<= 1;
sccb_wait();
SCL_HIGH;
sccb_wait();
SCL_LOW;
sccb_wait();
}
SDA_HIGH;
SDA_IN;
sccb_wait();
SCL_HIGH;
sccb_wait();
ack = SDA_DATA;
SCL_LOW;
sccb_wait();
return ack;
}

/************************************************************************
*  函数名称：sccb_regWrite
*  功能说明：通过SCCB总线向指定设备的指定地址发送指定内容
*  参数说明：device---设备号  读写有区别  42是写，43是写
*            address---写数据的寄存器
*            data---写的内容
*  函数返回：ack=1未收到应答(失败)    ack=0收到应答(成功)
*************************************************************************/
void sccb_regWrite(u8 device,u8 address,u8 data)
{
// u8 i;
u8 ack;
//  for( i=0; i<20; i++)
//  {
sccb_start();
ack = sccb_sendByte(device);
while( ack )
{
ack = sccb_sendByte(device);
//		printf("device\n\r");
}
ack = sccb_sendByte(address);
while( ack )
{
ack = sccb_sendByte(address);;
//    printf("address\n\r");
}
ack = sccb_sendByte(data);
while( ack  )
{
ack = sccb_sendByte(data);
//    printf("data\n\r");
}
sccb_stop();
//    if( ack == 0 ) break;
//  }
}

贴上使用的SCCB的库之后，给大家看一下对SCCB的一段实例操作程序。程序上有详细的解释，我就不赘述了。

sccb_init();
sccb_regWrite(0x42,0x11,0x01);    //地址0X11-中断四分频(1280*480)           PCLK:166ns   HREF:254.6us   VSYN:133.6ms
sccb_regWrite(0x42,0x14,0x24);    //地址0X14-QVGA(320*240)                  PCLK:332ns   HREF:509.6us   VSYN:133.6ms
sccb_regWrite(0x42,0x28,0x40);    //地址0X28-黑白模式(320*240               PCLK:332ns   HREF:127us   VSYN:33.6ms
sccb_wait();

以上就是关于OV7620的使用了，看完之后大家是不是会使用了呢。关于后期图像的处理和调试，我目前正在使用一款智能车调试助手，感觉非常好用，完全免费，并且可以配合Visual
Studio，在 Visual Studio里面用C#编写一些图像处理的算法，生成dll文件，然后在调试助手的界面里面直接观察。非常好非常好。给大家看看图。



如果有需要关于OV7620资料或者调试软件或者有什么赐教的，可以留言或者联系我的QQ416815882.

End。2014、03、26