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1、基于STM32单片机的简易照相机设计摘要：本文设计了一个简易的照相机，包括嵌入式控制器STM32F407核心控制器、OV2640摄像头、SD存储电路、液晶显示模块和外围辅助控制电路。文中从元器件的基本介绍开始，讲述了制作简易照相机的相关知识和摄像头采集照片的基本原理、实现方法。设计还重点讲解基于STM32F407如何用软件控制OV2640摄像头模块采集图像数据，进行实时显示，再通过按键控制进行截图拍照，拍照存储为BMP格式的图像，利用对SD卡的配置对图像数据以文件的形式进行存储，通过按键控制选择图像，最后在TFT液晶显示照片和摄像的具体方案。简易照相机是对复杂繁琐的数码相机进行过滤，提出核心的
2、摄像和拍照部分，结构简单、便于携带，可以应用于小区监控等场所。关键词：STM32单片机；OV2640摄像头模块；TFT液晶屏；SD卡The Design of Simple Camera Based on STM32 Microcontroller Abstract: This paper presents a simple camera, including the core controller of embedded controller STM32F407, OV2640 camera, SD memory circuits, liquid crystal display module
3、s and peripheral sub-control circuit. In the beginning of the basic components,this paper describes about the production of simple basic principles and camera to capture the knowledge of the photo. The design also explain the program how to use the software to control OV2640 camera module image data
4、 collection real-time based on STM32F407,how to display the shot camera through control buttons, how to store images in BMP format, how to store the image data in the form of a file on the SD card, how to controlle the image by buttons,how to display specific programs last photo and video in TFT LCD
5、. Simple camera is complexed from cumbersome digital camera filter.It proposes the core part of camera and photo. It is easy to carry.It can be used in residential monitoring sites .Keywords: STM32 Microcontroller ; OV2640 Camera Module; TFT LCD Screen; SD Card1.引言随着社会的发展，各种新兴行业营运而生，而老牌行业也在不断改变创新，为了
6、迎合时代的发展，各个行业对于人才具备的技能的要求越来越苛刻。创新的字眼也不断的出现在各个行业的发展战略计划书上。而一个行业的创新的实质是对于本质的体现和升华。所以一个行业的创新首先抓住最本源的部分进行改造。通过照相机发展历程可以看出，照相机的发展，其实是随着人们的思维不断的开拓创新从而得到发展的，人的思维无限制的想象创找出摄像艺术，而图片和影像是直接反应人们的想象的最好途径，所以，相机是为了满足人们的需要而产生的，是为了满足人们的生活追求而发展的，而现在的数码摄像技术有恰巧可以满足人们的审美思维需求。对于摄像技术的发展是永无止境的，这个领域仍然需要人们的不断探索。1.1设计背景现在，生活水平不
7、断的提高，是现代社会发展的方向。快速发展的数字摄像技术已经为各个行业所应用，像军事，计算机，交通，旅游，医疗，手机及其他电子行业，这些行业都已经和摄像技术密不可分。而时尚多功能的数码相机已经在市场上呈现指数趋势增长，高像素化、小型化也是数码相机发展的时代主题。但是，这并不意味着单一摄像功能的照相机会退出人们的生活。在一些场合中，单一摄像功能的便携式相机仍然有非常大的用途。例如监控和智能机器人等，这些科技发展和单一摄像功能的便携式相机仍然是密不可分，在将来，单一便携式相机会成为智能机器人的一个重要板块。1.2 设计要求本设计的实现要求是必须掌握TFTLCD液晶屏的使用原理和方法，并且通过学习和了
8、解摄像头传感器，以及图片编码解码方式，实现照相机的照相功能，并且了解SD卡外部存储设备的使用。要求实现设计的具体内容如下：1、STM32单片机驱动液晶屏显示摄像头采集到的图像数据；2、截取图像数据并使用SD卡存储。3、通过STM32读取SD卡里存储的图片并显示。1.3设计意义数码相机的发展飞速，而且成本也相对较高，研发和完善一个简易照相机对于普通消费人群来说非常实用，而且可以用于各种生活场景。对于满足人们的日常需求有很大的帮助。而且成本较低，容易携带，耗电也低。完善之后会有很大的市场。而且本身难度适中，对于我来说也是一个很好的锻炼机会。现在的学科与学科之间的界限已经非常的模糊，相信在以后还会有
9、更多的更为简便新颖的图像采集方式出现，但是这都是基于现有的摄像基础之上的。所以除去摄像技术的冗杂部分，留下精华所在，既能够学习摄像的基本原理，也可以会帮助人们不会被固有的思维所定式，可以肆意发挥想象添加新的成分，也有利于以后对于这个方面技术的创新发展。2总体设计概述2.1设计方案首先摄像头模块的采集照片的原理并不复杂，根绝查阅原理以及参考驱动代码，实现驱动摄像头采集图像是比较方便快捷的，摄像头模块先把采集到的数据保存到一个存储器中，然后单片机直接对摄像头芯片写命令，把数据从存储器中读出，并且在TFTLCD上显示画面。当有按键按下时，调用FATFS文件系统中的建立文件名函数，采集到图像之后，要截
10、图保存为BMP图像格式的文件，并且在SD卡中创建一个文件夹。通过文件流的形式将BMP文件存储到SD卡创建的文件夹中，实现存储，然后继续显示，这个过程中如果想调出拍到的照片，就只需要按下按键，将SD卡中的指定文件夹中的BMP文件调用出来（注意这个文件夹中没有别的文件，只有之前拍照得到的文件），再通过TFT显示出来。系统流程图如图2-1所示。摄像头提取数据液晶屏显示图像检测按键，执行拍照 检测按键，显示图片图2-1系统设计方案方框图2.2电路原理图这个设计的方案是先用STM32单片机与OV2640摄像头连接，进行图像采集并显示，将采集到的图像信息通过TFT液晶显示屏显示出来。然后进行扫描等待，当检
11、测到有按键按下时停止显示，若是拍照按键，则开始执行截图拍照功能，并存入SD卡的指定文件夹中。当保存完成之后，回复到之前摄像的状态继续等待。若是显示按键，则读取SD相应文件夹中的图片，用液晶屏显示出来。总体电路设计框图如图2-2所示。单片机STM32F407OV2640SD卡复位电路TFT液晶屏按键电路图2-2系统的总体架构图2.3 器件简介2.3.1 STM32单片机简介STM32单片机是由ST公司发行的以CortexM3内核为控制核心的微控制器，在2011年， ST公司又推出基于CortexM4内核的STM32F4系列产品。图2-3 STM32芯片样式图STM32F4 家族目前拥有：STM3
12、2F40x、STM32F41x、STM32F42x 和 STM32F43x 等几个系列，数十个产品型号，不同型号之间软件和引脚具有良好的兼容性STM32F42x/43x 系列带了 LCD 控制器和 SDRAM 接口。目前 STM32F4 这些芯片型号都已量产，可以方便的购买到，不过目前来说，性价比最高的是 STM32F407。STM32F4和STM32F1这两个控制器相比，STM32F4有非常明显的优势：1）有用更加先进的内核。2）更多的资源可以利用。3）使用外设功能更加快速，灵敏。4）更高的性能，更低的功耗。所以该设计我选择了STM32F4作为主控芯片。 2.3.2 TFTLCD液晶屏（1）
13、TFT LCD液晶屏简介本设计中使用的液晶显示器由薄膜晶体管构成。其设计的实物图如图2-4所示，包括实物的正面和反面。图2-4 TFTLCD2.8寸屏实物图这里采用TFTLCD2.8寸屏幕，该模块采用16位并行口与外部相连接。考虑到设计中数据量的大小，本设计采用的摄像头不用8位的传输方式。因为8位的低端摄像头采集的图像信息量少，传输的速度不够快，在视频录像的时候不清晰、而且有卡顿的现象，综合考虑，我选择16位的接口的OV2640摄像头。（2）显示模块设计液晶显示器的驱动芯片尤为重要，TFT显示模块采用专用驱动芯片ILI9341作为显示屏的驱动芯片。ILI9341液晶自带172K的显存，在图像显
14、示的时候，画面比较连贯，特别是针对连续显示的图像。在16位模式下，ILI9341采用RGB565 格式存储颜色数据，能够显示很丰富的图像信息。驱动芯片的18位数据线与嵌入式控制器的16位数据线以及液晶屏内存的对应关系如图2-5所示。图2-5对应关系图从图中可以看出，低5位代表蓝色，中间6位为绿色，高5位为红色。数值越大，表示该颜色越深。对于显示屏驱动，由于我使用的是显示屏模块，该模块上已经配置好了一些基本电路，所以实物中只需要直接连线即可，给出显示电路了如图2-6所示。图2-6 显示电路图2.3.3 OV2640摄像头.（1）OV2640传感器简介OV2640 传感器是 OV公司生产的做为图像
15、处理的芯片，大概是0.25寸。该采集图像信息的传感器相对体积较小、工作电压为3.3V，提供照相机所需要的摄像和图像处理能力，满足一般照相机的要求。通过 SCCB 内部总线，系统可以得到想要一帧帧图像，并且还可以实现调焦等功能。图2-7 OV2460摄像头模块实物图（2）OV2640摄像头模块设计为了方便，设计实物直接使用OV2640模块采集图像信息，传感器的功能框图如2-8所示。 图2-8 OV2640功能框图上图表明，OV2640传感器包含以下一些功能模块。1）感光整列。2）模拟信号处理。3）10 位 A/D 转换。4）数字信号处理器（DSP）。5）输出格式模块。6）压缩引擎。7）微处理器。8）SCCB 接口。9）数字视频接口。作为用户，我只需要在该模块连接在单片机上之后，对该模块进行基本配置即可，可配置的参数有：设置图像采集传感器、设置图像的大小、设置采集信息输出大小。对于OV2640的图像数据格式的输出方式一般有2种，程序可以控制选择哪一种输出方式。摄像头信息采集模块的电路如图2-9所示。图2-9 OV2640模块电路图（3）STM32F4 DCMI接口简介STM32F407 有一个数字摄像头接口，这个接口采用
