OV2640 DCMI

OV2640

简介： 1/4寸CMOSUXGA (1632 * 1232)图像传感器。体积小、工作电压低,提供单片UXGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率8/10位影像数据。（此处一般选8位）UXGA最高15帧/秒(SVGA可达30帧,CIF可达60帧）。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能辽程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过SCCB接口编程。
特点：
(1)高灵敏度、低电压适合嵌入式应用；
(2)标准的SCCB接口,兼容IIC接口；
(3)支持RawRGB、RGB (RGB565/RGB555)、GRB422、YUV(422/420) 和YCbCr(422)输出格式。(一般用RGB565)；
(4)支持UXGA、SXGA、SVGA以及按比例缩小到从SXGA到40*30的任何尺寸（通过DSP）；
(5)支持自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹、自动黑电平校准等自动控制功能。同时支持色饱和度、色相、伽马、锐度等设置；
(6)支持图像缩放和闪光灯；
(7)支持图像压缩,即可输出JPEG图像数据。

相关名称：
UXGA,即分辨率位1600 * 1200的输出格式，类似的还有:
SXGA (1280 * 1024)、XVGA (1280 * 960)、WXGA (1280 * 800)、XGA (1024 * 768)、SVGA(800 * 600)、VGA(640 * 480)、CIF (352 * 288)和QQVGA (160 * 120)
PCLK：像素时钟,一个PCLK时钟,输出一个（RawRgb）或半个（一个像素要两个PCLK输出，是RGB565，其一个像素需要两个字节输出）像素。
VSYNC：帧同步信号。
HREF /HSYNC：行同步信号。

OV2640的图像输出（通过Y[9:0],但是实际只用8位数据）是在PCLK，VSYNC，HREF /HSYNC的控制下进行的。
行输出时序

OV2640行输出时序
进行输出时，输出1200次数据（一次一行），每行有1600个数据
此输出是在PCLK的上升沿，HREF行有效信号的高电平期间（高电平有效），每个上升沿读一个像素或一个字节（RGB565）的数据。HREF低电平期间的数据直接忽略。每2个字节组成一个像素的颜色（低字节在前，高字节在后）。
每行输出共有1600 * 2个PCLK周期，输出1600 * 2个字节
行输出时序PCLK最大频率可达36Mhz。

帧输出时序

OV2640帧输出时序

YSYNC第一个脉冲完成，表示帧输出开始。该时序电平有效性可以设置，此处为低电平有效。在经过27193t§后，HREF变高，行数开始有效，经过1600t§读取1600个像素的数据，在322t§后继续下一个数据的传输。总共进行1200次传输后，一帧数据传输完毕。
OV2640支持RGB565或JPEG输出。RGB565输出时，时序如图所示。JPEG输出时，PCLK大大减少，且HREF不连续，数据流以0XFF,0XD8开头，以0XFF,0XD9结束，将此间数据保存为.jpg即可在电脑打开查看。
上图左下角note：raw使用一个T(pclk),8位数据；YUV或RGB使用两个T(pclk)，包含十六位数据。
传感器窗口设置（OV2640_Window_Set）
传感器窗口设置允许用户设置整个传感器区域（1632 * 1220）的感兴趣部分，也就是在传感器里面开窗，开窗范围从2 * 2~1632 * 1220都可以设置，要求这个窗口必须大于等于随后设置的图像尺寸。传感器窗口设置，通过0X03/0X19/0X1A/0X07/0X17/0X18等寄存器设置。

图像尺寸设置（OV2640_ImageSize_Set）
图像尺寸设置，也就是DSP输出（最终输出到LCD的）图像的最大尺寸，该尺寸要小于等于前面我们传感器窗口设置所设定的窗口尺寸。图像尺寸通过：0XC0/0XC1/0X8C等寄存器设置。

图像窗口设置（OV2640_ImageWin_Set）
图像窗口设置其实和前面的传感器窗口设置类似，只是这个窗口是在我们前面设置的图像尺寸里面，再一次设置窗口大小，该窗口必须小于等于前面设置的图像尺寸。该窗口设置后的图像范围，将用于输出到外部。图像窗口设置通过0X51/0X52/0X53/0X54/0X55/0X57等寄存器。

图像输出大小设置（OV2640_OutSize_Set）
图像输出大小设置，控制最终输出到外部的图像尺寸。该设置将图像窗口设置所决定的窗口大小，通过内部DSP处理，缩放成我们输出到外部的图像大小。该设置将会对图像进行缩放处理，如果设置的图像输出大小不等于图像窗口设置图像大小，那么图像就会被缩放处理，只有这两者设置一样大的时候，输出比例才是1：1的。图像输出大小通过0X5A/0X5B/0X5C等寄存器设置。

图像输出示意图如下

注：该摄像头模块自带晶振，无需外部时钟；自带稳压电路，直接接3.3V即可工作；支持缩放（有DSP）。
OV2640模块介绍

OV26340原理图
中间部分为芯片，右上角为晶振提供XVCLK。右下角为接口，D0-D7作为信号接口。接8位时，连接Y2-Y9.

下图为上图右下角细解

OV2640的初始化：
初始化IO口->上电（PWDN引脚）复位->读取传感器ID（可有可无）-> 执行初始化序列（配置寄存器工作模式）->完成初始化。
MCU读取OV2640模块图像数据的过程：
等待帧同步->等待HREF为高电平->等待第一个PCLK上升沿->读取第一个像素低字节->等待第二个PCLK上升沿->读取第一个像素高字节->（循环读取后面的像素数据，流程同读取第一个一致，先读低字节再读高字节）->结束。

DCMI

DCMI是STM32F4芯片自带的一个数字摄像头接口，该接口是一个同步并行接口，能够接收外部8位、10位、12位或 14位 CMOS 摄像头模块发出的高速数据流。可支持不同的数据格式：YCbCr4:2:2/RGB565逐行视频和压缩数据 (JPEG)。
DCMI接口可接收高速（可达 54 MB/s）数据流。该接口包含多达14条数据线(D13-D0)和一条像素时钟线(PIXCLK)。像素时钟的极性可以编程，因此可以在像素时钟的上升沿或下降沿捕获数据。
特点：
1.支持8 位、10 位、12 位或 14 位并行接口
2.支持内嵌码/外部行同步和帧同步
3.支持连续模式或快照模式
4.支持裁剪功能
5.支持以下数据格式：
（1）8/10/12/14 位逐行视频：单色或原始拜尔（Bayer）格式
（2）YCbCr 4:2:2逐行视频
（3）RGB 565 逐行视频
（4）压缩数据：JPEG
DCMI信号
STM32F4的DCMI接口包括如下信号：
1，数据据输入（D[0:13]），接摄像头的数据输出。(对于OV2640只用8条D[0:7])
2，水平同步（行同步）输入（HSYNC），接摄像头的HSYNC/HREF信号。
3，垂直同步（场同步）输入（VSYNC），接摄像头的VSYNC信号。
4，像素时钟输入（PIXCLK），接摄像头的PCLK信号。

DCMI接口的数据与PIXCLK（即PCLK）保持同步，并根据像素时钟的极性在像素时钟上升沿/下降沿发生变化。HSYNC（HREF）信号指示行的开始/结束，VSYNC信号指示帧的开始/结束。

图中，对应设置为：DCMI_PIXCLK的捕获沿为下降沿，DCMI_HSYNC和DCMI_VSYNC的有效状态为1。
注意：这里的有效状态实际上指数据无效的时候HSYNC和VSYNC的电平，则这段时间内的数据无效。

DCMI接收到的数据，存储在DCMI_DR寄存器（32位）里面，使用时OV2640采用8位数据宽度，每4个像素时钟，才捕获完32位数据，第一个字节存放在LSB位置，第四个字节存放在MSB位置，如下图所示:

DMA说明
DCMI支持DMA传输，当DCMI_CR寄存器中的CAPTURE位置1时，激活DMA接口。摄像头接口每次在其寄存器(DCMI_DR)中收到一个完整的32位数据块时，都将发一个DMA请求，由DMA将DCMI_DR寄存器的值搬运到目的地址(比如LCD/SRAM)。

DCMI的DMA请求是映射在DMA2通道1的数据流1上面的，所以配置DMA时，应该配置这个。
另外，如果是直接DCMI->DMA->LCD的传输方式，因为LCD是16位宽（RGB565），而DCMI_DR是32位宽，所以一次DCMI引起的DMA传输，将引发往LCD写2次数据。

模式：DCMI支持连续模式和快照模式，一般采用连续模式。
同步方式：DCMI支持内嵌码同步和硬件同步两种方式，一般采用硬件同步。
硬件同步模式下使用两个同步信号HSYNC和VSYNC。根据摄像头模块/模式的不同，可能在水平/垂直同步期间内发送数据。由于系统会忽略HSYNC/VSYNC信号有效电平期间内接收的所有数据，HSYNC/VSYNC 信号相当于消隐信号。

部分寄存器简介
1.DCMI控制寄存器（DCMI_CR）
ENABLE：用于设置是否使能DCMI。在使能之前，必须将其他配置设置好。
FCRC[1:0]：这两个位用于帧率控制，要捕获所有帧，设置为00即可。
VSPOL：用于设置垂直同步极性，也就是VSYNC引脚上面，数据无效时的电平状态，应该设置为0。
HSPOL：用于设置水平同步极性，也就是HSYNC引脚上面，数据无效时的电平状态，同样应该设置为0。
PCKPOL：用于设置像素时钟极性，用上升沿捕获，所以设置为1。
CM：用于设置捕获模式，用连续采集模式，设置为0即可。
CAPTURE：用于使能捕获，设置为1。该位使能后，将激活DMA，DCMI等待第一帧开始，然后生成DMA请求将收到的数据传输到目标存储器中。

2.DCMI中断使能寄存器

FRAME_IE，捕获完成中断使能位。实际上就是帧中断。在jpeg数据处理的时候，要用到帧中断，所以设置该位为1。
初始化流程：
（1）配置相关引脚的复用功能，使能DCMI时钟。
要用DCMI，先要使能DCMI的时钟。其次要设置DCMI的相关引脚为复用输出，以便连接ATK-OV2640模块。
（2）设置DCMI工作模式及PCLK/HSYNC/VSYNC等参数。
DCMI接口使用8位接口，连续模式，根据OV2640模块的输出时序图，设置：PCLK为上升沿有效， HSYNC和VSYNC为低电平有效（此时数据无效）。同时还要设置帧中断（jpeg数据采集用）等参数。
（3）设置DMA。
DCMI数据一般采用DMA来搬运，设置好DCMI相关参数后，需要设置DMA，以便采集数据。
（4）启动DCMI传输。
最后，设置DCMI->CR的最低位为1，即可启动DCMI捕获图像数据。

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