基于单片机的低成本CMOS图像采集系统

SP0828是一款完整的1/13英寸QVGA格式COMS图像传感器芯片。它支持RGB565、YUV422、RawBayer、Format图像格式，最高像素为240×320，最高帧速率为30帧/s，能够满足物联网传感节点图像采集的要求。SP0828可工作在3种模式下：普通sensor、EMI、SPI；3种模式的选择可通过I2C总线控制内部可编程功能寄存器来实现。该系统采用SPI模式，RGB565格式图像输出。2．2STM8单片机STM8单片机是系统的控制中心，协调着整个系统的运作，所以必须要有较高的响应速度和丰富的外设资源。系统选用高性能、低功耗的8位微处理器STM8S207S6。它运行速度快，最高可以达到24M。它的内部资源丰富，拥有32KB的系统内可编程Flash，2KB的内部RAM，l024B的EEPROM，2个可编程的串行UART接口，一个最高速度可达400bit/s的硬件I2C接口，一个可工作在主从模式的最高速度可达10bit/s的硬件SPI接口等。并且它的开发工具简单，易于使用，价格便宜，开发资料多。因此，选用该款单片机不仅不需要为系统配置额外器件，而且大大降低了整个系统的成本及缩短了开发时间。2．3Flash图像存储器STM8S207S6内部RAM为2KB，一幅240×320分辨率图像的大小为150KB，内部RAM不足以存下该分辨率的图像，所以系统选用一款Flash存储器SST25VF020作为外挂图像存储器。SST25VF020是SST25VF系列产品中的一员，其芯片具有以下特点：总容量为256KB；单电源读和写操作，工作电压为2．7～3．3V；低功耗，工作电流为7mA，等待电流为3μA；SPI接口，可接受SPI时钟频率高达33MHz，快速编程、快速擦除、快速读取等，该系列特点满足图像存储的要求。2．4单片机与图像传感器、图像存储器的连接STM8单片机与SP0828COMS图像传感器、SST25VF020Flash图像存储器的硬件连接如图2所示。STM8单片机通过硬件12C接口对图像传感器内部寄存器进行初始化，通过硬件SPI接口接收图像传感器发送的数据。因为Flash图像存储器也是SPI接口，所以图像存储器与图像传感器分时复用STM8单片机的硬件SPI接口。

　　图2硬件连接框图

　　各接口代表的意义如下：SPI_CS：图像传感器SPI接口片选，低电平有效，只有该接13为低电平，图像传感器才能接收单片机的SPI时钟，然后往单片机传送数据。该引脚连接单片机的PD7普通I/O口。ECLK：图像传感器的主时钟输入引脚，连接单片机的CLK_CCO口。单片机通过该口为图像传感器提供16MHz的主时钟。SPI_RD：图像传感器的图像控制信号输入脚，该引脚控制图像传感器下一帧图像是否到来，高电平有效，该13连接单片机的PB6普通I/O口。SPI_CLK：图像传感器SPI数据输出的时钟信号输入脚，该引脚连接单片机硬件SPI的SPI_SCK口。单片机通过该引脚为图像传感器提供采数时钟，图像传感器根据采数时钟向单片机传输数据。SPI_SDA：图像传感器SPI数据输出的数据信号输出脚，该引脚连接单片机硬件SPI的SPI_MISO口。单片机通过该引脚采集数据。SPI_INT：图像传感器的中断申请信号。图像传感器把每帧图像分成几次中断，单片机响应中断，在中断服务程序里接收数据。该引脚连接单片机PIM具有外部中断接收功能的I/O口。SBDA、SCLK：图像传感器I2C接口的数据引脚和时钟引脚，连接单片机硬件I2C接口的I2C_SDA和I2C_SCL，是单片机对图像传感器内部寄存器读写操作的数据总线和时钟总线。PWDN：图像传感器初始化信号线，该引脚连接单片机的PC2普通I/0口。该信号线要在图像传感器上电的过程中拉低，只有该引脚在低电平的情况下，图像传感器才能正常工作。SST_CE：FlashSPI接口的片选引脚，低电平有效，该引脚连接单片机的PD0普通I/O口。SST_SO、SST_SI：FlashSPI接口的数据引脚，连接单片机SPI_MISO和SPI_MOSI口，与图像传感器的SPI_SDA分时复用SPI_MISO口。SST_SCK：HashSPI接口的时钟信号输入引脚，连接单片机的SPI_SCK口，与图像传感器的SPI_CLK分时复用SPI_SCK口。

　　3系统软件设计

　　3．1主程序的设计系统软件可分为：图像传感器模块、图像存储器模块、图像的多帧采集和拼接模块、串口数据传输模块。其基本流程图如图3所示。为了尽量提高单片机的处理速度，将系统的时钟频率设置为最高，即16MHz。

　　图3主程序流程图

　　3．2图像传感器模块软件设计

根据SP0828CMOS数字图像传感器的工作原理和工作流程，图像传感器模块包括了图像传感器上电初始化、图像传感器寄存器初始化、图像数据采集3个部分。3．2．1图像传感器上电初始化图像传感器上电初始化，就是图像传感器在上电结束但尚未开始工作的时候，对图像传感器芯片提供主时钟、初