基于单片机的低成本CMOS图像采集系统

信号SPI协议的时序如图7所示。

　　图7SPI总线的数据传送时序图

　　STM8单片机有专门的硬件SPI接口，因此可通过该接1：2采集图像数据。图像传感器SPI时钟输入引脚连接单片机的SPI_SCK口，图像传感器图像数据输出引脚连接单片机SPI_MISO口，片选SPI_CS引脚连接单片机的普通I/O口PD7。然后对硬件SPI的参数进行配置，主要包括时钟频率、工作模式、主从模式、空闲时候电平状态、触发边沿等，这些参数都可以通过单片机硬件SPI的内部寄存器的配置实现。SPI总线读取图像数据的流程如下：unsignedcharspinet_byte（void）{while（！（SPI_SR&0x02））；//等待总线空闲SPI_DR=Oxff；//产生时序信号硬件SPI在且仅在发送数据的时候才产生SCK时钟while（！（SPI_SR&0x01））；//等待数据接收完毕returnSPI_DR；//将接收到的数据返回}3．3Flash模块软件设计SST25VF020是一款2MbitSPISerialNOR型Flash芯片，在系统中作为图像存储器使用。该Flash通过SPI的串口接收指令和数据，支持3/4的SPI协议，其工作时序如图8所示。

　　图8SST25VF020的工作时序图

　　从上图可以看出，CE#f氐电平使能芯片正常工作，该芯片在SCK的上升沿读入信号，在SCK下降沿的时候输出信号。STM8单片机有专门的硬件SPI接口，但是图像传感器也需要单片机的硬件sPI接口与之通信，所以系统设计了一种分时复用单片机硬件SPI接口的方式。CE#片选连接单片机的普通I/O口PD0，该I/O口在不同的时刻与图像传感器的片选PD7分别选中，如此，一个硬件SPI接口便可操作2个SPI设备。SPI时钟输入引脚连接单片机的SPI_SCK口，SI读人信号连接单片机的SPI_MOSI，SO输出信号连接单片机的SPI_MISO。硬件SPI配置与前文所述图像数据采集Sial一致。此外，与图像采集相比，在程序部分还要多加一个单片机输出信号函数。Flash模块主要功能函数如下：voidsst_send_byte（unsignedcharbyte）{while（！（SPI_SR&0x02））；//等待总线空闲SPI_DR=byte；//将要写入的数据byte存入SPI_DRwhile（！（SPI_SR&0x01））；//等待数据发送完毕完毕tmp=SPI_DR；//清空接收缓冲区voidflashwrite_byte（unsignedlongaddr，unsignedchardata）//向缓冲区l的指定位置（0—263）写入指定字节}write_en（）；//写使能命令mss0（）；//片选端选中，低电平有效send（0x02）；//写命令send（（unsignedchar）（addr》》16））；//发送数据的地址send（（unsignedchar）（addr》》8））；send（（unsignedchar）addr）；send（data）；//发送要写入的数据mssl（）；//释放片选}unsignedcharflashreadbyte（unsignedlongaddr）}unsignedcharbyte；mss0（）；//片选端选中，低电平有效send（0x03）；//读命令send（（unsignedchar）（addr》》16））；//发送数据的地址send（（unsignedchar）（addr》》8））；send（（unsignedchar）addr）；byte=get（）；//读取数据mssl（）；//释放片选returnbyte；}3．4图像的多帧采集和拼接模块软件设计为保存图像数据，系统引入Flash存储器，而数据转存入Flash存储器需要占用中断响应时间，这就导致了中断响应时间不够的问题。为解决这个问题，根据所采图像为静态图像这一应用背景，提出一种多帧图像的部分采集与拼接算法，在中断响应时间中，只读取图像传感器中的图像数据，而后占用两次中断的时间，把图像数据转存入Flash。每帧图像有160次中断，每帧图像只取其1/3，取3帧图像的数据，即可拼接成一幅完整的图像。多帧采集方法如图9所示。图中，实线表示捕获到的中断，虚线表示因转存人Flash错过的中断。

　　图9多帧采集图像方法示意

　　单片机把采集的数据按照采集时间的顺序转存入Flash数据在Flash中的排列顺序如图10所示。

　　图1O图像数据在Flash中的存储顺序

　　在Flash中读取图像数据的时候，按照中断次数的先后顺序读出，即第l帧第1次中断、第2帧第2次中断、第3帧第3次中断、第1帧第4次中断、第2帧第5次中断……第2帧第158次中断、第3帧第159次中断、第1帧第160次中断。这样，3帧图像的数据拼接成一幅完整的图像。在读取图像数据的同时，单片机以2个字节为单位，拼接成一个无符号整型，即一个像素点，通过RS232接口传送至上位机。

　　4试验及分析
    图11是系统的实物图，硬件系统面积是（7．5×7．5）cm2，双层PCB板，系统结构简单，运行稳定。系统对图像的处理速度是4帧/s，满足实时性的要求。图12为采集的一幅图像，大小为240×320，图像格式为bmp，像素格式为RGB565，该图像是3帧图像拼接而成，是单片机通过RS232接口传输至上位机，并在显示器上显示的。