学习笔记——STM32摄像头OV7725（一）

OV7725简介
在各类信息中，图像含有最丰富的的信息，作为机器视觉领域的核心部件，摄像头被广泛地应用在安防、探险、以及车牌检测等场合。其按照输出信号的类型可以分为数字和模拟摄像头，按照材料构成可以分为CCD和CMOS。

模拟摄像头的感光器件一般维持在752（H)*582(V)像素指标左右。

由于CCD的像素由MOS电容组成，读取电荷信号是需要使用电压相当大的（至少2V）的二相/三相/四相的时序脉冲信号，才能有效地传输电荷。因此CCD的取像系统除了要有多个电源之外，其外设也会消耗相当大的功率，儿CMOS光电传感器只需要使用一个单电源5V/3V，耗电量非常小。仅为CCD的1/8~1/10，有的CMOS取像系统只消耗20-50mW的功率。

CCD传感器件制作技术起步早，采用PN结成SIO2隔离层，因此噪声低，成像好，与CCD相比，CMOS的缺点在于噪声高，灵敏度低。不过现在随着 CMOS 电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的 CMOS传感器件提供了良好的条件，现在的 CMOS 传感器已经占领了大部分的市场，主流的单反相机、智能手机都已普遍采用 CMOS 传感器。

我接下来学习的就是野火公司出产的秉火OV7725，这是一款分辨率为30万像素的CMOS摄像头，由镜头，图像传感器、板载电路及下方的信号引脚组成。

镜头部件包含一个镜头座和一个可旋转调节距离的凸透镜，通过旋转可以调节焦距，正
常使用时，镜头座覆盖在电路板上遮光，光线只能经过镜头传输到正中央的图像传感器，它
采集光线信号，采集得的数据被缓存到摄像头背面的 FIFO 缓存中，然后外部器件通过下方
的信号引脚获取拍摄得到的图像数据。
如果我们拆开摄像头座，在摄像头的正下方可看到 PCB 板上的一个方形器件，它是摄像头的
核心部件，型号为 OV7725 的 CMOS 类型数字图像传感器。该传感器支持输出最大为 30 万
像素的图像 (640x480 分辨率)，它的体积小，工作电压低，支持使用 VGA 时序输出图像数
据，输出图像的数据格式支持 YUV(422/420)、YCbCr422 以及 RGB565 格式。它还可以对采
集得的图像进行补偿，支持伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等基础处理。

OV7725的芯片原理图如下所示：

RSTB	系统复位管脚，低电平有效
PWDN	掉电省电模式（高电平有效）
HREF	行同步信号
VSYNC	场同步信号
PCLK	像素时钟
XCLK	系统时钟输入端口
SCL	SCCB总线的时钟线
SDA	SCCB总线的数据线
D0~D9	像素数据端口

OV7725的功能框图如下：一共分为四个部分

(1) 控制寄存器

标号1处的是 OV7725 的控制寄存器，它根据这些寄存器配置的参数来运行，而这些参数是由外部控制器通过 SCL 和 SDA 引脚写入的，SCL 与 SDA 使用的通讯协

议 SCCB 跟 I2C 十分类似，在 STM32 中我们完全可以直接用 I2C 硬件外设来控
制。

(2) 通信、控制信号及时钟

标号2处包含了 OV7725 的通信、控制信号及外部时钟，其中 PCLK、HREF 及
VSYNC 分别是像素同步时钟、行同步信号以及帧同步信号，这与液晶屏控制中的
VGA 信号是很类似的。RSTB 引脚为低电平时，用于复位整个传感器芯片，PWDN
用于控制芯片进入低功耗模式。注意最后的一个 XCLK 引脚，它跟 PCLK 是完全
不同的，XCLK 是用于驱动整个传感器芯片的时钟信号，是外部输入到 OV7725 的
信号；而 PCLK 是 OV7725 输出数据时的同步信号，它是由 OV7725 输出的信号。
XCLK 可以外接晶振或由外部控制器提供，若要类比 XCLK 之于 OV7725 就相当
于 HSE 时钟输入引脚与 STM32 芯片的关系，PCLK 引脚可类比 STM32 的 I2C 外
设的 SCL 引脚。

(3) 感光矩阵

标号3处的是感光矩阵，光信号在这里转化成电信号，经过各种处理，这些信号存储成由一个个像素点表示的数字图像。

(4) 数据输出信号

标号4处包含了 DSP 处理单元，它会根据控制寄存器的配置做一些基本的图像处
理运算。这部分还包含了图像格式转换单元及压缩单元，转换出的数据最终通过
D0-D9 引脚输出，一般来说我们使用 8 根据数据线来传输，这时仅使用 D2-D9 引
脚。

SCCB时序

外部控制器对 OV7725 寄存器的配置参数是通过 SCCB 总线传输过去的，而 SCCB 总线跟 I2C 十分类似，所以在 STM32 驱动中可以直接使用片上 I2C 外设与它通讯。

SCCB与标准IIC协议的区别在于它每次传输只能写入或者读取一个字节的数据，儿IIC协议是支持突发读写的，即在一次传输中可以写入多个字节的数据。

SCCB 的起始信号、停止信号及数据有效性与 I2C 完全一样。

起始信号：在 SCL（图中为 SIO_C）为高电平时，SDA(图中为 SIO_D)出现一个下降沿，则 SCCB 开始传输。

停止信号：在 SCL 为高电平时，SDA 出现一个上升沿，则 SCCB 停止传输。

数据有效性：除了开始和停止状态，在数据传输过程中，当 SCL 为高电平时，必须保证 SDA 上的数据稳定，也就是说，SDA 上的电平变换只能发生在 SCL 为低电平的时候，SDA 的信号在 SCL 为高电平时被采集。
以下是SCCB的时序图：

主控制器控制OV7725时采用SCCB协议读写其寄存器，而他输出图像时则使用VGA/QVGA时序，其中VGA为分辨率480640时采用，QVGA为Quarter VGA,其输出分辨率为240320，OV7725输出图像时为一帧帧输出，一般从左至右，从上至下。

好的，今天就先写到这里，下一次的内容是FIFO时序、AL422B及摄像头的驱动原理。