使用DCMI（DVP）驱动OV2640

只看该作者 · 2023-11-26 20:10

1 OV2640摄像头简介
OV2640为CMOS类型数字图像传感器，支持输出最大为200万像素（1600*1200分辨率）的图像，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、RGB565以及JPEG格式，若直接输出JPEG格式的图像时可大大减少数据量。

可进行图像补偿：支持伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等基础处理。

根据不同的分辨率配置，传感器输出图像数据的帧率从15-60帧可调，工作时功率在125mW-140mW之间。

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1.1 OV2640引脚及功能框图
OV2640传感器采用BGA封装，它的前端是采光窗口，引脚都在背面引出，引脚的分布如下：

图中非彩色部分是电源相关的引脚，彩色部分是主要的信号引脚

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表中高亮引脚即为VGA时序输出引脚。

▲ OV2640功能框图
控制寄存器
控制寄存器配置摄像头的相关参数，如对比度、曝光参数等，通过SCCB（与I2C类似）外设的SIO_C和SIO_D引脚写入。

通信、控制信号及时钟
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。RESETB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。

XCLK是用于驱动整个传感器芯片的时钟信号，由外部时钟源（外接晶振或由外部控制器提供）输入到OV2640；而PCLK是OV2640输出数据时的同步信号，由OV2640输出。

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感光矩阵

感光矩阵用于将光信号转化为电信号，在2,010,624像素中, 有1,991,040 (1632x1220)是活跃的。经过AMP（Analog Amplifier）模拟放大、（Gain Control）增益控制、10位A/D转换、通道平衡（Channel Balance）、黑电平1补偿（Black Level Compensation）处理，将信号存储成由像素点表示的数字图像。

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数据输出信号
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，如色彩饱和度调整、边缘增强等。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Y0-Y9引脚输出，一般使用8根据数据线传输，此时仅使用Y2-Y9引脚，OV2640的数据信号与外部器件的连接方式：

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1.2 SCCB时序
外部控制器对OV2640寄存器的配置参数通过SCCB总线传输配置，而SCCB总线时序与I2C基本一致，所以在STM32中可直接使用片上I2C外设与它通讯。（OV2640 device slave addresses are 0x60 for write and 0x61 for read.）

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1.2.1 SCCB的起始、停止信号及数据有效性
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，即当SCL为低电平时SDA电平变换才能变换，SDA的信号在SCL为高电平时被采集。

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1.2.2 SCCB数据读写过程
SCCB协议中定义的读写操作与I2C同样一致。

1.2.2.1 写数据
SCCB定义了两种写操作：

三步写操作

phase1：发送从设备的ID地址+W标志(相当于I2C的设备地址：7位设备地址+读写方向标志)

phase2：发送从设备目标寄存器的8位地址

phase3：发送要写入寄存器的8位数据

图中的“X”数据位可写入1或0，对通讯无影响。

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二步写操作

两步写相对于三步写操作，没有phase3，一般用来配合后面的读寄存器数据操作，它与读操作一起使用，实现I2C的复合过程。

只看该作者 · 2023-11-26 20:14

1.2.2.2 读数据
两步读操作，用于读取从设备目的寄存器中的数据。

phase1：发送从设备的设备ID+R标志(设备地址+读方向标志)和自由位

phase2：读取寄存器中的8位数据和写NA 位(非应答信号)

由于两步读操作「没有确定目的寄存器的地址」，所以在读操作前，必须有一个两步写操作，以提供读操作中的寄存器地址。

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1.3 OV2640的寄存器
查询ov2640datasheet.pdf进行了解，通过寄存器配置可控制输出图像的分辨率大小、图像格式、图像处理及图像方向等。

注意OV2640有两组寄存器，这两组寄存器有部分地址重合，通过设置地址为0xFF的RA_DLMT寄存器可以切换寄存器组：

RA_DLMT = 0：通过SCCB发送的寄存器地址在DSP相关的寄存器组寻址
RA_DLMT = 1：通过SCCB发送的寄存器地址在Sensor相关的寄存器组寻址

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官方还提供了OV2640_Camera_app.pdf文档，它针对不同的配置需求，提供了配置范例：

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1.3.1 常用寄存器
帧率配置（0xFF = 0）

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PLCK分频值（0xFF = 0）

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设置原始图像的大小（0xFF = 0）

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设置显示图像的局部大小（非等比缩放，该寄存器会将写入的数值自动向下取整为4的整数倍）（0xFF = 0）

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设置垂直窗口的start与end的最低2位（0xFF = 1）

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OV2640的制造商ID与产品ID（0xFF = 1）

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设置图像分辨率模式（UXGA/CIF/SVGA），其中Bit1为测试用的彩色条纹图案（0xFF = 1）

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设置垂直窗口的start与end的高8位（0xFF = 1）