JTAG 高速GPIO 160引脚 SRAM ARM7TDMI PLL 系统功能 系统 时钟 内部RC 振荡器 VIC SRAM EMC AHB2 AHB桥 AHB桥 AHB1 AHB到 APB桥 LCD 外部中断 定时器 IIC AHB APB 图2- 3 LPC2400开发板功能模块图
2.2.2 OV7620图像传感器 1． CMOS概述
CMOS（Complementary Metal-Oxid Semiconductor）全称是互补性氧化金属板导体，与CCD（Charge Coupled Device）图像传感器的作用相似，都是使用高感光度的半导体材料制成，其作用是把光子信号转变成相对应的电荷信号，再经过模数转换芯片及其他相关处理芯片变成易于传输、处理、存储、显示的数字信息或模拟信息。
与CCD的由马赛克网格、聚光镜片及底部铺垫电子线路矩阵的结构不同，CMOS的机理和一般计算机芯片几乎无差，即利用硅、锗这两种元素组成半导体，并使其在CMOS上共存着带N（负电）和P（正电）级的半导体，以上两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片转化、压缩、解
读成影像，原理图如图2-4：
图2- 4 CMOS传感器原理图
由图可看出，感光元件的核心结构上每个单位像素点均由一个感光电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管及一个信号放大器所组成。当CMOS感受到光线经光电转换后使电极带上正负电荷，由互补效应所产生的电信号（电流或电势差）被CMOS逐个从像素中顺次提取到外部的模数转换器。
由于在早期的设计使CMOS在处理快速变化图像时，因为电流变化过于频繁会产生过热的现象导致CMOS容易出现杂点，但在近年来人们的不断努力下已经对CMOS技术作出了革命性变更设计，出现了片面消除噪点技术、全像素电荷转移技术、传感器模拟处理技术等不断更新CMOS图像传感技术并取得相当好的效果。 2． OV7620简介
由第一章可知课题所设计的是一种能够识别256灰阶黑白的静态数字图像采集系统，考虑嵌入式ARM7的LPC2478开发板LCD分辨率（320*240）、最大bpp（bit per pixer）不超过24位的硬件限制，选取了OmniVision公司的OV7620 CMOS图像传感器。
OV7620是一款具有较高分辨率（640*480）、逐行/隔行扫描模式可选的CMOS彩色/黑白数字图像传感芯片。数字输出端口支持RGB RAW/YUV的8/16bpp数字格式输出。其中的SCCB编程模式可以实现对摄像头功能寄存器的控制。
1） OV7620性能与引脚
OV7620性能参数如下：
? 326，688像素点，1/3英寸，VGA/QVGA分辨率格式输出 ? 信 噪 比：> 48 dB
? 最低照度：2.5 lux at f1.4 (3000k) ? 扫描模式：逐行扫描/隔行扫描
? 数字格式：YcrCb 4:2:2，GRB 4:2:2，RGB Raw Data ? 8/16 bit视频数据：CCIR601,CCIR656规范，ZV端口输出 ? SCCB（Serial Camera Control Bus）接口 ? 电子曝光/增益/白平衡控制
? 图像增强：亮度，对比度，伽马，饱和度 ? 内/外部同步设计 ? 帧曝光/行曝光可选 ? 5伏系统，低功耗
OV7620采用48脚LCC封装，其引脚排列如图2-5，管脚功能描述如表2-1所示。
表2- 1 OV7620管脚功能描述表
引脚编号 1 2 3 4 5、10 6、7、15、43 8、14、44 11 12 13 16 17 18 19~26 27、28 29 30、31 32 33 34~41 42 45 46 引脚名称 SVDD RESET AGCEN FREX VrEQ/VrS AGND AVDD VcCHG SBB VTO VSYNC FODD HREF UV0~7 XCLK1/2 DOVDD DGND DOVDD PCLK Y0~Y7 CHSYNC SIO-1 SIO-0 描述 感应电源（5V） 芯片复位（高复位） 自动增益控制使能 帧曝光控制输入 内部参考电压（需对地接0.1uF电容） 模拟地 模拟电源（5V） 内部参考电压（需对地接1uF电容） 为0选择SCCB编程模式 视频模拟输出（NTSC） 垂直同步信号（低电平表征一帧图有效） 行场同步信号 水平参考输出（控制开窗大小） 数字输出UV通道 分别是片上输入/输出视频振荡器 数字电源（5V） 数字地 数字IO口电源引脚（5V/3.3V） 像素时钟输出（高电平数据有效） 数字输出Y通道 复合同步信号 SCCB串行时钟输入 SCCB串行数据
图2- 5 OV7620引脚图
2） OV7620内部结构
OV7620内部集成一个664*492分辨率的图像阵列，一个模拟信号处理器（mux），双10bit的A/D转换器，模拟视频多路复用器（analog processing），数字格式器（digital data formatter）及视频端口，SCCB接口及其寄存器。其中数字控制包括时序模块、曝光模块和白平衡。图像传感芯片OV7620的内部功能模块图如图2-6。
图2- 6 OV7620内部原理框图
OV7620正常工作时，图像的光电转化在1/3英寸的感光元件上完成，同时在图2-6左下方的视频时序发生模块包含的各种同步信号（如VSYNC、HREF、PCLK）控制模拟信号处理器，定时的对感光阵列下方的感应电路行列像素点进行捕获，与此同时框图右下方的受SCCB接口编程控制的寄存器模块对模拟信号处理器的数据格式控制，可选进入不同数据输出格式的多路复用器（mx），进而通过数字端口（Y/UV通道）或模拟测试端口（VTO）输出。 3） OV7620图像采集方法
CMOS图像阵列的设计是建立在逐行传送的扫描场读出系统和带同步像素读出电路的电子快门之上[6]。电子曝光控制算法规范则是建立在目标图像亮度基础上，即当背景光线在图像传感器正常范围内时，一般结果会比较理想；而当景象光线接近极限值甚至超出，则应该通过AEC自动曝光控制器的黑白比调节并使之满足应用要求。
OV7620与输出图像数据相关的有4路同步信号：垂直同步信号VSYNC、水平参考同步信号HREF、像素时钟信号PCLK、奇偶场同步信号FODD。其中FODD一般用于隔行扫描中，二分频即为VSYNC，在本设计中不予考虑。
图2- 7 OV7620同步信号时序图
各同步信号时序如图2-7。一般的图像采集方法是依靠VSYNC、HREF和PCLK3个同步信号来提示MCU捕获有效的图像数据，大致的流程为：VSYNC用来判断一帧图像数据的开始，其上升沿表示的是一帧图像的到来，之后的下降沿则提示外部电路一帧有效图像数据开始；HREF是判断一行有效像素数据的依据，高电平时Y和UV通道才输出有效数据，通过示波器观察，HREF与HSYNC（水平同步信号）频率及波形几近相同，选用HREF而非HSYNC来判断一行有效数据，是考虑到对OV7620修改HREF，还可更改OV7620输出图像的开窗大小，使采集系统具有更大的灵活性和适用性；PCLK则是判断一个像素数据有效的信号，其每个负跳沿驱动图像传感器更新图像数据并在正跳沿时稳定。