本帖最后由 正点原子 于 2021-10-30 10:53 编辑
1)实验平台:正点原子新起点V2FPGA开发板
2) 章节摘自【正点原子】《新起点之FPGA开发指南 V2.1》
3)购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609758951113
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第五十章 OV5640摄像头LCD灰度显示实验
前面的实验介绍了OV5640摄像头的HDMI灰度显示实验,在本次实验中,将摄像头采集的RGB565格式数据到转换为YUV格式的数据,转换后的灰度数据送到LCD显示。
本章包括以下几个部分:
1.1简介
1.2实验任务
1.3硬件设计
1.4程序设计
1.5下载验证
1.1简介
我们在“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”中对YUV灰度显示作了详细的介绍,如果大家对这部分内容不是很熟悉的话,请参考“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”中的简介部分。
1.2实验任务
本节实验任务是使用新起点开发板达到OV5640摄像头采集RGB565格式的数据,RGB565格式的数据通过算法转换,将数据格式转换为YCbCr格式,然后通过LCD屏实时显示灰度图的目的。
1.3硬件设计
本章节中硬件设计与OV5640的LCD显示实验完全相同,此处不再赘述。
1.4程序设计
根据实验任务,首先设计如图 50.4.1所示的系统框图,本章实验的系统框架延续了“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”的整体架构。本次实验包括以下模块:时钟模块、SDRAM控制器模块、IIC驱动模块、IIC配置模块、图像尺寸配置模块、摄像头采集模块、图像处理模块和LCD顶层模块。其中时钟模块、SDRAM控制器模块、IIC驱动模块、IIC配置模块、摄像头采集模块和图像处理模块本次实验没有做任何修改,这些模块在“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”中已经说明过,这里不再详述,只是将HDMI顶层模块替换成了LCD顶层模块,并添加了图像尺寸配置模块。
OV5640摄像头LCD灰度显示系统框图如下图所示:
图 50.4.1 顶层系统框图
由上图可知,时钟模块(pll)为LCD顶层模块、SDRAM控制模块以及IIC驱动模块提供驱动时钟。IIC驱动模块和IIC配置模块控制着传感器初始化的开始与结束,传感器初始化完成后将采集到的数据写入摄像头采集模块。数据在摄像头采集模块处理完成后写入图像处理模块,图像处理模块将摄像头数据进行处理后存入SDRAM控制模块。顶层模块从SDRAM控制模块中读出数据并驱动LCD屏显示,这时整个系统才完成了数据的采集、缓存与显示。需要注意的是图像数据采集模块是在SDRAM和传感器都初始化完成之后才开始输出数据的,避免了在SDRAM初始化过程中向里面写入数据。
顶层模块代码如下所示:
FPGA顶层模块(ov5640_lcd_yuv)例化了以下八个模块:时钟模块(pll)、I2C驱动模块(i2c_dri)、I2C配置模块(i2c_ov5640_rgb565_cfg)、图像尺寸配置模块(picture_size)、图像采集模块(cmos_capture_data)、图像处理模块(vip)、SDRAM控制模块(sdram_top)和LCD顶层模块(lcd_rgb_top)。
时钟模块:时钟模块通过调用PLL IP核实现,共输出3个时钟,频率分别为100M时钟、100M偏移-75度时钟和50M时钟。100Mhz时钟作为SDRAM控制模块的驱动时钟,100M偏移-75度时钟用来输出给外部SDRAM芯片使用,50Mhz时钟作为I2C驱动模块和LCD顶层模块的驱动时钟。
I2C驱动模块(i2c_dri):I2C驱动模块负责驱动OV5640 SCCB接口总线,用户可根据该模块提供的用户接口可以很方便的对OV5640的寄存器进行配置,该模块和“EEPROM读写实验”章节中用到的I2C驱动模块为同一个模块,有关该模块的详细介绍请大家参考“EEPROM读写实验”章节。
I2C配置模块(i2c_ov5640_rgb565_cfg):I2C配置模块的驱动时钟是由I2C驱动模块输出的时钟提供的,这样方便了I2C驱动模块和I2C配置模块之间的数据交互。该模块寄存需要配置的寄存器地址、数据以及控制初始化的开始与结束,同时该模块输出OV5640的寄存器地址和数据以及控制I2C驱动模块开始执行的控制信号,直接连接到I2C驱动模块的用户接口,从而完成对OV5640传感器的初始化。
图像采集模块(cmos_capture_data):摄像头采集模块在像素时钟的驱动下将传感器输出的场同步信号、行同步信号以及8位数据转换成SDRAM读写控制模块的写使能信号和16位写数据信号,完成对OV5640传感器图像的采集。OV5640和OV7725图像输出时序非常相似,有关该模块的详细介绍请大家参考“OV7725摄像头LCD显示实验”章节。
图像处理模块(vip):对采集后的图像数据进行处理,并将处理后的数据存入SDRAM控制模块。有关该模块的详细介绍请大家参考“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”章节。
SDRAM控制模块(sdram_top):SDRAM读写控制器模块负责驱动SDRAM片外存储器,缓存图像传感器输出的图像数据。有关该模块的详细介绍请大家参考“SDRAM读写测试实验”章节。
LCD顶层模块(lcd_rgb_top):LCD顶层模块负责驱动LCD屏的驱动信号的输出,同时为其他模块提供屏体参数、场同步信号和数据请求信号。
1.5下载验证
首先将FPC排线一端与RGB-LCD模块上的J1接口连接,另一端与新起点开发板上的RGB-LCD接口连接。连接时,先掀开FPC连接器上的黑色翻盖,将FPC排线蓝色面朝上插入连接器,最后将黑色翻盖压下以固定FPC排线,如图 50.5.1和图 50.5.2所示。
图 50.5.1 正点原子RGBLCD模块FPC连接器
图 50.5.2 新起点开发板连接RGB-LCD液晶屏
接下来分别连接JTAG接口和电源线,并打开电源开关。
最后将下载器一端连电脑,另一端与开发板上的JTAG端口连接,连接电源线并打开电源开关。
接下来我们下载程序,验证OV5640 RGB-LCD灰度显示功能。下载完成后观察RGB-LCD模块显示的图案如下图所示,说明OV5640 RGB-LCD灰度显示程序下载验证成功。
图 50.5.3 LCD实时显示灰度图像
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