OV7670摄像头带FIFO实时显示，基于STM32F411CEU6

燃烧混合物

1503人浏览 · 2026-02-05 23:35:46

燃烧混合物 · 2026-02-05 23:35:46 发布

一、简单介绍

笔者使用带FIFO的OV7670模块，主控选择F411CEU6，将采集的图像显示在一块由ST7789芯片驱动的240*240分辨率的彩屏上。

最终效果

OV7670传感器芯片框图如下：

D[7:0]是输出的图片信息，宽度8的数据总线。

SCCB（Serial Camera Control Bus）接口，类似I2C，用于操作芯片内部寄存器，可以用HAL库的I2C接口读写。

左下角是一些视频时序信号。

芯片内有一个656*488大小的像素阵列，实际用到的是640*480。

可选VGA到CIF等大小的图片输出。

可选3种测试图案：8彩条，带灰度的彩条，移位1。

和别的模块相比，摄像头模块会涉及一些术语，如果不了解这些名词的含义，开发的时候就会很被动。部分如下：

YUY：一种颜色编码方法，RGB也是一种色彩编码方法。YUV 颜色编码采用的是明亮度和色度来指定像素的颜色。其中，Y 表示明亮度（Luminance、Luma），而 U 和 V 表示色度（Chrominance、Chroma）。

HREF：指示当前这一行的像素数据是有效的，在一整行像素期间保持高电平

PCLK：（Pixel Clock，像素时钟）是摄像头并行接口里最核心的时钟信号，PCLK 每跳变一次，就有一份像素数据要被采样。用来同步数据总线上的数据

VGA即“Video Graphics Array”。是IBM在1987年随PS／2机一起推出的一种视频传输标准，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。VGA最早指的是显示器640X480。VGA的英文全称是Video GraphicArray，也叫显示绘图阵列。

QVGA即"Quarter VGA"。中VGA的四分之一尺寸，亦即在液晶屏幕（LCD）上输出的分辨率是240×320像素。QVGA支持屏幕旋转，可以开发出相应的程序，以显示旋转90°、180°、270°屏幕位置。由HandEra公司发布。多用于手持/移动设备。

CIF是常用的标准化图像格式（Common Intermediate Format）。在H.323协议簇中，规定了视频采集设备的标准采集分辨率。CIF = 352×288像素

QCIF全称Quarter common intermediate format。QCIF也是常用的标准化图像格式。在H.323中，规定QCIF = 176×144像素。

AGC (Automatic Gain Control)自动增益控制

AWB(Automatic White Balance )自动白平衡

AEC(Automatic Exposure Control)自动曝光控制

当图像信息有效时，HREF输出高电平，每来一个像素时钟PCLK，摄像头输出一个字节的图像信息。

如图为摄像头输出VGA的时序，VSYNC从高到低后等待17个tline（784tp）HREF被拉高，有效像素字节开始输出，在一行像素（640个）输出期间HREF一直保持高电平，消耗640个tp。输出完一帧（480行）的像素后，再等待10个tline，VSYNC引脚会被拉高。

在VSYNC的下降沿后，HREF会频繁变化，且两两VSYNC之间有480个HREF上升沿，代表480行像素。当HREF为高时，表明摄像头正在传输一行的内容，每行有640个像素点。

对于RGB565而言，一个像素包含2字节信息，因此一个tp等于2个像素时钟tpclk。

笔者使用的是带FIFO的OV7670模组，FIFO芯片的型号是AL422B，引脚定义如下：

OV7670传感器将采集到的数据D0~D7引脚连接到FIFO芯片的数据输入引脚，开发重点就是MCU从FIFO中把摄像头采集的图片信息取出，并显示到TFT彩屏上。

二、cubeMX配置

I2C引脚设置上拉

SPI用于刷新屏幕

开启DMA并使能SPI中断

GPIOA0~A7设置输入模式，用于读取FIFO数据

用于控制FIFO的引脚均设置低电平，低速率

用于控制屏幕的引脚设置输出模式。笔者为减少杜邦线的使用，将控制屏幕背光的BL引脚短接至VCC，读者若是使用GPIO控制，请开启代码中注释的相关接口和函数。

PB12作为外部中断，下降沿触发

使用HSE时钟

三、驱动开发

摄像头使用的SCCB协议很相似，实测可以用I2C控制读写。

读数据

HAL_StatusTypeDef OV7670_RD(uint8_t addr, uint8_t* val)
{
   HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x42, (uint8_t*)(&addr), 1, 0xFF);
   HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, 0x43, val, 1, 0xff);
}

写数据

HAL_StatusTypeDef OV7670_WR(uint8_t addr, uint8_t val)
{
   uint8_t send[2] = {addr, val};
   HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x42, send, 2, 0xFF);
}

读OV7670的ID

uint8_t OV7670_CheckID()
{
   uint8_t re[2];
   OV7670_RD(0xA, re);
   OV7670_RD(0xB, re + 1);
   if (re[0] == 0x76 && re[1] == 0x73)
   {
      return 1;
   }
   return 0;
}

读到0x76和0x73说明通信正常。

摄像头的寄存器配置较为繁琐，笔者使用网上大神分享的寄存器表格。

输出像素点数量选择QVGA（240*320），格式选择RGB565。

COM7寄存器0x12写入0x14。写入后可以发现每个VSYNC之间的上升沿变成240个，表明有240行像素。

摄像头输出的窗口大小也可以设置，分别有四个：水平起始，水平结束，垂直起始，垂直结束。

寄存器地址0x17~0x1A分别是它们的高8位，剩余的低3位和低2位在HREF寄存和VREF寄存器中，如下：

0x70和0x71寄存器用于显示测试图案，建议刚开始调试的时候开启来，方便查找问题。

0x70的最高位和0x71的最高位共同决定显示的测试图案。

0x70	0x71	图案
0x80	0x80	带灰度的彩条
0x80	0x00	移位1
0x00	0x80	彩条

FIFO写入时序

当/WE是低电平时，WCK的上升沿来到，就写入FIFO，写地址自增。

WCK被连接到摄像头的OV_PLCK像素时钟，摄像头输出的OV_HREF和排针FIFO_WEN经过一个与非门，输出到FIFO的写使能引脚FIFO_WE。摄像头输出数据总线被连接至FIFO数据输入总线。这样当排针拉高时，FIFO由摄像头OV_HREF控制写入，排针拉低时，FIFO_WE一直是高，FIFO被禁止写入。用这种方式，FIFO可以存放摄像头高速输出的图片信息，同时也提供给我们一个控制是否允许摄像头写入的接口。

FIFO读取时序

/RE控制能否从FIFO中读出数据，模块已经将/RE接地了就不用考虑。

/OE拉低时，在RCK（读时钟）的上升沿就可以对数据总线引脚读取，如果/OE是高电平，此时数据总线是高阻态。除了基本的读写时序，还要注意读地址和写地址的控制：应先让FIFO的读地址复位至0，使摄像头输出字节从FIFO的0地址依次存放，存放完一帧的内容。再将读地址复位至0，从0地址开始把刚才写入的图像数据读出。

写地址复位

WCK被连接到PCLK，一直有信号，我们只需要控制WRST引脚从高变低再变高就完成写地址的复位。

void FIFO_WReset()
{
   HAL_GPIO_WritePin(WRST_GPIO_Port, WRST_Pin, GPIO_PIN_RESET);
   HAL_GPIO_WritePin(WRST_GPIO_Port, WRST_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

读地址复位

void FIFO_RDReset()
{
   HAL_GPIO_WritePin(RRST_GPIO_Port, RRST_Pin, GPIO_PIN_RESET);
   FIFO_RCK(0);
   FIFO_RCK(1);
   FIFO_RCK(0);
   FIFO_RCK(1);
   HAL_GPIO_WritePin(RRST_GPIO_Port, RRST_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

四、总体设计

对于摄像头来说，FIFO很快就被填满，而MCU读取很慢，所以在摄像头填满FIFO后，禁止摄像头继续写入FIFO，直到FIFO内容被MCU读出。

VSYNC的下降沿来临时，表明摄像头要开始传输一帧的数据，MCU拉低WR，允许摄像头写入FIFO。当下降沿再次到来时，表明刚才的一帧数据写入完毕，拉高WR，复位写指针。读取FIFO内容到RAM并显示，读取时，应先复位读指针，再用for循环读取。

主函数

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  /* USER CODE END 1 */
  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
  /* USER CODE BEGIN Init */
  /* USER CODE END Init */
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();
  /* USER CODE BEGIN SysInit */
  /* USER CODE END SysInit */
  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_TIM10_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim10);
   OV7670_Reset();
   // HAL_Delay(5);
   ST7789_Init();
   ST7789_Clear(RED);
   OV7670_READY = OV7670_CheckID();
   if (OV7670_READY)
   {
      HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      OV7670_Config();
      OV7670_SetWindow(20,176,240,240);
   }
  /* USER CODE END 2 */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
      if (OV7670_READY)
      {
         if (gather == 1)
         {
            /* read it*/
            FIFO_OE(0);
            FIFO_RDReset();
            for (uint32_t i = 0; i < 240 * 240 * 2; i++)
            {
               FIFO_RCK(0);
               FIFO_RCK(1);
               TFT[i] = GPIOA->IDR & 0xFF;
            }
            ST7789_Address_Set(0, 0, 239, 239);
            for (uint16_t k = 0; k < 2; k++)
            {
               ST7789_SendMultiByte(TFT + k * 240 * 240, 240 * 240);
            }
            FIFO_OE(1);
            gather = 0;
         }
         sprintf(str, "%d", show);
         ST7789_ShowString(0, 0, str, Font_16x26, RED, WHITE);
      }
      else
      {
         ST7789_ShowString(0, 110, "dont detect OV7670", Font_16x26, RED, WHITE);
      }
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

显示帧率

使用一个变量计算一秒钟有多少图像显示到彩屏上就可以得到帧率。开启一个定时周期是1s的定时器中断，中断触发时，赋值计数值给显示值并复位计数值。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
   show = cnt;
   cnt = 0;
}

外部中断

每完成一帧图像的读取，LED就翻转一次，图像计数器自增。

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
   if (gather == 0)
   {
      FIFO_WReset();
      FIFO_WR(1);
      gather = 1;
      HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
      cnt++;
   }
   else
   {
      /* FIFO stored a whole frame */
      FIFO_WR(0);
   }
}