基于STM32处理器的简易数码相机设计.doc-资料库

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闽江学院本科毕业论文(设计) 题目基于 STM32 处理器的简易数码相机设计学生姓名学系年专号别级业指导教师职称完成日期王晓腾 120081003223 物理学与电子信息工程系 2008 级电子信息工程薛小铃副教授 2012-05-05

闽江学院毕业论文（设计）诚信声明书本人郑重声明：兹提交的毕业论文（设计）《基于 STM32 处理器的简易数码相机设计》，是本人在指导老师薛小铃的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。声明人（签名）：年月日

摘要随着人们生活水平的不断提高，迅速发展的数字摄影已应用在计算机、通信、电子、交通、旅游、医疗、军事等各行各业需要图像的领域。而高像素化、小型化、多功能化、时尚化的数码相机已在市场上呈爆炸性增长趋势。系统采用 ARM Cortex-M3 内核的 STM32F103C8T6 作为微处理器，结合带 3Mbit 存储器的 OV7670 图像传感器、TF 存储卡、GPS 模块、带触摸的 TFT 液晶等设备，应用 FAT16 文件系统，设计并实现了摄像，照片与图像浏览，电子书浏览，GPS 导航定位等功能为一体的简易数码相机。系统采用全触摸操作方式，方便于开发人机界面而且略有苹果风格，小巧而不小气，简约而不简单。当然系统也有它的不足之处，系统的功耗较大，锂电池供电节能有待改进；在软件方面没有加入操作系统，各个功能模块的处理上还不够流畅。关键词：STM32F103C8T6；OV7670；TF；TFT；GPS

Abstract As people’s living standards improve ceaselessly, the rapid development of digital photography has been used in the field of computer, communications, electronics, transportation, tourism, medical, military and other industries which need images. While the high pixel, miniaturization, multi-functional and fashionable digital camera has been on the market for explosive growth trend. Adopting ARM Cortex-M3‘s kernel-STM32F103C8T6 as the microprocessor, combing with 3Mbits memory OV7670 image sensor, TF memory card, GPS module, a touch of TFT liquid crystal and other equipments, using FAT16 file system, the system designs and achieves a simple digital camera which has the functions of camera, photograph, image browse and e-book browse, GPS navigation and positioning and other functions. This system employs full-touch operation mode which is useful for developing human-machine interface. Also, it has apple style that slightly small but not stingy, brief but not simple. Of course, this system also has its inadequacies. Its power consumption is too much. The ability to power and energy-saving of the lithium battery can be improvement. In software, it lacks the operating system and various functional modules are not smooth in processing. Key words：STM32F103C8T6; OV7670; TF; TFT; GPS

目录 1 前言............................................................................................................1 1.1 选题背景与现状................................................................................................1 1.2 论文的主要工作与结构....................................................................................2 2 FAT 文件系统.............................................................................................3 2.1 FAT16 简介.........................................................................................................3 2.2 FAT16 存储原理.................................................................................................4 3 系统概述与硬件电路设计....................................................................... 6 3.1 系统概述............................................................................................................6 3.2 电源模块............................................................................................................7 3.3 微控制器模块....................................................................................................7 3.4 带触摸功能的 TFT 液晶显示模块....................................................................9 3.5 摄像头模块......................................................................................................11 3.6 全球导航定位 GPS 模块..................................................................................13 4 系统软件设计..........................................................................................15 4.1 软件设计总流程..............................................................................................15 4.2 底层驱动程序设计..........................................................................................15 4.2.1 TFT 显示驱动程序设计 ...........................................................................................15 4.2.2 XPT2046 触摸驱动程序设计 ...................................................................................16 4.2.3 TF 卡读取驱动程序设计.........................................................................................16 4.2.4 RTC 时钟驱动程序设计 ...........................................................................................19 4.2.5 摄像头驱动程序设计..............................................................................................19 4.3 功能模块程序设计..........................................................................................21 4.3.1 电子书与图片浏览功能程序设计......................................................................... 21 4.3.2 摄像头照片存储功能程序设计..............................................................................22 5 系统调试与分析..................................................................................... 23 5.1 系统硬件实物..................................................................................................23 5.2 系统调试出现的问题及解决办法..................................................................23 5.3 系统调试结果与分析......................................................................................24 6 结束语......................................................................................................25 参考文献......................................................................................................26 附录......................................................................................................27 致谢......................................................................................................28

基于 STM32 处理器的简易数码相机设计 1 前言 1.1 选题背景与现状随着电子技术水平不断提高，生活元素越来越多样化，报纸、电视、杂志等可以说是铺天盖地——有关数码产品[1]的信息向我们涌来，显然对数码相机这块大蛋糕的争夺之战已经开始了。从1982年第一台数码相机问世至今短短十几年间，数码相机以其强大的优势取得了飞速的发展。数码相机从一开始就表现出了强大的优势，比如：不用化学药品冲洗胶卷；不用暗室加工；拍摄后可直接连到计算机上观看并且图文并茂款式多样；对拍摄的图像与文字可以随时进行编辑处理和保存；拍摄的图像经过调制解调可远距离传输。同时随着各项技术的发展，数码相机的性价比越来越高，可以想象在不久的将来数码相机将会成为人类必备的数码消费产品之一[2]。目前数码相机主要采用 DSP+MCU双内核架构，MCU用于完成整个数码相机的高速接口功能，而DSP则用于完成图像信号处理及一些附加功能的实现，对于实现这样的架构国内外许多企业都有自己的设计方式，比如TI公司推出的专用数码相机芯片DSC21等进行设计，在专用芯片中集成了DSP和ARM。这样采用DSP进行图像数据的算法处理，ARM进行外围器件的控制和相关处理，以完成数码相机的功能。也可以采用DSP+FPGA的架构，由FPGA内部编写相应的控制器来完成ARM的功能，同时也可以实现设计的柔性化[2]。基于此，在技术上没有太大差别的数码相机，后起厂家若想赶超传统厂家，很显然在技术上市很难有大大作为，只有在找寻现有市场盲点的同时创造市场[3]。竞争的重点也就放在产品外观创新、功能性、人性化等，所以目前的数码相机趋势是性价比高、小型性、多功能化、时尚化[2]。本课题研究，是结合我大学四年所学的知识及技能，充分的设计并实现了由高性价比的 STM32F 的处理器、功能强大但廉价的 OV7670 图像传感器、人性化的 TFT 触摸显示屏、极细小的 TF 存储卡等组成的多功能、时尚且小巧的简易数码相机。 1

1.2 论文的主要工作与结构本论文主要做了如下工作： 1. 研究并简述了数码相机的背景与现状。 2. 研究并详细描述性价比高的STM32F处理器和外围设备的应用。 3. 研究ARM开发工具RealViewMDK的使用。 4. 研究并简述FAT文件系统和存储原理。 5. 研究TFT触摸屏和TF卡的使用。 6. 研究DXP画图工具并设计简易数码相机的板。 7. 研究图像传感器OV7670模块的图像采集过程和GPS模块的数据收发。 8. 研究并编写各部分硬件驱动程序和整机软硬件调试的方法。实现功能： 1. 拍照并存储于TF卡里。 2. GPS定位导航。 3. UC/GUI图形界面的移植。 4. 电子书和图片浏览。 5. 实时时间与温度显示。本论文的结构如下：首先介绍了FAT16文件系统和FAT16的存储原理；然后简要阐述STM32处理器在OV7670图像传感器、TFT触摸屏、GPS模块和TF卡等的硬件接口电路，以及软件设计总流程、底层驱动程序设计和功能模块的程序设计；最后验证了系统功能实现的正确性，并总结了本方案调试遇到的问题和解决办法，以及存在的缺陷和需进一步解决的问题等。 2

2 FAT 文件系统 FAT16 是 Microsoft 较早推出的文档系统，兼容性好，现在仍然广泛应用于个人电脑尤其是存储设备中。本设计 TF 卡存储读取采用了 FAT16 文件系统。 2.1 FAT16 简介 FAT 文件系统把存储卡划分为几个区，包括 DBR 扇区、保留扇区、FAT 表 1、 FAT 表 2、根目录和数据区，具体结构如图 2-1 所示。图 2-1 存储卡结构图 1. DBR 区(DOS BOOT RECORD) DBR 区即文件系统引导记录区的意思，也称为引导扇区或启动扇区。它记录了存储卡的所有重要信息，一共 512 个字节，本区各参数大小分布如图 2-2 所示。图 2-2 DBR 区参数大小分布图 2. 关于保留扇区 3

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