低像素圖像傳感器二值電路的硬件設(shè)計案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u12低像素圖像傳感器二值電路的硬件設(shè)計案例分析 [17]，OV7670自帶有源晶振，能夠產(chǎn)生12M時鐘作為XCLK輸入。圖1.4OV7670功能框圖1.4.2OV7670原理圖及引腳功能圖1.5是OV7670芯片的原理圖，圖1.6是FIFO芯片（AL442B）的原理圖，將OV7670與AL442B連接在一起引出其中需要與單片機進(jìn)行連接的引腳，供單片機與攝像頭模塊進(jìn)行通信。攝像頭引腳功能介紹：D0-D7：數(shù)據(jù)輸出信號；VSYNC：幀同步信號；HREF：行同步信號；PCLK：像素時鐘信號；SIO_D：SCCB數(shù)據(jù)口；SIO_C：SCCB時鐘口。圖1.5OV7670原理圖圖1.6AL422B1.4.3OV7670接口電路OV7670攝像頭模塊為一個整體，將OV7670芯片與FIFO芯片（AL442B）連接在一起，從兩個芯片中一共引出18個引腳，其中有8個引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳，兩個SCCB通信引腳，1個時鐘信號引腳，1個幀同步信號引腳，1個接地引腳，1個電源引腳，加上FIFO芯片（AL442B）的讀、寫、使能等4個引腳，每個引腳都有其對應(yīng)的功能，其引腳連接圖如下圖1.7所示。為了實現(xiàn)圖像的二值化，數(shù)據(jù)輸出引腳只從D7數(shù)據(jù)引腳輸出，將D7引腳輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過二值化電路后傳輸給單片機，單片機對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。圖1.7攝像頭接口電路1.5二值化電路模塊1.5.1二值化電路設(shè)計原理二值化電路設(shè)計是本次設(shè)計的一個較為重要的模塊，本次設(shè)計的主要目的是利用硬件電路實現(xiàn)圖像的二值化處理，使用硬件將圖像二值化相較于軟件可以減少MCU的大量工作，為MCU節(jié)省更多的時間來完成其它工作。OV7670攝像頭輸出方式為并行輸出，一次輸出8位，對應(yīng)于像素的范圍為0~255，二值化電路的目的就是選定一個合適的閾值th，當(dāng)像素點小于閾值，二值化電路將其自動轉(zhuǎn)化為0，當(dāng)像素點大于等于閾值時，二值化電路將其自動轉(zhuǎn)化為1，經(jīng)過一幀輸出后，所有的像素點全部變成0或1，故二值化電路輸出一個只有0和1的二維數(shù)組，將二維數(shù)組輸入單片機就實現(xiàn)了二值化圖像的保存。其中二值化中有一步就是對于閾值的選取，本文選用的閾值選取方法是利用電阻的分壓，將一個光敏電阻與一個可調(diào)電阻串聯(lián)，利用串聯(lián)分壓的原理調(diào)試合適的電阻，其電路圖如圖1.8所示，當(dāng)光照較強時，光敏電阻的阻值較小，可調(diào)電阻分壓較大，故閾值電壓也較大，同理，當(dāng)光照較弱時，光敏電阻的阻值較大，可調(diào)電阻分壓相對較小，故閾值電壓也相對較低。利用光敏電阻的阻值變化特性，實現(xiàn)閾值電壓的自適應(yīng)，由于光敏電阻的阻值跳躍較大，為了保證閾值的合理調(diào)試，將光敏電阻并聯(lián)一個可調(diào)電阻和一個開關(guān)按鈕，如需使用該可調(diào)電阻，按下開關(guān)按鈕即可連接。二值化電路除了選取閾值的電路外還有一個重要的器件就是比較器，二值化的過程主要是靠比較器來實現(xiàn)的，閾值連接比較器的負(fù)輸入端，而從攝像頭D7口輸出的信號連接比較器的正輸入端，當(dāng)攝像頭輸出電壓大于閾值電壓，比較器輸出端輸出高電壓1.3V，當(dāng)攝像頭輸出電壓小于閾值電壓是，比較器的輸出電壓輸出低電壓0V，將比較器輸出端連接單片機的P1.0口（同時也是串口2），高電壓對應(yīng)于1，低電壓對應(yīng)于0，故通過比較器和閾值的調(diào)試，圖像二值化就能夠較好的實現(xiàn)。圖1.8二值化電路圖1.5.2二值化電路原理圖及連接圖1.9二值化電路原理圖由二值化設(shè)計原理可以快速畫出其電路原理圖如上圖1.9所示，對于比較器本次設(shè)計選用LM339芯片，LM339內(nèi)部設(shè)有四個獨立的電壓比較器，其輸出與TTL、CMOS等可兼容，對于本次設(shè)計而言。只需要使用其中的一個電壓比較器即可，為此本次選擇1號比較器，閾值連接在IN-（4號引腳），攝像頭D7輸出連接在IN+（5號引腳），3號引腳VCC接1.3V電源，12號引腳GND接地，輸出信號OUT1接單片機的P1.0，為了方便利用示波器觀察二值化后的輸出波形，將輸出信號OUT1和GND用排針引出。1.6顯示屏模塊顯示屏本次設(shè)計使用的是LCD12864點陣液晶顯示屏，其總共20個引腳，引腳圖如下圖1.10所示，LCD12864的主要參數(shù)有：工作電壓（VDD）：1.3V或者5V；驅(qū)動電壓（VO）：0~7V；邏輯電平：2.7~5V圖1.1012864引腳圖LCD12864引腳定義：VSS：電源地；VDD：電源；VO：驅(qū)動電壓；RS：片選信號；R/W：讀寫選擇；E：使能信號；DB0-DB7：數(shù)據(jù)口；PSW：并/串行接口選擇；RST：復(fù)位信號；A：背光源正極；K：背光源負(fù)極；對12864引腳有了一定的了解后就可以畫出12864的引腳接口電路圖，如下圖1.11所示，對于顯示屏的接口電路在此做了一點小小的擴展，此接口不但能夠連接12864，還能夠連接TFT和和LCD1602，一個接口經(jīng)過擴展改變變?yōu)槟軌蜻B接3種顯示屏的接口，可以滿足不同電路對于不同顯示屏的需求。圖1.1112864接口電路圖原理圖1.7電路測試模塊對于任何設(shè)計，都存在理論和實踐的差別，理論上可行的對應(yīng)于實物卻不一定可行，且對于制作電路來說，還包括許多其它各種各樣的影響，包括PCB的鋪銅布線、元器件的焊接、元器件是否損壞等等，許多都是很難發(fā)現(xiàn)很難避免的事情，故本次設(shè)計加入了一個單片機測試模塊，其原理圖如下圖1.12所示，將單片機的P5.5腳連接一個LED燈，對于制作完成的電路板首先測試單片機是否能夠點亮該LED燈，如若LED能夠正常被點亮，則單片機沒有問題，能夠進(jìn)行正常的供電和程序的下載，如若不能點亮該LED燈，則元器件的焊接或者單片機存在一定的問題，需要對電路板及元器件進(jìn)行檢查，排除故障才能進(jìn)行后續(xù)的其它工作。 圖1.12LED測試電路 1.8繪制PCB板原理圖畫完就需要畫PCB板了，在此之前需要給各器件添加封裝，器件的封裝可以自己畫也可以直接查找已有的封裝，直接導(dǎo)入，加完封裝檢查無錯誤就可以將原理圖導(dǎo)入到PCB上。畫PCB圖主要分為幾個步驟：布局、布線、定板大小、補淚滴、鋪銅；原理圖導(dǎo)入PCB后首先要對整個PCB板進(jìn)行布局，布局可以使用自動布局也可以手動布局，一般而言自動布局的效果是不太好的，為了達(dá)到較好的布局效果，一般選用的都是手動布局或者先自動布局，在自動布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行手動布局，一般布局的規(guī)則是一個功能模塊的器件盡量放在一起，所有模塊都放置完成以后在對一些器件進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到更加美觀。布局完成后就需要進(jìn)行布線，布線和布局一樣可以自動布線也可以手動布線，一般而言選用的也是先自動布線后手動布線，在自動布線的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，布線需要注意一些布線的規(guī)則，比如注意走線不要往PCB板的邊緣走線，布線的長度盡量短以及環(huán)路最小規(guī)則等等，布局布線完成就可以定下PCB板子的大小了，PCB板不用太大也不能太小，只需要差不多合適能夠框住所有器件和走線即可。布局、布線、板子大小都定好之后就可以進(jìn)行最后的工作添加淚滴和進(jìn)行鋪銅，補淚滴主要是防止機械制板的時候，焊盤或過孔因承受鉆孔的壓力而與銅膜導(dǎo)線在連接處斷裂，需要注意的是，淚滴不能重復(fù)添加，若由于某些原因需要對導(dǎo)線進(jìn)行改動一定要先將淚滴移除。所有工作做完最后就可以