【正点原子FPGA连载】第四十四章OV5640摄像头RGB-LCD灰度显示实验

正点原子

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第四十四章OV5640摄像头RGB-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：
4444.1简介
44.2实验任务
44.3硬件设计
44.4程序设计
44.5下载验证

44.1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。
44.2实验任务
本节实验任务是使用达芬奇开发板达到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。
44.3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。
44.4程序设计
根据实验任务，首先设计如图 44.4.1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、图像分辨率设置模块、DDR控制器模块、摄像头驱动模块、图像处理模块和LCD顶层模块。其中时钟模块、DDR控制器模块、图像处理模块、图像分辨率设置模块和摄像头驱动模块没有做任何修改，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，本次实验只是将HDMI顶层模块替换成了LCD顶层模块。
OV5640摄像头LCD灰度显示系统框图如下图所示：

图 44.4.1 顶层系统框图

由上图可知，时钟模块（clk_wiz_0）为LCD顶层模块、DDR控制模块以及OV5640驱动模块提供驱动时钟。OV5640驱动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DDR控制模块。顶层模块从DDR控制模块中读出数据并驱动显示器显示，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DDR3和传感器都初始化完成之后才开始输出数据的，避免了在DDR3初始化过程中向里面写入数据。
顶层模块的原理图如下图所示：

图 44.4.2 顶层模块原理图

FPGA顶层模块（ov5640_lcd_yuv）例化了以下五个模块：时钟模块（clk_wiz_0）、OV5640驱动模块（ov5640_dri）、图像处理模块（vip）、DDR控制模块（ddr3_top）和LCD顶层模块（lcd_rgb_top）。
时钟模块（clk_wiz_0）：时钟模块通过调用MMCM IP核实现，共输出2个时钟，频率分别为200Mhz（DDR3参考时钟）和50Mhz时钟。200Mhz时钟作为DDR控制模块的参考时钟，由MIG IP核产生的ui_clk（本次设计为100Mhz）作为DDR控制模块的驱动时钟，50Mhz时钟作为OV5640驱动模块、摄像头图像分辨率设置模块和LCD顶层模块的驱动时钟。
OV5640驱动模块（ov5640_dri）：OV5640驱动模块负责驱动OV5640 SCCB接口总线，将像素时钟驱动下的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DDR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。
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DDR控制模块。
DDR控制模块（ddr3_top）：DDR读写控制器模块负责驱动DDR片外存储器，缓存图像传感器输出的图像数据。该模块将MIG IP核复杂的读写操作封装成类似FIFO的用户接口，非常方便用户的使用。
有关DDR控制模块的详细介绍请大家参考“OV7725摄像头RGB-LCD显示实验”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。有关LCD驱动模块的详细介绍请大家参考“OV7725摄像头RGB-LCD显示实验”章节。
44.5下载验证
首先将FPC排线一端与RGB-LCD模块上的J1接口连接，另一端与达芬奇开发板上的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 44.5.1和图 44.5.2所示。

图 44.5.1 正点原子RGBLCD模块FPC连接器

图 44.5.2 达芬奇开发板连接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 44.5.3 LCD实时显示灰度图像