基于STM32F407与OV2640摄像头模块实现图像采集并存储到SD卡

一、软件实现流程

1.1 硬件初始化（HAL库）

// I2C初始化（OV2640配置）
void MX_I2C1_Init(void)
{
    hi2c1.Instance = I2C1;
    hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000;  // 400kHz
    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    HAL_I2C_Init(&hi2c1);
}

// DCMI初始化
void MX_DCMI_Init(void)
{
    DCMI_HandleTypeDef hdcmi;
    
    hdcmi.Instance = DCMI;
    hdcmi.Init.CaptureMode = DCMI_CaptureMode_Continuous;
    hdcmi.Init.SynchroMode = DCMI_SynchroMode_Hardware;
    hdcmi.Init.PCKPolarity = DCMI_PCKPolarity_Rising;
    hdcmi.Init.VSPolarity = DCMI_VSPolarity_Low;
    hdcmi.Init.HSPolarity = DCMI_HSPolarity_Low;
    HAL_DCMI_Init(&hdcmi);
}

// SDIO初始化
void MX_SDIO_Init(void)
{
    SD_HandleTypeDef hsd;
    
    hsd.Instance = SDIO;
    hsd.Init.ClockEdge = SDIO_CLOCK_EDGE_RISING;
    hsd.Init.ClockBypass = SDIO_CLOCK_BYPASS_DISABLE;
    hsd.Init.ClockPowerSave = SDIO_CLOCK_POWER_SAVE_DISABLE;
    hsd.Init.BusWide = SDIO_BUS_WIDE_4B;
    HAL_SD_Init(&hsd);
}

1.2 OV2640驱动代码

// OV2640复位
void OV2640_Reset(void)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, 0x21<<1, 0x12, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)0x80, 1, 100);
    HAL_Delay(100);
}

// 设置JPEG模式
void OV2640_JPEGConfig(void)
{
    uint8_t config[] = {
        0x12, 0x80,  // 软复位
        0x17, 0x20,  // 设置时钟分频
        0x30, 0x60,  // 调整时钟频率
        0x12, 0x04,  // 启用JPEG模式
        0x70, 0xA0   // 设置JPEG质量
    };
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x21<<1, config, sizeof(config), 100);
}

// DCMI DMA传输回调
void HAL_DCMI_FrameEventCallback(DCMI_HandleTypeDef *hdcmi)
{
    uint32_t *buffer = (uint32_t*)0x20001000;  // 1MB DMA缓冲区
    HAL_DCMI_Stop_DMA(hdcmi);
    
    // 保存到SD卡
    FRESULT res = f_open(&sdFile, "IMG_001.jpg", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
    if(res == FR_OK) {
        UINT bytes_written;
        f_write(&sdFile, buffer, 1024 * 33, &bytes_written);  // 320x240 JPEG约65KB
        f_close(&sdFile);
    }
}

1.3 SD卡文件系统

// FATFS初始化
FRESULT SD_Init(void)
{
    FRESULT res;
    res = f_mount(&SDFatFS, "", 1);  // 挂载SD卡
    if(res != FR_OK) return res;
    
    // 创建文件
    res = f_open(&sdFile, "IMG_001.jpg", FA_CREATE_ALWAYS | FA_WRITE);
    return res;
}

// JPEG数据写入
void Save_JPEG(uint8_t *data, uint32_t size)
{
    UINT bytes_written;
    f_write(&sdFile, data, size, &bytes_written);
}

---

二、主程序流程

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    MX_I2C1_Init();
    MX_DCMI_Init();
    MX_SDIO_Init();
    MX_FATFS_Init();
    
    // 初始化摄像头
    OV2640_Reset();
    OV2640_JPEGConfig();
    
    // 启动DMA传输
    HAL_DCMI_Start_DMA(&hdcmiHandle, DCMI_MODE_SNAPSHOT, (uint32_t)DMA_Buffer, 1024);
    
    while(1)
    {
        if(FrameReadyFlag) {
            FrameReadyFlag = 0;
            Save_JPEG(DMA_Buffer, 1024 * 33);  // 320x240 JPEG
        }
    }
}

---

三、关键参数配置

参数	配置值	说明
DCMI时钟	24MHz	通过外部晶振提供
JPEG分辨率	320x240	设置寄存器0x5A=0x91
DMA缓冲区	1MB	位于内部SRAM
SD卡文件系统	FAT32	兼容性最佳
JPEG压缩质量	80%	寄存器0x70=0xA0

---

四、性能优化方案

1. 双缓冲机制

   volatile uint8_t *dma_buffer[2] = {0x20001000, 0x20002000};
   volatile uint8_t buffer_index = 0;
   
   void HAL_DCMI_FrameEventCallback(DCMI_HandleTypeDef *hdcmi)
   {
       buffer_index ^= 1;
       HAL_DCMI_Stop_DMA(hdcmi);
       HAL_DCMI_Start_DMA(hdcmi, DCMI_MODE_SNAPSHOT, (uint32_t)dma_buffer[buffer_index], 1024);
   }
   

2. SD卡写入优化

   #define SD_BLOCK_SIZE 512
   void Write_SD_Block(uint32_t addr, uint8_t *data)
   {
       HAL_SD_WriteBlocks(&hsd, data, addr, SD_BLOCK_SIZE, 1000);
   }
   

3. DMA配置

   static DMA_HandleTypeDef hdma_dcmi_rx;
   
   void MX_DMA_Init(void)
   {
       __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
       
       hdma_dcmi_rx.Instance = DMA2_Stream1;
       hdma_dcmi_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
       hdma_dcmi_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
       hdma_dcmi_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
       hdma_dcmi_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
       hdma_dcmi_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
       HAL_DMA_Init(&hdma_dcmi_rx);
       __HAL_LINKDMA(&hdcmiHandle, hdmarx, hdma_dcmi_rx);
   }
   

---

五、调试与验证

1. 逻辑分析仪检查时序

   • 验证PCLK频率是否稳定在24MHz
   • 检查VSYNC/HREF信号与数据对齐

2. SD卡测试命令

   # 查看文件大小
   ls -l IMG_001.jpg
   # 查看文件内容
   hexdump -C IMG_001.jpg | head -n 32
   

3. 典型问题解决

   问题现象	解决方法
   无图像数据	检查DCMI_CROPCmd是否启用
   JPEG文件损坏	验证文件头是否包含0xFFD8和0xFFD9
   SD卡写入失败	检查FATFS挂载状态和文件权限

---

六、扩展功能实现

1. 实时预览（通过SPI屏幕）

   void Display_JPEG(uint8_t *data)
   {
       // 使用ST7735驱动显示JPEG缩略图
       SPI_SendCommand(0x11);  // 退出睡眠
       SPI_SendData(data, 1024);
   }
   

2. 无线传输（ESP8266模块）

   #include "esp8266.h"
   
   void Send_Image()
   {
       char cmd[64];
       sprintf(cmd, "AT+CIPSEND=%d\r\n", jpeg_size);
       ESP8266_Send(cmd);
       ESP8266_Transmit(jpeg_data, jpeg_size);
   }
   

---

七、完整工程资源

1. STM32CubeMX配置
   • 启用DCMI、I2C1、SDIO外设
   • 配置DMA2_Stream1用于DCMI
   • 设置系统时钟为168MHz
2. 参考代码库
   • OV2640驱动：ov2640.c/h
   • SD卡操作：sdio_sdcard.c/h
   • 代码 ： stm32f407使用OV2640摄像头进行拍照存储到sd卡中 www.youwenfan.com/contentcnl/57192.html
   • JPEG处理：jpeg_encoder.c/h