OV7725摄像头显示VGA/LCD

1. OV7725摄像头

1.1 简介

OV7725是OmniVision（豪威科技）公司生产的CMOS图像传感器，该传感器功耗低、可靠性高一级采集速率快，主要应用在玩具、安防监控、电脑多媒体等领域。

OV7725感光阵列达到640*480，功能最快60fps VGA分辨率的图像采集。传感器内部集成了图像处理的功能，包括自动曝光控制（AEC）、自动增益控制（AGC）和自动白平衡（AWB）等。

1.2 SCCB接口

SCCB（Serial Camera Control Bus，串行摄像头控制总线）是由OV公司定义和发展的三线式串行总线。
该总线控制着OV系列摄像头的大部分功能，包括图像数据格式、分辨率以及图像处理参数等。
OV公司为了减少传感器引脚的封装，现在SCCB总线大多采用两线式接口总线。（类似IIC总线）


SCCB与IIC的差异
1、SCCB传输协议中，第9位为不必关心位，而IIC写传输协议为应答位。
2、SCCB每次传输过程不超过3个阶段（Phase），即不能连续读写。
3、SCCB读传输协议中没有重复开始的概念，在写完寄存器地址后，发起停止信号。

1.3 图像输出时序

OV7725支持多种不同分辨率图像的输出，包括VGA（640x480）、QVGA（320x240）、以及CIF（一种常用的标准化图像格式，分辨率为352x288）到40x30之间的任意尺寸。

OV7725支持多种不同的数据像素格式，包括YUV（亮度参数和色度参数量分开表示的像素格式）、RGB（其中RGB格式包括RGB565、RGB555）以及8位的RAW（原始图像数据）和10位的RAW。

2. 程序设计

使用FPGA开发板及OV7725摄像头实现图像采集，并通过VGA显示器显示，以及RGBLCD液晶屏（800*480）实时显示。

2.1 系统框图

2.2 SDRAM乒乓存储

2.3 源码

module ov7725_rgb565_640x480_vga(    
    input                 sys_clk     ,  //系统时钟
    input                 sys_rst_n   ,  //系统复位，低电平有效
    //摄像头接口
    input                 cam_pclk    ,  //cmos 数据像素时钟
    input                 cam_vsync   ,  //cmos 场同步信号
    input                 cam_href    ,  //cmos 行同步信号
    input        [7:0]    cam_data    ,  //cmos 数据
    output                cam_rst_n   ,  //cmos 复位信号，低电平有效
    output                cam_sgm_ctrl,  //cmos 时钟选择信号, 1:使用摄像头自带的晶振
    output                cam_scl     ,  //cmos SCCB_SCL线
    inout                 cam_sda     ,  //cmos SCCB_SDA线
    //SDRAM接口
    output                sdram_clk   ,  //SDRAM 时钟
    output                sdram_cke   ,  //SDRAM 时钟有效
    output                sdram_cs_n  ,  //SDRAM 片选
    output                sdram_ras_n ,  //SDRAM 行有效
    output                sdram_cas_n ,  //SDRAM 列有效
    output                sdram_we_n  ,  //SDRAM 写有效
    output       [1:0]    sdram_ba    ,  //SDRAM Bank地址
    output       [1:0]    sdram_dqm   ,  //SDRAM 数据掩码
    output       [12:0]   sdram_addr  ,  //SDRAM 地址
    inout        [15:0]   sdram_data  ,  //SDRAM 数据    
    //VGA接口                          
    output                vga_hs      ,  //行同步信号
    output                vga_vs      ,  //场同步信号
    output        [15:0]  vga_rgb        //红绿蓝三原色输出 
    );

//parameter define
parameter  SLAVE_ADDR =  7'h21        ;  //OV7725的器件地址7'h21
parameter  BIT_CTRL   =  1'b0         ;  //OV7725的字节地址为8位  0:8位 1:16位
parameter  CLK_FREQ   = 26'd25_000_000;  //i2c_dri模块的驱动时钟频率 25MHz
parameter  I2C_FREQ   = 18'd250_000   ;  //I2C的SCL时钟频率,不超过400KHz
parameter  CMOS_H_PIXEL = 24'd640     ;  //CMOS水平方向像素个数,用于设置SDRAM缓存大小
parameter  CMOS_V_PIXEL = 24'd480     ;  //CMOS垂直方向像素个数,用于设置SDRAM缓存大小

//wire define
wire                  clk_100m        ;  //100mhz时钟,SDRAM操作时钟
wire                  clk_100m_shift  ;  //100mhz时钟,SDRAM相位偏移时钟
wire                  clk_25m         ;  //25mhz时钟,提供给vga驱动时钟
wire                  locked          ;
wire                  rst_n           ;
                                      
wire                  i2c_exec        ;  //I2C触发执行信号
wire   [15:0]         i2c_data        ;  //I2C要配置的地址与数据(高8位地址,低8位数据)          
wire                  cam_init_done   ;  //摄像头初始化完成
wire                  i2c_done        ;  //I2C寄存器配置完成信号
wire                  i2c_dri_clk     ;  //I2C操作时钟
                                      
wire                  wr_en           ;  //sdram_ctrl模块写使能
wire   [15:0]         wr_data         ;  //sdram_ctrl模块写数据
wire                  rd_en           ;  //sdram_ctrl模块读使能
wire   [15:0]         rd_data         ;  //sdram_ctrl模块读数据
wire                  sdram_init_done ;  //SDRAM初始化完成
wire                  sys_init_done   ;  //系统初始化完成(sdram初始化+摄像头初始化)

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************

assign  rst_n = sys_rst_n & locked;
//系统初始化完成：SDRAM和摄像头都初始化完成
//避免了在SDRAM初始化过程中向里面写入数据
assign  sys_init_done = sdram_init_done & cam_init_done;
//不对摄像头硬件复位,固定高电平
assign  cam_rst_n = 1'b1;
//cmos 时钟选择信号,0:使用引脚XCLK提供的时钟 1:使用摄像头自带的晶振
assign  cam_sgm_ctrl = 1'b1;

//锁相环
pll_clk u_pll_clk(
    .areset             (~sys_rst_n),
    .inclk0             (sys_clk),
            
    .c0                 (clk_100m),
    .c1                 (clk_100m_shift),
    .c2                 (clk_25m),
    .locked             (locked)
    );

//I2C配置模块    
i2c_ov7725_rgb565_cfg u_i2c_cfg(
    .clk                (i2c_dri_clk),
    .rst_n              (rst_n),
            
    .i2c_done           (i2c_done),
    .i2c_exec           (i2c_exec),
    .i2c_data           (i2c_data),
    .init_done          (cam_init_done)
    );    

//I2C驱动模块
i2c_dri 
   #(
    .SLAVE_ADDR         (SLAVE_ADDR),
    .CLK_FREQ           (CLK_FREQ  ),              
    .I2C_FREQ           (I2C_FREQ  )                
    )       
   u_i2c_dri(       
    .clk                (clk_25m   ),   
    .rst_n              (rst_n     ),   
        
    .i2c_exec           (i2c_exec  ),   
    .bit_ctrl           (BIT_CTRL  ),   
    .i2c_rh_wl          (1'b0),                     //固定为0，只用到了IIC驱动的写操作   
    .i2c_addr           (i2c_data[15:8]),   
    .i2c_data_w         (i2c_data[7:0]),   
    .i2c_data_r         (),   
    .i2c_done           (i2c_done  ),   
    .scl                (cam_scl   ),   
    .sda