低功耗電子標簽的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：低功耗電子標簽的設(shè)計院（系）：自動化學(xué)院專業(yè)：自動化班級：自動1201班畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文低功耗電子標簽的設(shè)計是 本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的 文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注；對本文的研究做出重要貢獻 的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。論文作者：時間：年月日指導(dǎo)教師已閱：時間：年月日西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）選題審批表申報人亢紅波職稱副教授學(xué)院自動化題目名稱低功耗電子標簽的設(shè)計題目來源科研教學(xué)其它是題目類型硬件設(shè)計是軟件設(shè)計論文藝術(shù)作品

2、題目性質(zhì)實際應(yīng)用是理論研究題目 簡述設(shè)計一種電子標簽，能對所代表商品的名稱、價格等其他特點內(nèi)容進行顯示，內(nèi)容可調(diào)，并 使用體積更小的電子紙進行顯示，節(jié)省體積。對學(xué) 生知 識與 能力 要求1. 熟悉嵌入式單片機原理、對陀螺儀及顯示驅(qū)動知識有一定了解；2. 有較好的軟硬件設(shè)計基礎(chǔ)；3. 有獨立解決一般技術(shù)問題的能力。預(yù)期 目標1. 設(shè)計出相應(yīng)軟硬件；2. 能實現(xiàn)所要求的功能；3. 完成畢業(yè)設(shè)計論文。時間 進度2015.12.5至2016313收集資料、理解題目、整理文獻綜述，完成開題報告；2016.3.14至2016.3.27題目分析、方案設(shè)計；2016.3.28至2016.4.24設(shè)計硬件，實現(xiàn)

3、算法，對設(shè)計系統(tǒng)進行調(diào)試、改進完善；2016.4.25至2016.5.23撰寫畢業(yè)論文；2016.5.24至2016615論文修改、打印、準備畢業(yè)答辯。系（教研室）主任 簽字2015年12月5日主管院長 簽字2015年12月5日西安郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)號06121023姓名趙歡導(dǎo)師亢紅波題目低功耗電子標簽的設(shè)計選題目的：隨著無線通信技術(shù)、顯示技術(shù)等電子技術(shù)的日益完善，電子標簽逐漸走進我們的事業(yè)。作為一種新型的 價格呈現(xiàn)方式，電子標簽將能很好的彌補傳統(tǒng)標簽的不足。電子標簽是一種放置在商品貨架上，能夠通過串口通信實時接收價格等商品信息，并通過電子顯示屏顯 示的應(yīng)用電子系統(tǒng)。實現(xiàn)了

4、計算機數(shù)據(jù)庫中的商品信息與標簽顯示信息的一致性，擺脫了紙質(zhì)標簽的不便。目前新推出的電子紙顯示屏，采用點陣式顯示，且具有低功耗的特性，最大的特點是雙穩(wěn)態(tài)性。在圖像 顯示成功后，可以做到零功耗保持圖像，能很好的滿足對低功耗的需求；且分辨率較高，顯示效果清晰細膩， 使用電子紙做電子標簽，有較好的用戶體驗。目前電子標簽的總體趨勢是：采用電池供電，釆用電子紙屏幕顯示。因此，電子標簽設(shè)計的主要工作也 集中在這兩個方面：(1) 電路的低功耗設(shè)計，盡量延長電池的使用時間，減少人工維護的頻率；(2) 電子紙屏幕驅(qū)動的開發(fā)，能夠更加高效的顯示細膩、完美的圖像?；谝陨蠋c，本設(shè)計提出低功耗電子標簽的設(shè)計。本設(shè)計可

5、以很好結(jié)合電子紙顯示屏和電池供電的優(yōu) 勢，在延長電池使用時間的前提下，更加清晰的顯示圖像，可以顯著提升客戶用戶體驗，提升商品或者品牌 在客戶心目中的檔次，在取得功能優(yōu)勢的同時，更能提升客戶的心理認可和關(guān)注度，做到進一步吸引消費者。前期基礎(chǔ)：(1) 已學(xué)課程數(shù)字電路邏輯設(shè)計、模擬電路設(shè)計及應(yīng)用、單片機原理及應(yīng)用。(2) 掌握的工具a) protel 99 se：可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，使用protel 99 se完成電子紙驅(qū)動電路的印制電路板設(shè)計；b) i ar for stm8：由于本設(shè)計采用的是stm8單片機，此單片機常用的開發(fā)環(huán)境是iar for

6、stm8,它 支持windows操作系統(tǒng)，可以進行編譯；(3) 軟硬件條件a) 硬件條件:stm8ldiscoveiy開發(fā)板、電子紙驅(qū)動電路計算機中的商品信息數(shù)據(jù)編碼處理后，通過usb串口傳送到電子標簽上，經(jīng)過信號還原處理后在屏幕 上顯示，顯示內(nèi)容為商品信息。主控制器采用stm8l101單片機，驅(qū)動電路部分包括電壓設(shè)計、主控制器與 電子紙的連接部分、外接模塊部分等。b) 軟件條件：iar for stm8電子紙驅(qū)動程序的作用是，將mcu接收到的圖像像素的數(shù)據(jù)，通過程序的層層控制，最終轉(zhuǎn)化成電子 紙驅(qū)動器的電平信號，從而達到控制電子紙屏幕顯示的功能。電子紙驅(qū)動程序根據(jù)mcu指令為電子紙屏幕 管理

7、顯存、控制電壓輸出以及選擇刷新模式，在此基礎(chǔ)上配置寄存器、設(shè)計功能函數(shù)，設(shè)計程序流程圖，完 成驅(qū)動程序設(shè)計，最終完成電子紙顯示。要解決的問題：目前正在使用的電子貨架標簽解決方案有多種，但其主要問題在于兩個方面：供電方式、顯示技術(shù)。(1) 供電方式考慮到超市結(jié)構(gòu)容易變化，電網(wǎng)布線有難度，不宜采用有線電源輸入的方式供電。因此，電子標簽最好 采用電池供電的方式，方便電子標簽的移動和布置。但是，這樣會對電路的設(shè)計提出新的要求，即對功耗的 控制，必須保證在電池供電的情況下，依舊能夠保證相當(dāng)長的工作時間，否則頻繁的更換電池，就會無法起 到減少人力成本和物力成本的目的。(2) 顯示技術(shù)目前用于電子標簽顯示屏

8、的現(xiàn)實技術(shù)主要有：led數(shù)碼管、段位式lcd顯示屏、tft顯示屏。led數(shù)碼管的方式，成本低，電路簡單容易實現(xiàn)，但是顯示內(nèi)容過于單調(diào)，僅能用于變化價格，功能過 于單調(diào)，仍舊無法擺脫大量人力支援。led數(shù)碼管采用的是發(fā)光二極管長亮的方式進行顯示，功耗比較大， 不滿足電池供電的設(shè)計要求，且分辨率低，容易反光。段位式lcd顯示屏，能夠顯示文字等信息，且采用被動光源相對省電，但是段位式lcd顯示屏面積比 較小，顯示內(nèi)容過于單調(diào)，且無法更改字體和顯示圖像。tft顯示屏，是目前手機等嵌入式設(shè)備中廣泛使用的屏幕，顯示內(nèi)容豐富，支持圖像顯示，能夠很好的 介紹、展示商品，在功能上基本能滿足電子標簽的全部需求。然

9、而功耗較大，使用電池的情況下，使用tft 顯示屏幾乎是不可能完成的任務(wù)。目前新推出的電子紙顯示屏，采用點陣式顯示，且具有低功耗的特性，最大的特點是雙穩(wěn)態(tài)性。在圖像 顯示成功后，可以做到零功耗保持圖像，能很好的滿足對低功耗的需求；且分辨率較高，顯示效果清晰細膩, 使用電子紙做電子標簽，有較好的用戶體驗。綜上，本設(shè)計擬用電池供電，使用低功耗控制器，采用電子紙顯示屏以達到低功耗且圖像清晰的目的。 對上面問題的解決思路為兩點：利用電子紙顯示屏的低功耗模式，采用低功耗控制器以達到低功耗的目的， 使用電池供電以達到減少人力和成本的目的來設(shè)計電子標簽。工作思路和方案：在開始做本課題前，要認真復(fù)習(xí)模擬電路、數(shù)

10、字電路和單片機的基本知識，了解低功耗電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計, 掌握電子紙gde043a2的驅(qū)動原理及電路設(shè)計。完成本課題需要熟練掌握stm8l101單片機的開發(fā)應(yīng)用。第一周：復(fù)習(xí)電路和數(shù)字電路以及模電知識，查找相關(guān)資料；第二周至第三周：查閱有關(guān)電子紙gde043a2的驅(qū)動原理和掌握單片機的各個模塊，并完成開題報告; 第四周至第六周：編寫部分程序，設(shè)計硬件電路并用軟件進行調(diào)試；第七到第九周：開始設(shè)計搭建低功耗電路以及電子紙驅(qū)動模塊的電路設(shè)計，軟件上對各模塊進行調(diào)整， 使之能夠獨立的正確運行；第十周至第十一周：對系統(tǒng)進行整體測試調(diào)試，解決問題，完成課題的設(shè)計； 第十二周至十四周：完成論文撰寫，準備論文答辯

11、。指導(dǎo)教師意見簽字2016年1月9日西安郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表學(xué)生姓名趙歡性別女學(xué)號專業(yè)06121023:當(dāng)自動 1201 班課題名稱低功耗電子標簽的設(shè)計指 導(dǎo) 敬 師 意 見評分（百分制）：指導(dǎo)教師（簽字）：年 月曰評 閱 教 師 意 見評分（百分制）：評閱教師（簽字）：年 月曰驗 收 小 組意 見評分（百分制）：驗收教師（組長）（簽字）：年 月曰答 辯 小 組意見評分（百分制）：答辯小組組長（簽字）：年月日評分比例指導(dǎo)教師評分（%）評閱教師評分（%）驗收小組評分（%）答辯小姐評分（%）學(xué)生總評成紐百分制成績等級制成績答 辯 委 員 會 意 見畢業(yè)論文（設(shè)計）最終成績（等級）：

12、學(xué)院答辯委員會主任（簽字）：年月日目錄摘要iabstractii1. 課題的選題意義12. 系統(tǒng)設(shè)計22.1系統(tǒng)的設(shè)計思想概述22.2系統(tǒng)的工作原理22.3系統(tǒng)的研究內(nèi)容23. 硬件設(shè)計33硬件設(shè)計思路33.2主控模塊設(shè)計332l主控制器選型332.2. 主控制器介紹-432.3主控制器模塊設(shè)計- -73.3顯示模塊設(shè)計733.顯示屏選型73.3.2. 顯不屏介紹8333.顯不屏驅(qū)動芯片介紹933a顯示模塊設(shè)計113.4存儲模塊設(shè)計123.4.1. 存儲芯片選型123.42存儲芯片介紹133.4.3. 存儲模塊設(shè)計-133.5電源模塊設(shè)計143.6串口通訊模塊設(shè)計163.7人機交互模塊設(shè)計16

13、4. 軟件設(shè)計174.1軟件設(shè)計整體架構(gòu)174.2主控制器控制流程184.3 flash模塊設(shè)計194.4電子紙驅(qū)動模塊設(shè)計205. 系統(tǒng)調(diào)試225.1系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境搭建225.2圖文信息轉(zhuǎn)換軟件245.3串口調(diào)試助手245.4調(diào)試255.4.1. 存儲功能測試-255.4.2. 顯示功能測試- -26543.軟硬件聯(lián)調(diào) -266. 總結(jié)287. 致謝29參考文獻30附錄一硬件mcu原理圖附錄二電源供電原理圖附錄三硬件實物圖附錄四部分代碼摘要標簽廣泛應(yīng)用在商場、超市中，隨著商場、超市的數(shù)量增加，標簽的需求量 增長迅猛。但是普通的標簽需要大量的人力物力，且易出錯、毀壞甚至丟失。人 力物力的增加導(dǎo)致

14、標簽使用成木劇增，因此，使用一種性價比較高的標簽顯得愈 發(fā)重要。電子標簽是一種顯示設(shè)備，用來放在貨架上顯示商品信息的顯示屏。通過它 的通訊接口，人們可以及時的更新顯示在電子標簽上的商晶信息，更改方便，顯 示內(nèi)容豐富。木文提出一種基于低功耗的電子紙的電子標簽設(shè)計，實現(xiàn)的功能是通過 stm8l101驅(qū)動電子紙，w25q16存儲圖文信息，按鍵實現(xiàn)圖文信息的切換，使 電子紙顯示多樣化的圖文混合信息。該設(shè)計低功耗，多樣化顯示，具有良好的顯 示與使用效果，有助于為用戶提供更好的服務(wù)，繼而增加商場的核心競爭力。關(guān)鍵字：電子紙；stm8l101；低功耗；hx8705； w25q16abstractlabel

15、is widely used in the supermarket and the mall. the demand of the label that is used in the market and store increases rapidly. the general label is not only requires lots of mental and labor pressure and material resources, but also easy to make mistakes and even lose important information. the inc

16、rease in manpower and material resources leads to the use-cost of label increasing rapidly, so it is more and more important for people to use cost-effective label.rfid (radio frequency identification) is a display device, which can show the goods information on its screen and can be placed on the g

17、oods shelf. people can update the commodity information that is showed on the display timely. it is flexible and rich content.this thesis presents a label design based on the usage of e-paper that is low-power. the e-paper is derived by the stm8l101, and the w25q16 stores the image text information

18、that is changed by keying. all these designs make the image text infonnation diversified. all in all, this design is low-power and diversified-display, which has good effect of display and usage. in addition, this design also contributes to provide a better service for clients and enhance the core c

19、ompetitiveness of markets.keywords:e-paper;stm8l 101 ;low power consumption;hx8705;w25q 161.課題的選題意義現(xiàn)代零售業(yè)的快速新興，不同類別、不同檔次定位的購物商場日益增多。商場 的環(huán)境有所區(qū)別，消費者更傾向于去較舒適、自由的選購環(huán)境。山隨之而來的是商 家的競爭加劇，商家做出一些營銷活動來吸引顧客，但是降低利潤只是一部分措施， 更為有效的則是嘗試新技術(shù)，以降低運營成本，從而提高用戶舒適度，吸引更多的 顧客商場競爭最直接的就是商品價格的競爭，導(dǎo)致物品的標簽處于頻繁變動狀 態(tài)，需要一種可以簡便、快捷、準確的可修

20、改貨物的標簽。目前商場普遍用的是傳統(tǒng)的紙質(zhì)價格標簽，紙質(zhì)標簽更改耗費人力，修改一個 標簽需要最少兩分鐘，而且屬于一次性產(chǎn)品，紙質(zhì)標簽修改的手動錯誤率較高，可 能會影響商譽或者行政處罰。隨著商品的多樣化，標簽需求巨增，傳統(tǒng)標簽不能顯 示過多商品信息屬性，界面單調(diào)，更新工作量極其巨大，隨著材料、人力的成本增 加，紙質(zhì)標簽的使用成本增加。嘗試新技術(shù)便成了必然的選擇。本課題設(shè)計的低功耗電子標簽是一種新型的價 格呈現(xiàn)方式，能夠很好的完善傳統(tǒng)紙質(zhì)標簽的不足。電子標簽是一種電子顯示設(shè)備， 將商品信息顯示在貨架上的電子顯示屏上。需要修改商品信息時，通過通信端口向 電子紙發(fā)送命令，電子紙就會把更改后的圖文信息顯

21、示岀來，不需要人工手動修改， 更改顯示信息更加快捷，人工錯誤率降低，顯示內(nèi)容豐富，不僅可以顯示價格，還 可以顯示圖片、折扣、庫存量等，實現(xiàn)了商品信息的優(yōu)化顯示功能，而且電子標簽 可以反復(fù)使用，節(jié)能環(huán)保。2系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)的設(shè)計思想概述本課題的設(shè)計理念是設(shè)計一種低功耗的電子標簽，采用了點陣顯示的電子紙顯 示屏，電子紙又稱為e-paper,采用電泳顯示技術(shù)，顯示效果清晰，反射率低，避免 閱讀疲勞，可以重復(fù)使用，還可以多樣化的顯示商品的信息?？紤]到商場布線困難， 電子紙供電電路采用鋰電池供電，方便標簽的移動和控制，并能夠保持較長的時間。 電子紙屏幕顯示驅(qū)動的開發(fā)，采用stm8單片機，具有低功耗，開

22、發(fā)方便的特點。 本設(shè)計滿足了低功耗，多樣化、快捷、準確的顯示商品信息的需求，使得商品更加 準確多樣的展示在大家的面前,提高了客戶的用戶購物體驗，進一步吸引了消費者。2.2系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理：商品信息通過bitmap進彳亍編碼處理并存儲在外部flash中, 經(jīng)過通信接口將商品信息傳送給電子標簽控制器，將需要更新的商品信息通過微控 制器處理，變成電子紙顯示屏驅(qū)動芯片所能識別的電平信號，電子紙通過信號還原 后將數(shù)據(jù)信息顯示在電子紙顯示屏上。商品信息可以單屏顯示，也可多屏顯示?？梢詫㈦娮蛹堬@示屏分為幾個部分， 設(shè)計好每一部分需要顯示的信息，從而達到商品信息顯示的清晰，一目了然。2.3系統(tǒng)的研

23、究內(nèi)容本課題設(shè)計了以stm8單片機為主控制器，電子為顯示屏的低功耗電子標簽, 結(jié)合軟件和硬件設(shè)計，實現(xiàn)標簽的功能。軟件部分由電子紙顯示模塊，flash存儲 模塊，按鍵控制模塊，串口通訊模塊等組成，使用iar for stm8為開發(fā)環(huán)境編寫 軟件程序，硬件部分包括電子紙顯示模塊，flash存儲模塊，按鍵控制模塊，串口通 訊模塊，電源管理模塊等，采用protel設(shè)計屯路原理圖來闡述硬件的思想。3. 硬件設(shè)計本章根據(jù)課題中的需求，完成低功耗電子標簽的芯片選型、芯片介紹及各個模 塊的電路設(shè)計。3.1硬件設(shè)計思路低功耗電子標簽是根據(jù)電子紙顯示技術(shù)設(shè)計的。電子標簽主要由stm8f101單 片機、w25q1

24、6外擴flash存儲模塊、電子紙顯示模塊、串口通訊模塊、電源管理 模塊等組成。系統(tǒng)的硬件設(shè)計有超低功耗和性價比較高的要求，系統(tǒng)的硬件設(shè)計 思路如圖3-1所不。圖3-1系統(tǒng)硬件圖3.2主控模塊設(shè)計3.2.1.主控制器選型 核心，在具體選擇的時候主要從以下幾點進行考慮：電子標簽屬于種量產(chǎn)化的產(chǎn)品,需要長時間的工作,主控制器是整個課題的1. 超低功耗。電子標簽設(shè)計的目的是為了解決紙質(zhì)標簽更換麻煩的問題，如果 不是低功耗，需要頻繁的更換電池或者進行網(wǎng)絡(luò)格局布線，就會失去簡便的優(yōu)勢。2. 控制能力強大。在電子紙顯示模塊，需要處理接收到的數(shù)據(jù)，控制電子紙驅(qū) 動芯片寫入存儲在flash中的數(shù)據(jù)，要求有較快的

25、反應(yīng)速度。3. i/o端口夠用。常見的電子紙驅(qū)動芯片的引腳數(shù)量較多，基本都需要與主控 制器連接，還需要預(yù)留一些引腳連接flash模塊及拓展一些必需的模塊，因此主控 制器i/o端口數(shù)量需要較多。4. 開發(fā)調(diào)試簡便。電子標簽需要進行反復(fù)的代碼測試，需要相關(guān)的軟碩件調(diào)試 工具，才能完成本課題的設(shè)計。5. 性價比高。因為電子標簽需要用在超市，數(shù)量較多，所以需要性價比較高的 微控制器。流行的電子紙驅(qū)動主控器一般為msp430或者stm32,但是這些主控器管腳多, 控制功能復(fù)雜，功耗與成本也較高.本課題最終選擇stm8l101為主控制器。 stm8l101是8位超低功耗單片機，該單片機包括有一個集成式調(diào)試

26、模塊，碩件接 口為swim,可以在應(yīng)用調(diào)試和超高速閃存中編程，在線仿真山。stm8l101單片 機具有超低功耗、低壓的特點。3.2.2.主控制器介紹木課題最終選擇stm8l101為主控制器。stm8l101是8位超低功耗單片機, 是stm8l系列比較古老的一款芯片，stm8l101有32個引腳，內(nèi)部flash為8kb, 內(nèi)部ram為1.5kb,最大時鐘頻率為16mhz,工作溫度范圍為40到125攝氏度 之間，工作電源電壓為1.65v3.6v,有18個i/o端口，定時器為3個，外圍設(shè)備 有紅外線、por、pwm、wdt。最低功耗模式:0.30 ua,動態(tài)運行模式：150ua/mhz叫根據(jù)本課題所

27、需選擇了 32引腳的封裝，具體封裝如圖3-2所示。(s 工)zodn (sh)e3dn (s手 odn (sh)sodn (sh)90dn (se ovd n32 31 30 29 28 27 26 25nrst/pa1 (hs)匚124 pd7 (hspa2 (hs)匚223j pd6 (hspa3(hs)匚322j pd5 (hs)pa4 (hs)匚421 pd4 (hs)pa5 (hs)匚520 pb7 (hs)pa6(hs)匚6193 pb6 (hs)vw匚718j pb5 (hs)vdo(:817 pb4 (hs)9 10 11 12 13 14 15 16sssx£

28、63;uljuuljulju圖3-2主控制器32引腳封裝圖stm8l101的引腳定義如表31所示。表31主控制器引腳定義序號引腳名類型作用1nrst/pa1i/opai2pa2i/o3pa3i/o4pa4/tim2 bkini/o定時器3-中斷輸入5pa5/t1m3 bkini/o定時器3-中斷輸入6pa6/c0mp refi/o比較器7vsss地8vdds電源9pdo/t1m3 ch2/comp1 ch3i/o定時器3-通道2/比較器1-通道310pd1/tim3 etr/comp1 ch4i/o定時器3-觸發(fā)/比較器1-通道411pd2/c0mp2 ch3i/o比較器3-通道312pd3/

29、c0mp2 ch4i/o比較器3-通道413pbo/tim2 ch1/comp1 ch1i/o定時器3-通道1/比較器1-通道114pb1/t1m3 ch1/comp1 ch2i/o定時器3-通道1/比較器1-通道215pb2/t1m2 ch2/comp2 ch1i/o定時器3-通道2/比較器3-通道116pb3/tim2 etr/c0mp2 ch2i/o定時器3-觸發(fā)/比較器3-通道217pb4/spi nss1/0sp1主/從選擇續(xù)表序號引腳名類型作用18pb5/spi scki/ospi時鐘19pb6/spi m0sii/ospi主輸出/從輸入20pb7/spi mis0i/ospi主輸

30、入/從輸出21pd4i/o22pd5i/o23pd6i/o24pd7i/o25pc0/i2c sdai/oi2c數(shù)據(jù)26pc1/i2c scli/oi2c時鐘27pc2/usart rxi/o串口接收28pc3/usart txi/o串口發(fā)送29pc4/usart ck/cc0i/ousart同步時鐘/配置時鐘輸出30pcsi/o31pc6i/o32pao/swim/beep/ir timi/oswim輸入輸出/蜂鳴器輸出/定時器輸岀根據(jù)stm8l101的引腳定義結(jié)合數(shù)據(jù)手冊，可知stm8l101單片機具有以下幾個特性：1. 單片機特性：電源電壓低：1.65v3.6v；a超低功耗（停機狀態(tài)：0

31、.3ua；活躍停機狀態(tài)：0.8ua；動態(tài)運行狀態(tài)： 150ua/mhz）；工作溫度范圍廣。2. 存儲器具有數(shù)據(jù)eeprom功能，靈活的讀寫保護模式，可在線編程，支持 擦除300k次。3. 時鐘具有快速喚醒時間的內(nèi)部16mhz rc,可驅(qū)動iwdg和awu的內(nèi)部低 功耗38khz rc,可以控制復(fù)位和供應(yīng)管理。為了降低功耗，該產(chǎn)品具有三種低功 耗模式：等待模式、主動停止模式、暫停模式。4. i/o多達30個，全部可映射到外部中斷矢量上，可編程輸入上拉，有2個 16位通用定時器，為雙通道，一個定時器為8位，紅外遙控，獨立看門狗，自動喚醒單元，蜂鳴定時器，spi同步串行接口，具有波特率發(fā)生器的串口，

32、2個4個輸入 的比較器。5. 該stmslioixx嵌入了一個內(nèi)部穩(wěn)壓器產(chǎn)生1.8 v電源供應(yīng)內(nèi)核和外設(shè)。該 穩(wěn)壓器有兩種不同的模式:主電壓調(diào)節(jié)模式(m vr)和低功耗電壓調(diào)節(jié)模式(lpvr)o 當(dāng)進入暫?；騛ctive-停止模式下，系統(tǒng)為了減少電流消耗從mvr到lpvr自動切 換。3.2.3.主控制器模塊設(shè)計采用stm8l101作為主控制器，主控模塊是整個系統(tǒng)的核心，其他外設(shè)模塊, 例如：usart模塊、iic模塊、spi模塊及gpio模塊等需要在主控的協(xié)調(diào)控制下完成各種功能，主控模塊從flash模塊獲取圖文信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在電子紙上顯示出來。stm8l101主控制器最小系統(tǒng)如圖33所示

33、。u?3nd，|ltcq3.3衛(wèi)竝nrst 2 epd clk ? epd leepp oe 4touch 05t comp rebepd do 號epd di 卻epd d2 衛(wèi)epd d3 乂 touchtouch2些epd stv15epd cpv16nrst/pa1pa2pa3pa4/tim2 bk1npa5/tim3 bkin pa6/comp-ref vss vddpd0/tim3 ch2/comp1 ch3 pd1/t1m3 etr/comp1 ch4 pd2/comp2.ch3 pd3/comp2.ch4pb0/tim2 ch1/comp1 chi pb1/tim3 ch1/c

34、omp1 ch2 pb2/tim2 ch2/comp2.ch1 pb3/tim2 etr/comp2 ch2pao/swim/beep/ir tim "pc6 pc5 pc4/usart ck/cco pc3/usart.tx pc2/usart.rx pc1/i2c scl pc0/i2c sda pd7 pd6 pd5 pd4 pb7/spi miso pb6/spi mosi pb5/spi sck pb4/spi nss32 swim31vpos ctrl衛(wèi) vgh ctrl2監(jiān)ctp928ch340 rxd27ch340 txd"冷scl25 sda蘭 1ti)

35、d7今epd d6? epd d5辿 epi) im空 mosi 蘭sck17 nssr? 4.7kstm8l101k3 i圖3-3主控制器最小系統(tǒng)3.3顯示模塊設(shè)計3.3.1.顯示屏選型電子顯示技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生活中，例如：電子標簽、投影儀、牌匾等等， 電子顯示技術(shù)是多學(xué)科結(jié)合的產(chǎn)物，電子顯示技術(shù)的迅猛發(fā)展，加速了社會的發(fā)展 速度。根據(jù)顯示器本身是否發(fā)光，將電子顯示技術(shù)可以分為兩類：1. 由顯示器本身發(fā)光形成的，例如：dpd、led、oled等；2. 顯示器本身不發(fā)光，但是能夠反射自然光，例如：lcd、epdo應(yīng)用在電子標簽上的顯示器，在具體選擇的吋候主要從以下幾點考慮：1. 低功耗。商場

36、中商甜一般變動不是很大，電子標簽基本處于靜止狀態(tài)，所以 需要低功耗；2. 顯示效果好。對于電子標簽來說，顯示應(yīng)該具有多樣性,而不只僅僅是價格， 名稱，且需要適于閱讀。經(jīng)過以上兩點的考慮，選擇使用epd屏幕。epd屏幕采用的電子紙顯示技術(shù)， 具有雙穩(wěn)態(tài)的特性，斷電也不會影響顯示，斷電后述可以保持較久的時間，一般情 況下，電子墨水顯示器僅僅耗電0.1w左右，非常省電；epd屏幕顯示信息清晰， 屏幕大小有不同的規(guī)格，比較人性化，顯示多樣性，可以顯示圖片，并且具有較高 的分辨率，lcd屏幕較小，顯示內(nèi)容較為簡單，易反光，led分辨率較低，易反光， 顯示內(nèi)容簡單，不能多樣化，綜上所述，顯示器選擇epd屏

37、幕。3.3.2.顯示屏介紹電子紙采用gde043a2,此款電子紙是大連佳顯電子有限公司制造的， gde043a2顯示屏是一種tft電泳矩陣，高分辨率黑白顯示屏，為4.3寸可以應(yīng)用 在便攜設(shè)備上，例如：閱讀器，可以顯示較小的圖片，而且顯示清晰。電子紙 gde043a2實物圖如圖3-4所示。圖3-4電子紙gde043a2實物圖電了紙顯示模組是tft驅(qū)動的電泳顯示屏，集成電路包括源驅(qū)動電路和柵驅(qū)動 電路，此顯示屏的特性有以下幾點： 800*600像素顯示白色反射率超過百分之三十對比度&1 4:3屏幕高寬比a超寬視角，將近180°超低功耗純反射模式雙穩(wěn)態(tài)顯示適合商業(yè)的溫度范圉廣a灰階

38、數(shù)為4,分別為黑，口，灰階低電流深度睡眠模式內(nèi)置驅(qū)動器ic,無需列配驅(qū)動器，僅僅需要少量的外圍器件即可成功驅(qū)動， 節(jié)約資源a使用壽命:100萬次以上，無故障刷新次數(shù)選擇gde043a2,也是因為上述的特點，可以很方便快捷的實現(xiàn)電子標簽的功 能。3.3.3.顯示屏驅(qū)動芯片介紹本課題采用大連佳顯公司的電子紙gde043a2,此款電子紙自帶驅(qū)動芯片 hx8705, hx8705是通過800通道輸出的源驅(qū)動和600通道輸出的柵驅(qū)動來驅(qū)動 epd面板的。源驅(qū)動由它由一個800比特長的2比特寬移位寄存器與4組2比特寬 的輸入，800位長2位寬度的鎖存器和800路3級電壓驅(qū)動組成。在鎖存和oe信 號每2位寬

39、的數(shù)據(jù)進行解碼，3個控制信號。電平偏移之后，控制信號使第3級電 壓驅(qū)動器輸岀vpos, vneg或vss電壓。柵驅(qū)動是專為43v驅(qū)動電壓范圍內(nèi)的2 級門輸岀，該電路是由cmos工藝的，消耗功率很低。hx8705驅(qū)動芯片具有以下特點：三級源輸出 800通道源輸岀最大源驅(qū)動頻率為25mhz源驅(qū)動電壓范圍：16v+16va 4組2比特寬數(shù)據(jù)輸出a 2級柵輸出 600通道源輸出最大柵驅(qū)動頻率：200mhz柵驅(qū)動電壓范圍：43v數(shù)字電源電壓：2.7v36v雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移能力高壓cmos工藝技術(shù)> cog包裝hx8705的引腳定義如表3-2所示。表3-2 hx8705驅(qū)動芯片引腳定義序號引腳名i/o作

40、用1clk輸入源驅(qū)動時鐘2shr輸入源驅(qū)動起始方向控制3sph輸入源驅(qū)動啟動脈沖信號4le輸入鎖存使能50e輸入輸出使能6cpv輸入柵驅(qū)動時鐘7stv輸入柵驅(qū)動啟動脈沖信號8r/l輸入柵驅(qū)動起始方向控制9m0de2/m0de1輸入輸出模式選擇（髙/低平）10vpos輸入源驅(qū)動正電壓11vneg輸入源驅(qū)動負電壓12vdd輸入數(shù)字電源13vss輸入地14vgh輸入柵驅(qū)動正電壓15vgl輸入柵驅(qū)動負電壓16d0：7輸入數(shù)據(jù)信號17vcom輸入公共電極連接端由以上引腳介紹可知，當(dāng)shr為高的時候，設(shè)備開始脈沖輸入引腳sph在clk 的上升沿，這使得使能內(nèi)部移位寄存器改變。起初clk上升沿，第一數(shù)據(jù)d|

41、0:7| 中存儲的797800鎖存電路；當(dāng)?shù)?00個clk上升沿，數(shù)據(jù)d0:7中存儲的第1 4鎖存電路。le控制800位長2位寬鎖存，當(dāng)le二h的吋候，它將移位寄存器中的數(shù)據(jù)加載 到鎖存器，并且驅(qū)動器輸出開始根據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)，改變其輸出。r/l引腳決定移位寄存器的移位方向。當(dāng)r/l為高的時候，s797s800是第一 個數(shù)據(jù)輸出第一，當(dāng)r/l為低的吋候，s1s4的是第一個數(shù)據(jù)輸出。式有四種，分別為：> 當(dāng) mode1=h,> 當(dāng) mode1=h,> 當(dāng) mode1 二l,> 當(dāng) mode1=l,mode2=h 時,mode2=l 時,mode2=h 時,m0de2=l

42、時,由上表可知，mode1和mode2共同控制柵驅(qū)動的輸出模式，柵驅(qū)動輸出模 柵輸出模式為單脈沖模式； 柵輸出模式為連續(xù)雙脈沖模式； 柵輸出模式為跳躍式雙脈沖模式; 柵驅(qū)動直接輸出vgl。3.3.4.顯示模塊設(shè)計電子標簽的顯示部分采用gde043a2電子紙，和液晶屏驅(qū)動原理一樣，要實現(xiàn) 電子紙屏幕多樣化的顯示，需要設(shè)計專門的電子紙驅(qū)動電路來控制電子紙。主控制 器通過驅(qū)動芯片控制電子紙完成顯示，驅(qū)動電路和主控制器連接，接受主控制器輸 入的指令信號，將指令信號轉(zhuǎn)換為模擬波形信號，這些信號根據(jù)電子紙波形文件中 的標準，轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動電路和電子紙顯示屏連接，電子紙的源驅(qū)動和柵驅(qū) 動接收到電平信號

43、，就將每一個像素按照主控制設(shè)置的呈現(xiàn)出來，即就是顯示模塊 應(yīng)該包括兩個部分：驅(qū)動芯片和主控制器的連接；驅(qū)動芯片和顯示屏的連接。如圖3-5為電子紙顯示模塊驅(qū)動電路設(shè)計原理。圖3-5電子紙顯示模塊電路設(shè)計原理驅(qū)動芯片和主控制器接口電路：hx8705是輔助主控制器控制電子紙顯示的額，通過stm8l101的i/o 口實現(xiàn) 對驅(qū)動的控制，驅(qū)動芯片hx8705和主控制器stm8l101的接口電路如圖36所示。pa2<epd_clkpa3<4epd_lepa4epd_oepb2epd_sphpb3epd_stvpc4epd-cpvpd0:7epd_d0:7stm8l101hx8705圖3-6驅(qū)動

44、芯片和主控制器接口驅(qū)動芯片和電子紙顯示屏接口電路：因為電子紙顯示屏的廠家已經(jīng)設(shè)計了源驅(qū)動器和柵驅(qū)動器，所以hx8705對電 子紙的控制實質(zhì)是通過控制源驅(qū)動器和柵驅(qū)動器來完成的，驅(qū)動芯片hx8705和電 子紙顯示屏的接口如圖3-7所示。hb8705gde043a2圖3-7驅(qū)動芯片和電子紙顯示屏接口3.4存儲模塊設(shè)計3.4.1.存儲芯片選型stm8l101在電子標簽設(shè)計屮作為主控制器，電子紙顯示模塊內(nèi)存空間不能滿 足多樣化顯示的要求，所以采用外擴flash的辦法進行圖文信息存儲和讀取，圖片 采用bitmap軟件進行解析為十六進制，存儲在flash芯片上面，需要顯示的時候通 過stm8l101進行處

45、理，在電子紙上顯示。本設(shè)計在考慮性價比的前提下，采用 w25q16存儲芯片。3.4.2.存儲芯片介紹w25q16(16m-bit)是一個flash存儲器，可以在主控制器內(nèi)存不足的時候為主控 制器擴充內(nèi)存。25q系列比普通的串行flash存儲器更靈活，性能更優(yōu)越，基于雙 倍/四倍的spi,它們能夠可以立即完成提供數(shù)據(jù)給ram,包括存儲聲音、文本和 數(shù)據(jù)。w25q16的引腳如表3-3所示。表3-3 w25q16引腳定義引腳序號引腳名i/o作用1/cs輸入選擇輸入2d0(i01)輸入/輸出數(shù)據(jù)輸出輸入3/wp(i02)輸入/輸出寫保護輸入/數(shù)據(jù)輸出4gnd地5di(100)輸入/輸出數(shù)據(jù)輸入輸出6c

46、lk輸入時鐘輸入7/hold(103)輸入/輸出保持輸入/數(shù)據(jù)輸出8vcc電源由w25q16引腳結(jié)合數(shù)據(jù)手冊可知，w25q16具有以下特點：芯片支持的工作 電壓2.7v到3.6v,正常工作口寸電流小于4ma,掉電13寸低于lua。工作溫度為-40°c 到85 °c。w25q16由192頁組成，每一頁的256字節(jié)用一次頁編程指令即可完成，有頁 擦除和全片擦除，有256個可擦除扇區(qū)和32個可擦除塊。支持標準串行外圍接口 spi,告訴的雙倍/四倍輸出，雙倍/四倍用的引腳：串行i寸鐘、片選段、串行數(shù)據(jù)1/02 和1/03。spi支持最高80mhz的頻率，當(dāng)用雙倍/四倍指令的時候，相

47、當(dāng)于雙倍輸 出時的最高速率160mhz,四倍輸岀吋的最高速率320mhz,引腳和寫保護引腳可 編程寫保護。3.43.存儲模塊設(shè)計本課題因為stm8l101內(nèi)存太小，不能存儲多樣化的圖文信息，所以需要增加 內(nèi)存，有兩種方案：sd卡和外擴flash,考慮到電子紙需要量產(chǎn)化，選用外擴flash,使用w25q16存儲芯片存儲圖文信息，結(jié)合軟件部分完成相應(yīng)的功能。 w25q16和主控制器的連接電路如圖3-8所示。nss 13.3vm1so 20.1 uf873.3vsckmosiu?cs vcc do hold wp clk gnd diw25q16_1圖3-8 vv25q16與主控制器連接電路圖3.5

48、電源模塊設(shè)計電子標簽的設(shè)計理念之一就是為了避免頻繁的更新紙質(zhì)標簽，所以在設(shè)計電源 模塊的時候，需要考慮功耗盡可能的小，因為顯示屏發(fā)送接收的數(shù)據(jù)相對來說較多 且頻繁，而電子標簽的屏幕是4.3寸，使用紐扣電池。需要經(jīng)常更換電池，不符合 這個設(shè)計理念，因此，本課題使用鋰電池供電，3.3v鋰電池給主控制器供電，電子 紙驅(qū)動芯片hx8705的電氣特性如表3-4所示。表3-4驅(qū)動芯片hx8705的電氣特性參數(shù)符號條件值最小值典型值最大值單位信號地vss0v邏輯電壓vddvdd二3. 3v33.33.6v柵正電壓vgh7vgl+50v柵負電壓vgl-25-5v源正電壓vposvpos二-15v-0.3152

49、0v源負電壓vnegvneg二15v-16-15-10v公共電極電壓vc0m-2.5adjusted-1v根據(jù)驅(qū)動芯片的電氣特性，可知驅(qū)動電子紙顯示屏的電源模塊至少需要五種不 同的電壓輸岀，在本課題中擬使用以下五種電壓，分別是3.3v、15v、15v、20v、 23v,電源模塊與驅(qū)動芯片的接口如圖39所示。電源hbx7805vneg>15vvpos+15vvss>gndvdd+3.3vvcom-15vvgh+23vvgl20v圖3-9電源模塊與驅(qū)動芯片接口圖3-10源正電壓和源負電壓電路圖本課題采用3.3v鋰電池供電，將鋰電池提供的3.3v電源通過tps6108升壓轉(zhuǎn) 換器和充電泵

50、轉(zhuǎn)換成15v和-15v,即為源正電壓vpos和源負電壓vneg,電路如 圖3-10所示。然后，將15v和15v借助充電泵模塊分別轉(zhuǎn)換為23v, 20v,即柵負電壓和 柵正電壓。電壓轉(zhuǎn)換完成，達到epd而板的源驅(qū)動器和柵驅(qū)動器能夠正常工作的目 的。對于鋰電池的充電本課題通過5v電壓適配器輸入，給鋰電池進行充電。用led 指示電池充電狀態(tài)及充電完成，紅色為通電進行中，綠色為充電完成。36串口通訊模塊設(shè)計電子紙顯示屏是通過有線方式接收計算機發(fā)送的圖文信息，主要通過串口通訊 模塊。本課題設(shè)計串口通訊模塊，為了方便計算機和顯示屏之間點對點通信，從而 方便調(diào)試。本課題采用usb轉(zhuǎn)ttl,只能近距離通訊，串

51、口通訊模塊直接連接 stm8l101主控制器和計算機，組成串口通訊模塊，使得軟硬件的調(diào)試更加容易， 本課題的串口通訊模塊電路圖如圖3-11所示。u?17jch340 txds ch340 rxdsb?usb d+k?心22 yusb d- r?v?a22 6丄眥22pfgndvcc txdr232 rxd皿 v3ud+dgq ud- _e1 xi qsr xo ctsc? ch340g pf3vuf3.r?j 上工一gnd16lbflffhgnd gndusb 轉(zhuǎn) ttl圖3-11串口通訊模塊電路圖3.7人機交互模塊設(shè)計w25q16具有足夠大的內(nèi)存，可以一次性存儲10張圖文信息，stm8l10

52、1主控 制器具有超低功耗，基于這兩種優(yōu)勢，本課題增加了人機交互模塊，通過觸摸按鍵 控制圖片的更新，設(shè)計了一個觸摸按鍵進行切換，用來控制電子紙所存內(nèi)容的顯示 情況，使人對電子紙的手動控制成為現(xiàn)實，讓電子紙更方便的被應(yīng)用，按鍵部分電 路圖如圖312所示。3.3vtouch outgndm touch pad圖312觸摸按鍵模塊電路設(shè)計4. 軟件設(shè)計電子標簽的軟件設(shè)計主要包括電子標簽的顯示程序、電子紙的驅(qū)動程序、 flash存儲設(shè)計。4.1軟件設(shè)計整體架構(gòu)電子紙驅(qū)動程序的工作原理是，flash把圖像像素的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器，主控 制器將接收到的圖像像素的數(shù)據(jù)，通過程序控制，轉(zhuǎn)化成電子紙驅(qū)動器hx78

53、05的 電平信號，從而控制電子紙顯示屏顯示。電子紙顯示屏的顯示，以硬件為基礎(chǔ)，編寫軟件，熟悉主控制器和電子紙驅(qū)動 芯片的主要功能和相互間的配合，從模塊到整體，分析與芯片相關(guān)的端口配置、初 始化、時序控制、寄存器控制等，在完成以上內(nèi)容的基礎(chǔ)上，配置寄存器、設(shè)計功 能函數(shù)、設(shè)計函數(shù)樹，將程序進行整合，最終完成驅(qū)動程序的設(shè)計。軟件設(shè)計架構(gòu) 如圖41所示。圖4-1軟件設(shè)計架構(gòu)完成epd面板屏幕的顯示，flash要完成的工作是：w25q16初始化、端口配 置、儲存將要顯示的內(nèi)容；stm8l101需要完成的工作是：stm8l101初始化、相 關(guān)端口的配置、控制flash控制epd面板的圖片顯示；電子紙芯片hx7805需要 完成的工作是：配置端口、hx7805初始化、控制圖片的顯示。4.2主控制器控制流程在程序設(shè)計中，為