嵌入式電子相冊(cè)

1、  信息科學(xué)與工程學(xué)院 基于STM32的電子相冊(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：通信工程12-2班 姓 名：覃模廣 學(xué) 號(hào)：3120731231 教 師：梁貴芹 摘  要  本設(shè)計(jì)是一款基于STM32F103的電子相框系統(tǒng)讀取SD卡中的圖像文件通過LCD屏幕將其顯示。系統(tǒng)主要由SD驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)和功能控制模塊組成。SD驅(qū)動(dòng)主要由SD接口驅(qū)動(dòng)程序、FAT文件操作程序組成;LCD驅(qū)動(dòng)主要由LCD屏驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)程序和圖片顯示程序組成;功能控制模塊包括了系統(tǒng)初始化,顯示初始頁面，顯示方式的設(shè)置,驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用等功能,功能控制模塊是系統(tǒng)的主模塊。在介紹了文件系統(tǒng)與圖像操作的

2、基礎(chǔ)上逐步說明了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。文件系統(tǒng)支持FAT16/32,圖像系統(tǒng)支持BMP等多種文件格式。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以模塊化為基礎(chǔ),易于升級(jí)。關(guān)鍵詞： STM32F103 電子相框系統(tǒng) SD卡 LCD屏幕 FAT文件系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)簡介  嵌入式系統(tǒng)具有以下幾個(gè)重要特征： 系統(tǒng)內(nèi)核小，由于嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于小型電子裝置，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如，ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5KB，而Windows的內(nèi)核則要大得多。 專用性強(qiáng)，嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，同時(shí)

3、針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大的更改。另外，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合。 嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，這樣既利于控制系統(tǒng)成本，也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。 高實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)軟件是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固化存儲(chǔ)，以提高速度，軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。 嵌入式軟件開發(fā)要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)而直接在芯片上運(yùn)行，但為了更合理的調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺(tái)。 執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，

4、保障軟件質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境。由于嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開發(fā)能力，即使完成設(shè)計(jì)后，用戶通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，因此必須有一套基于通用計(jì)算機(jī)的開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。任務(wù)分析-確定方案-重難點(diǎn)-軟件設(shè)計(jì)-硬件設(shè)計(jì)調(diào)試一 *任務(wù)分析*基于STM32設(shè)計(jì)一個(gè)電子相冊(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)通電后能夠正常進(jìn)行圖片的演示并且可以通過按鍵控制上下張照片顯示。二 *確定方案* 基于ARM單片機(jī)STM32F103RBT6的存儲(chǔ)程序控制，從SD卡讀取圖片,解碼后輸出到TFT-LCD上顯示，同時(shí)通過按鍵可以控制上下張顯示。 1） 硬件電路原理圖的繪制； 2）硬件資料

5、的研究； 3）軟件方案的選擇與論證； 4）軟件運(yùn)行與調(diào)試；三 *重難點(diǎn)*FAT文件系統(tǒng)、TFT-LCD顯示方法以、ARM單片機(jī)STM32F103RBT6開發(fā)版的應(yīng)用和SD存儲(chǔ)卡模塊的正確使用。 通過查相關(guān)的資料得：  3.1 SD存儲(chǔ)卡模塊  SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用于便攜式裝置上，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理(PDA)和多媒體東播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研

6、制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性，此外它可存多種格式數(shù)據(jù)文件，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性；用戶可方便使用SD卡讀卡器對(duì)其進(jìn)行用戶信息修改。2G金士頓SD卡實(shí)物如下圖2-5所示。 SD卡一般支持兩種操作模式：SD卡模式與SPI模式。 主機(jī)可以選擇以上任意一種模式同SD卡通信，SD卡模式允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸。SPI模式允許簡單的通過SPI接口來和SD卡通信，這種模式同SD卡模式相比就是喪失了速度。SD卡的引腳排序如下圖2-6所示 圖2-5 Kingston SD卡 圖2-6

7、0;SD卡引腳排序圖 SD卡要進(jìn)入SPI模式很簡單，就是在SD卡收到復(fù)位命令（CMD0）時(shí)，CS為有效電平（低電平）則SPI模式被啟用。不過在發(fā)送CMD0之前，要發(fā)送>74個(gè)時(shí)鐘，這是因?yàn)镾D卡內(nèi)部有個(gè)供電電壓上升時(shí)間，大概為64個(gè)CLK，剩下的10個(gè)CLK用于SD卡同步,之后才能開始CMD0的操作，在卡初始化的時(shí)候，CLK時(shí)鐘最大不能超過400KHZ。 3.2 LCD模塊  Thin Film Transistor(薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)。從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕

8、信息,TFT-LCD（薄東南大膜晶體管液晶顯示器）是多數(shù)液晶顯示器的一種。TFT屏幕的優(yōu)點(diǎn)如下：1）.大面積 2）.高集成度 3）.功能強(qiáng)大 4）.低成本 5）.工藝靈活 6）.應(yīng)用領(lǐng)域廣泛TFT液晶顯示屏亮度好、對(duì)比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷，其廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP4等消費(fèi)品。因此，本系統(tǒng)選用2.8英寸TFT-LCD屏（如圖2-2所示）可顯26萬色，分辨率320*240，控制器為ILI9320，采用16位的80并口，配合觸摸屏專用芯片XPT2046，可對(duì)屏幕進(jìn)行觸摸操作，更顯智能化和個(gè)性化。為了方便用戶使用，我們存儲(chǔ)方式采用兼容FAT的文件系統(tǒng)，同時(shí)該文件系統(tǒng)也兼容FAT32等電腦主流的文件系

9、統(tǒng)方式進(jìn)行存儲(chǔ)。 2.8英寸TFT-LCD模塊 該模塊的80 并口有如下一些信號(hào)線： CS：TFT-LCD片選信號(hào)。 WR：向TFT-LCD寫入數(shù)據(jù)。 RD：從TFT-LCD讀取數(shù)據(jù)。 D15:0：16位雙向數(shù)據(jù)線。 RST：硬復(fù)位TFT-LCD。 RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。TFT-LCD模塊的RST 信號(hào)線是直接接到STM32 的復(fù)位腳上，并不由軟件控制，這樣可以省下來一個(gè)I/O口。另外我們還需要一個(gè)背光控制線來控制TFT-LCD的背光。所以我們總共需要的I/O口數(shù)目為21個(gè)。

10、該控制器自帶顯存，其顯存總大小為172820（240*320*18/8），即18位模式（26萬色）下的顯存量。模塊的16位數(shù)據(jù)線與顯寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系為565方式，如下圖所示 16位數(shù)據(jù)與顯存對(duì)應(yīng)關(guān)系圖最低5位代表藍(lán)色，中間6位為綠色，最高5 位為紅色。數(shù)值越大，表示該顏色越深。接下來介紹一下ILI9320的幾個(gè)重要命令，因?yàn)镮LI9320的命令很多，這里不一一介紹。 通過以上介紹，我們可以得出TFT-LCD顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下： 1）設(shè)置STM32與TFT-LCD模塊相連接的I/O。  這一步，先將我們與TFT-LCD模塊相連的I/O口設(shè)置為輸出，具體使用哪些I

11、/O口，這里需要根據(jù)連接電路以及TFT-LCD模塊的設(shè)置來確定。 2）初始化TFT-LCD模塊。 通過向TFT-LCD寫入一系列的設(shè)置，來啟動(dòng)TFT-LCD的顯示。為后續(xù)顯示字符和數(shù)字做準(zhǔn)備。 3）通過函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFT-LCD模塊上。 這里就是通過我們?cè)O(shè)計(jì)的程序，將要顯示的字符送到TFT-LCD模塊就可以了，這些函數(shù)將在軟件設(shè)計(jì)部分向大家介紹。通過以上三步，我們就可以使用TFT-LCD模塊來顯示字符和數(shù)字了，并且可以顯示各種顏色的背景。3.3 液晶顯示部分電路設(shè)計(jì) 液晶顯示部分主要由微控制器STM32F103RBT6驅(qū)動(dòng)AM240320LST

12、NQW-00H完成人機(jī)界面狀態(tài)的顯示，通過發(fā)送命令字，完成液晶模塊的初始化，完成對(duì)內(nèi)容的顯示，顯示部分的硬件電路接口圖如圖2所示 系統(tǒng)液晶接口原理圖3.4 ARM單片機(jī)STM32F103RBT6開發(fā)版簡介 STM32F103RBT6使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz,內(nèi)置高速存儲(chǔ)器（高達(dá)128 K字節(jié)的閃存和20 K字節(jié)的SRAM），豐富的增強(qiáng)I/O端口和連接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)

13、CAN.供電電壓2.03.6 V,一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求3.5 FAT文件系統(tǒng) 常用的文件系統(tǒng)有FAT12/16/32等，F(xiàn)AT12是最古老的文件系統(tǒng)，只能管理8 M左右的空間?，F(xiàn)在基本淘汰了。FAT16則可以管理2 G的空間（通過特殊處理也能管理2 G以上的空間），而FAT32則能管理到2 TB（2 048 GB）的空間。FAT32較FAT16的優(yōu)勢(shì)還在于FAT32采用了更小的簇，可以更有效的保存信息，而不會(huì)造成多的浪費(fèi)。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用了FAT32文件系統(tǒng)，它的主要組成部分如下： 1、MBR稱為主引導(dǎo)記錄區(qū)，該區(qū)存儲(chǔ)了分區(qū)表等信息，位于SD卡的扇區(qū)0（物理扇區(qū)），在其分

14、區(qū)信息里面記錄了DBR所在的位置，SD卡一般只會(huì)有一個(gè)分區(qū)，所以也就只要找到分區(qū)1的DBR所在位置就可以了。 2、DBR稱為操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)，如果沒有MBR,那么DBR就位于0扇區(qū)；如果有，則必須通過MBR區(qū)得到DBR所在的地址，然后讀出DBR信息。在DBR區(qū)，可以知道每個(gè)扇區(qū)所占用的字節(jié)數(shù)、每個(gè)簇的扇區(qū)數(shù)、FAT表的份數(shù)、每個(gè)FAT表的扇區(qū)敷、跟目錄簇號(hào)、FAT表1所在的扇區(qū)等一系列非常重要的信息。 3、FAT稱為文件分配表（FAT表），一個(gè)卡上會(huì)存在2個(gè)FAT表，一個(gè)用作備份，一個(gè)使用。FAT表一般緊隨DBR,另一個(gè)FAT表則緊隨第一個(gè)FAT表，這樣只要知道了第一個(gè)FAT表的位置及大小，

15、那么第二個(gè)FAT表的位置也就確定了。FAT表記錄了每個(gè)文件的位置和區(qū)域，是一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。 4、FDT稱為文件根目錄表，這個(gè)區(qū)域固定為32個(gè)扇區(qū)，假設(shè)每個(gè)扇區(qū)為512個(gè)字節(jié)。那么根目錄下最多存放512個(gè)文件（假設(shè)都用短文件名存儲(chǔ)，每個(gè)短文件名占32個(gè)字節(jié)）。文件目錄表是另一個(gè)重要的部分，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)中（僅以短文件名介紹），文件目錄項(xiàng)在目錄表下以32個(gè)字節(jié)的方式記錄。4、 軟件設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)直接在ARM單片機(jī)STM32F103RBT6開發(fā)版實(shí)現(xiàn)，而且程序的工程是直接通過利用現(xiàn)有的通過修改而來的，所以在這里只是重點(diǎn)說明主函數(shù)程序。4.1 這是主程序的流程圖 4.2 主函數(shù)如下：#include

16、"stm32f10x.h"#include "hardware.h"#include "usart.h"#include "ili932x.h"#include "fat.h"#include "picture.h" #define EEPROM_WriteAddress 0#define EEPROM_ReadAddress 0#define TEXT_Size (Get_Size(TEXT_Buffer)-1)#define Get_Size(a) (sizeof(a)

17、/ sizeof(*(a)uint8_t TEXT_Buffer="MINI-STM32 SD TEST"uint8_t REXT_BufferTEXT_Size;uint8_t Fill_Buffer=" "extern uint8_t gImage_11;static _IO uint32_t TimingDelay;void GPIO_Configuration(void);void NVIC_Configuration(void);void Time_Display(uint32_t TimeVar);uint8_t KEY_Scan(void)

18、;void Delay(_IO uint32_t nTime);int main(void) /主函數(shù)uint8_t i;uint8_t key; FileInfoStruct *FileInfo; uint16_t pic_cnt=0;/當(dāng)前目錄下圖片文件的個(gè)數(shù)uint16_t index=0; /當(dāng)前選擇的文件編號(hào) uint16_t time=0; SystemInit(); /配置系統(tǒng)時(shí)鐘72M(包括clock, PLL and Flash configuration)while(SysTick_Config(SystemFrequency / 1000);/Systick 配置延時(shí)n*

19、msGPIO_Configuration();/ 引腳配置USART_Configuration();/異步通信初始化NVIC_Configuration();/系統(tǒng)中斷配置LCD_Init();/ LCD初始化LCD_Clear(WHITE);/清屏SPI_Configuration();/SPI初始化M45PE_Init();/M45PE16初始化SD_Init();/SD卡初始化USART_Send_Str(menu); POINT_COLOR=RED; Show_Str(60,50,"Mini STM32開發(fā)板",16,0); Show_Str(60,70,&quo

20、t;簡易電子相冊(cè)",16,0); Show_Str(60,90,"通信12-2班",16,0); Show_Str(60,110,"2015年7月1日",16,0); SD_Init();while(FAT_Init()/FAT 錯(cuò)誤Show_Str(60,130,"文件系統(tǒng)錯(cuò)誤!",16,0); i= SD_Init();if(i)Show_Str(60,150,"SD卡錯(cuò)誤!",16,0);/SD卡初始化失敗 Delay(500);LCD_Fill(60,130,240,170,WHITE);/清除顯

21、示 Delay(500);LED1=!LED1; while(SysInfoGet(1)/得到圖片文件夾 Show_Str(60,130,"圖片文件夾未找到!",16,0); Delay(500); FAT_Init();SD_Init();LED1=!LED1;LCD_Fill(60,130,240,170,WHITE);/清除顯示 Delay(500); Show_Str(60,130,"開始顯示.",16,0); Delay(1000);Cur_Dir_Cluster=PICCLUSTER;while(1) pic_cnt=0; Get_File_

22、Info(Cur_Dir_Cluster,FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP,&pic_cnt);/獲取當(dāng)前文件夾下面的目標(biāo)文件個(gè)數(shù) if(pic_cnt=0)/沒有圖片文件LCD_Clear(WHITE);/清屏 while(1) if(time%2=0)Show_Str(32,150,"沒有圖片,請(qǐng)先COPY圖片到SD卡的PICTURE文件夾,然后后重啟!",16,0); else LCD_Clear(WHITE);time+;Delay(300); FileInfo=&F_Info0;/開辟暫存空間.index=1;while(1)

23、Get_File_Info(Cur_Dir_Cluster,FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP,&index);/得到這張圖片的信息 /LCD_Clear(WHITE);/清屏,加載下一幅圖片的時(shí)候,一定清屏 AI_LoadPicFile(FileInfo,0,0,240,320);/顯示圖片 POINT_COLOR=RED; while(1)/延時(shí)3skey=KEY_Scan();if(key=1)break;/下一張else if(key=2)/上一張if(index>1)index-=2;else index=pic_cnt-1;break;Delay(

24、1);time+;if(time%100=0)LED1=!LED1;if(time>3000)time=0;break;index+;if(index>pic_cnt)index=1;/顯示第一副,循環(huán) /* 函數(shù)名稱: GPIO_Configuration* 功能描述: 配置IO口* 作 者: Dream* 日 期: 2010年12月17日*/void GPIO_Configuration(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2P

25、eriph_GPIOB| RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);/ 使能端口時(shí)鐘，重要！ /* 配置 LED1、LED2引腳的功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;/通用推挽輸出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/輸出最大頻率為50MHz GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初

26、始化PA2、PA3/* 配置 KEY1、KEY2引腳的功能 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;/上拉輸入模式 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初始化PA0、PA1 /* 配置 USART1 Tx (PA9) */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mod

27、e_AF_PP; /復(fù)用開漏輸出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/輸出最大頻率為50MHz GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* 配置 USART1 Rx (PA10) */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/浮空輸入模式 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/PB

28、0 映射到通道8作為模擬輸入引腳 ,ADC轉(zhuǎn)換 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);/* 函數(shù)名稱: KEY_Scan* 功能描述: 按鍵處理函數(shù)0，沒有任何按鍵按下 1，KEY1按下 2，KEY2按下 * 作 者: Dream* 日 期: 2010年12月17日*/uint8_t KEY_Scan(void) static uint8_t KEY_UP=1;/按鍵按松開標(biāo)

29、志 if(KEY_UP&&(KEY1=0|KEY2=0)Delay(10);/去抖動(dòng) KEY_UP=0;if(KEY1=0)return 1;else if(KEY2=0)return 2;else if(KEY1=1&&KEY2=1)KEY_UP=1; return 0;/無按鍵按下/* 函數(shù)名稱: Delay* 功能描述: 用Systick延時(shí)* 作 者: Dream* 日 期: 2010年12月17日*/void Delay(_IO uint32_t nTime) TimingDelay = nTime; while(TimingDelay != 0);/* 函數(shù)名稱: TimingDelay_Decrement* 功能描述: Systick中斷進(jìn)入函數(shù)* 作 者: Dream* 日 期: 2010年12月17日*/void TimingDelay_Decrement(void) if (TimingDelay != 0x00) Timin