【正文】 ..... 28 485 串口協(xié)議 ........................................................................... 28 FLASH 存儲(chǔ)模塊程序 ............................................................... 30 Micro SD 函數(shù) ......................................................................... 32 字庫與圖片 .............................................................................. 36 寫 SRAM 函數(shù) ............................................................................ 37 FPGA 模塊程序 ..................................................................................... 39 讀 SRAM 程序 ............................................................................ 39 VGA 時(shí)序 ................................................................................... 40 輸出 RGB565............................................................................. 43 4 調(diào)試與驗(yàn)證過程 .............................................................................................. 43 調(diào)試所需設(shè)備 ...................................................................................... 43 單獨(dú)調(diào)試 LABVIEW............................................................................... 43 單獨(dú)調(diào)試 VGA 與 FPGA......................................................................... 44 調(diào)試 STM32........................................................................................... 44 STM32 與 LABVIEW.................................................................... 44 STM32 與 FLASH 存儲(chǔ)器 ........................................................... 44 STM32 與 Micro SD 卡 ............................................................. 44 STM32 與 FPGA 與 SRAM............................................................ 44 驗(yàn)證結(jié)果 .............................................................................................. 45 5 結(jié)論 .................................................................................................................. 51 謝 辭 .................................................................................................................. 52 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 53 附 錄 .................................................................................................................. 54 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 引言 傳統(tǒng)的信息發(fā)布媒介 有：紙質(zhì)宣傳單、黑板報(bào)與靜態(tài)電子公告板等。這些信息發(fā)布方法具有浪費(fèi)資源、有損形象、信息更新遲滯、傳播效率低和不方便管理等缺點(diǎn)。因此誕生了數(shù)字化信息發(fā)布系統(tǒng)。 數(shù)字化信息發(fā)布系統(tǒng)可用于即時(shí)發(fā)布水、電、燃?xì)?、暖氣、天氣預(yù)報(bào)、新聞、物業(yè)通知、緊急信息、突發(fā)事件、社區(qū)宣傳和贊助商廣告等內(nèi)容，可應(yīng)用于小區(qū)、校園、工廠、車站、機(jī)場等公共場所，應(yīng)用前景廣闊。 針對住宅小區(qū)，目前市場上尖端的小區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng)，由服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS、 CDMA 等網(wǎng)絡(luò)控制多個(gè)多媒體終端；支持多種視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和圖文格式，如： MPEG1/2/3/ WMV 、 WMA、 Real 、 Flash、 JPEG、 BMP、 GIF、 TIFF、 Word、Excel、 PDF、 PPT 等；可以顯示文字、圖片、聲音和視頻等多媒體信息；支持視頻、圖片、文字的混合排版，支持視頻、圖片、文字位置的隨意調(diào)整。 前沿技術(shù)制造的系統(tǒng)比較大型，固然功能齊全，但是成本較高，維護(hù)也相對復(fù)雜。而本設(shè)計(jì)將節(jié)約成本、縮小體積、簡化功能，實(shí)現(xiàn)文字和圖片的即時(shí)發(fā)布。 1 方案選擇與論證 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：將文字和圖片信息進(jìn)行遠(yuǎn)程、動(dòng)態(tài)發(fā)布。著重考慮降低成本和簡化設(shè)備的維護(hù)難度，最終采用 LabVIEW、 RS485 總線、 STM32 微處理器、 FPGA 等技術(shù)實(shí)現(xiàn) 小區(qū)信息發(fā)布 。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) LabVIEW 上位機(jī)模塊：采用 LabVIEW 編寫上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)串口的數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)等功能。 USB 轉(zhuǎn) 485 模塊：采用 1片 CH340G 芯片和 2片 MAX485 芯片實(shí)現(xiàn) USB 轉(zhuǎn) 4 線485 的功能。 STM32 數(shù)據(jù)處理模塊：使用 2片 SP3485 與 STM32 的 UART5 口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行串口通信。 STM32 的 SPI3 接口與 Micro SD 卡連接，實(shí)現(xiàn)將上位機(jī)發(fā)送的字庫、數(shù)字、文字和圖片等信息存入卡中 ，供后續(xù)調(diào)用。 STM32 將待顯示的點(diǎn)陣信息寫入 SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），供 FPGA 讀取。 FPGA 顯示模塊：使用 FPGA 芯片讀取 SRAM、控制 RGB 電阻網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成 0~ 的 RGB 電壓量，在 VGA 時(shí)序中準(zhǔn)確插入 RGB 信號(hào)，將 SRAM 的內(nèi)容顯示到顯示器上。 方案結(jié)構(gòu)如圖 所示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 顯示方案 可選顯示方案 可選顯示方案有很多，在眾多顯示方案中，最后采用 VGA 接口顯示器作為顯示終端。 在嵌入式領(lǐng)域較為常用的是 TFT 顯 示屏。此類顯示屏，顯示效果好，具有觸摸功能，但是尺寸和分辨率相對較小，接口不通用，不適合用于顯示住宅小區(qū)信息。 廣場、汽車站、火車站和金融機(jī)構(gòu)等地，大多采用大型 LED 點(diǎn)陣顯示器。此類顯示器面積非常大，可達(dá)數(shù)十平方米，亮度大，色彩鮮艷。但是，它的價(jià)格昂貴、功耗大，控制復(fù)雜，不符合節(jié)約成本、縮小體積的設(shè)計(jì)初衷。 生活中，最常見的顯示方案是和臺(tái)式機(jī)配套的 VGA 接口的液晶顯示器，此類顯示器的分辨率從 800x600 到 1920x1080 甚至更高，可選性高，通用性強(qiáng)。其使用的 VGA（視頻圖形陣列）接口具有屏幕大、臨場感強(qiáng) 、可同時(shí)控制多個(gè)顯示器的優(yōu)點(diǎn)。 VGA 的視頻傳輸過程是最短的 ,所以 VGA 接口擁有許多的優(yōu)點(diǎn) ,如無串?dāng)_無電路合成分離損耗等 [1]。 但是， VGA 接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對接口物理層的各種信號(hào)時(shí)序做了嚴(yán)格的要求，對于普通的單片機(jī)，采用一般的 I/O 口模擬信號(hào)時(shí)序的方法在速度上是無法滿足VGA 接口的高速時(shí)序的要求的，而 FPGA 是一種可編程的硬件電路實(shí)現(xiàn)，具有高集成度、高速度、高可靠性的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種高速復(fù)雜的時(shí)序信號(hào) [2]。 采用 FPGA 技術(shù)，既得到高分辨率又可以不使用計(jì)算機(jī)設(shè)備顯示圖像 [3]。此外， FPGA 還有并行執(zhí)行的 特點(diǎn)，能避免屏幕抖動(dòng)，顯示效果非常穩(wěn)定。 采用 FPGA作為 VGA的驅(qū)動(dòng)芯片，在國外也應(yīng)用普遍。以下是外國學(xué)者對 FPGA優(yōu)點(diǎn)的總結(jié)： FPGA 具有高時(shí)鐘頻率、高處理速度、并行處理、代碼移植性好、 計(jì) 算 機(jī) 上 的LabVIEW 上位機(jī)程序 USB轉(zhuǎn) 485 STM32 SP3485 Micro SD FPGA SRAM VGA 圖 總體結(jié)構(gòu)框圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 低成本、知識(shí)產(chǎn)權(quán)受保護(hù)等優(yōu)點(diǎn) [4]。 FPGA 選型 FPGA 有兩大生產(chǎn)廠商： Xilinx 和 Altera。在數(shù)電課程中，曾經(jīng)接觸過 Altera和其 EDA 工具 QUARTUS，所以對 Altera 比較熟悉，這是選用 Altera FPGA 的主要原因。 選用 Altera 公司 Cyclone4 系列的 EP4CE6E22C8N 作 為控制芯片。在 EDA 軟件 QUARTUS 中可以看到這款 FPGA 的相關(guān)參數(shù)： Core Voltage（核心電壓）為 ， LEs（邏輯單元）數(shù)量為 6272， User I/Os（用戶 I/O）數(shù)量為 92 個(gè) ,Memory Bits（片內(nèi)存儲(chǔ)） 276480Bits， embedded multipliers 9bit element（嵌入 9 位陳法器） 30 個(gè)， PLL（鎖相環(huán)電路） 2個(gè)， Global Clocks（全局時(shí)鐘） 10 個(gè)。 用于讀取 SRAM、產(chǎn)生 VGA 時(shí)序和 RGB 信號(hào)，資源是足夠的。 更新顯存方式 顯示器的刷新率為 60Hz 時(shí)， FPGA 會(huì)遍歷顯存 60次， FPGA 在遍歷顯存的同時(shí)，只有更新顯存中的數(shù)據(jù)，才能顯示動(dòng)態(tài)的視頻。每秒更新顯存的次數(shù)稱為FPS(Frames Per Second)即每秒傳輸幀數(shù)。要流暢波播放視頻， FPS 最少是 25以上。 在讀取顯存同時(shí)，更新顯存的方法有以下幾種： ①：采用雙口 RAM。此類存儲(chǔ)器，具有兩套完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線，允許兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)同時(shí)對該存儲(chǔ)器進(jìn)行隨機(jī)性的訪問。 因?yàn)閿?shù)據(jù)共享，所以存在訪問仲裁控制。這種方法使用的器件較多，功耗大，成本高，故不采用。 ②： 采用兩組 SRAM，組成乒乓結(jié)構(gòu)。乒乓結(jié)構(gòu)是指， A 組 SRAM 和 B組 SRAM輪流充當(dāng)“被讀”和“被寫”的角色。當(dāng) FPGA 讀取 A組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示時(shí)， STM32向 B 組寫入數(shù)據(jù)（ STM32 必須在 FPGA 讀取 B組時(shí)，完成對 B組的更新）；然后，F(xiàn)PGA 讀取 B 組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示， STM32 向 A組寫入數(shù)據(jù)；如此循環(huán)，就能保證顯示與顯存更新的同步進(jìn)行。 這種方法能實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)無縫更新，是一種不錯(cuò)的方案。然而，這需要復(fù)雜的控制總線，采用兩組 SRAM 也會(huì)提高成本，故在本設(shè)計(jì)中暫時(shí)不采用此方案，以后設(shè)計(jì)可顯示視頻的 VGA 接口時(shí)，可能會(huì)采用 此方案。 ③：采用 FPGA 和 SDRAM 構(gòu)造雙口 SRAM。這種方法需要用到 SDRAM，而 SDRAM的時(shí)序控制相當(dāng)復(fù)雜。以后能熟練操作 SDRAM 時(shí)，或許會(huì)采用這個(gè)成本低、性能也不錯(cuò)的方案。 ④：采用一片 SRAM,在 VGA 時(shí)序的場消隱期間更新 SRAM。這個(gè)方案在這幾個(gè)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 方案中，最容易實(shí)現(xiàn)。雖然更新速度慢，但是在本設(shè)計(jì)中是可以接受的。 顯存選型 最終采用 IS61WV102416BLL 作為顯存。 可作為顯存的存儲(chǔ)器有兩種類型： 一是 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)，即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。內(nèi)部指令以同步信號(hào)為基準(zhǔn)，需要不停地刷新存儲(chǔ)單元才能保持?jǐn)?shù)據(jù)。 二是 SRAM(Static Random Access Memory)，即靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。它具有靜態(tài)存取功能，不需要刷新電路就能保存數(shù)據(jù)。 SDRAM 和 SRAM 各有所長，可總結(jié)為： SDRAM 容量大體積小、價(jià)格低、但是操作復(fù)雜、速度較 SRAM 慢； SRAM 容量小體積大、價(jià)格高、但是操作簡