【正文】 .................................................................................................... 53 附 錄 .................................................................................................................. 54 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 5 頁 引言 傳統(tǒng)的信息發(fā)布媒介 有：紙質宣傳單、黑板報與靜態(tài)電子公告板等。再將圖片點陣文件、圖片的大小位置信息發(fā)送給 STM32 進行處理，實現(xiàn)圖片顯示。采用 GBK 字庫，通過 LabVIEW 向 Micro SD 卡燒錄了 3種字體、 7 種字號。 FPGA 讀取顯存數(shù)據(jù)，產(chǎn)生 VGA 信號。 編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目 ： 住宅小區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng) 院 （系）： 電子工程與自動化學院 專 業(yè) ： 測控技術與儀器 學生姓名 ： 李資鵬 學 號 ： 1100820417 指導教師 ： 黃 新 職 稱 ： 副教授 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程 設計 工程技術研究 軟件開發(fā) 20xx 年 5 月 20 日 √ 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 1 頁 摘 要 利用 LabVIEW、 RS485 總線、 STM32 微處理器、 FPGA 等技術，實現(xiàn)文字和圖片信息的遠程、動態(tài)發(fā)布。 STM32 將數(shù)據(jù)暫存 Micro SD 卡中，在 VGA 場消隱期間，從 Micro SD 卡中讀取數(shù)據(jù)，寫入顯存。以數(shù)據(jù)幀作為通信的基本單元，采用和校驗的校驗方法，能在一定程度上保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和完整性。 利用 IMG2LCD 軟件生成圖片點陣文件，或者由 LabVIEW 對圖片進行解碼，生成圖片點陣文件。VGA Interface。 數(shù)字化信息發(fā)布系統(tǒng)可用于即時發(fā)布水、電、燃氣、暖氣、天氣預報、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容，可應用于小區(qū)、校園、工廠、車站、機場等公共場所，應用前景廣闊。 1 方案選擇與論證 本設計要實現(xiàn)的目標：將文字和圖片信息進行遠程、動態(tài)發(fā)布。 STM32 數(shù)據(jù)處理模塊：使用 2片 SP3485 與 STM32 的 UART5 口進行連接，實現(xiàn)與上位機進行串口通信。 方案結構如圖 所示： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 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。此類顯示器面積非常大，可達數(shù)十平方米，亮度大，色彩鮮艷。 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 ,如無串擾無電路合成分離損耗等 [1]。 采用 FPGA作為 VGA的驅動芯片，在國外也應用普遍。 選用 Altera 公司 Cyclone4 系列的 EP4CE6E22C8N 作 為控制芯片。每秒更新顯存的次數(shù)稱為FPS(Frames Per Second)即每秒傳輸幀數(shù)。 因為數(shù)據(jù)共享，所以存在訪問仲裁控制。當 FPGA 讀取 A組數(shù)據(jù)進行顯示時， STM32向 B 組寫入數(shù)據(jù)（ STM32 必須在 FPGA 讀取 B組時，完成對 B組的更新）；然后，F(xiàn)PGA 讀取 B 組數(shù)據(jù)進行顯示， 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行。這種方法需要用到 SDRAM，而 SDRAM的時序控制相當復雜。雖然更新速度慢，但是在本設計中是可以接受的。 二是 SRAM(Static Random Access Memory)，即靜態(tài)隨機存儲器。 設計時采用的顯示器分辨率是 1024x768，刷新率為 60Hz， VGA 信號頻率為65MHz，使用 RGB565來表示像素顏色。而無論是單片機還是 FPGA，其 I/O 口輸出的都是數(shù)字 量，所以需要一種將數(shù)字量轉換成模擬量的措施。芯片很強大，性能也很好，在實際應用在首選此方案。 STM32F103 系列屬于 ARM CortexM3 內核，增強型 32 位微處理器，該系列有規(guī)格不同的多個型號，引腳數(shù)量從 64 個到 144 個， FLASH 容量從 16KB 到 1MB，SRAM 容量從 6KB 到 96KB。 在確定采用 FPGA 作為 VGA 時序的控制芯片之后，對 FPGA 有了新的認識，發(fā)現(xiàn)完全可以用 FPGA 實現(xiàn) UART、 SPI 等功能，用狀態(tài)機來更新 SRAM 也比使用 STM32通過外部中斷的方式更新 SRAM 快速， FPGA 內部也有足夠的存儲空間。采用單片機結合 FPGA 的方案完成畢業(yè)設計，是對單片機知識的總結，也是對 FPGA 知識的初步嘗試。 [5] 電腦與單片機常見的通信方式有： ①：使用 USB 轉 UART（異步收發(fā)傳輸器）芯片。但是 UART 之間直接相連，導致了這種接法在長距離通信時，信號衰減嚴重，不適合用于長距離通信。 [6]不滿足小區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng)的要求。差分方式傳輸數(shù)據(jù)，能把通信距離延長至幾十米至上千米。 存儲方案 本系統(tǒng)采用 Micro SD 卡作為主要存儲。其容量以 GB 為單位，有 4GB、 8GB 到 64GB。在電腦上，每一個軟件都可以稱為一臺儀器，所以這里的 上位機指的運行在電腦上的一個軟件，這個軟件利用電腦的硬件資源，可實現(xiàn)多種多樣的功能。 LabVIEW 是一種基于圖形編程語言的開發(fā)環(huán)境。 LabVIEW 具有豐富的控件，只需調用這些控件就能實現(xiàn)復雜的功能。負責接收 STM32 發(fā)出的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳 輸給上位機，和向 STM32 發(fā)送數(shù)據(jù)。負責連接 Micro SD 卡和 STM32。 ②：電腦端 485 芯片與 STM32 板載 485 芯片通過 4 根信號線相連。 USB 轉 485 模塊 首先，通過 CH340G 芯片，將 USB 信號轉換為 UART 的 RXD、 TXD 的 TTL 信號。 T的 DE、 RE 引腳由 電阻上拉到 VCC，設置為發(fā)送模式。其內部集成過熱、過流保護電路，固定輸出 電壓，具有 1%的精度，最大輸出 800mA 電流，采用 SOT223 貼片封裝，體積小，非常適合作為 數(shù)字 IC 的穩(wěn)壓芯片。 關于程序下載電路，未采用 JTAG 接口，因為 JTAG 接口占用 IO口，還需要額外購買仿真器，性價比較低。在 STM32 模塊中，采用 的接線方式。 W25Q64 FLASH 存儲電路 在嵌入式應用上廣泛用于字庫的存儲。 圖 FLASH 存儲器電路 圖 STM32 全雙工 485 收發(fā)電路 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 16 頁 兩種模式下，引腳對應的功能： SD模式： 1DATA2,2DATA3,3CMD,4VDD,5CLK,6VSS,7DATA0,8DATA1 SPI 模 式： 1保留 ,2CS,3DI,4VDD,5SCLK,6VSS,7DO,8保留 SPI 模式的選擇： Micro SD 復位過程中， CS 為低電平，使用 SPI 模式，否則使用 SD 模式。 STM32 與 FPGA之間利用兩排排針相連。一是，該接口對應的引腳分布不夠好，不利于布線；二是， SRAM的操作原本非常簡單，而采用 FSMC 后將會把問題復雜化。 FPGA 模塊 FPGA 核心電路 讓 FPGA 芯片正常工作，需外接以下幾個外設： ①：電源。 圖 SRAM 接口 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 18 頁 ②： JTAG 接口、專用配置存儲器（ EPCS4SI8N） 將 FPGA 的模式配置成 AS+JTAG 模式。 本系統(tǒng)采用 50MHz 的有源晶振， FPGA 內部的 PLL 可將其分頻、倍頻至一定范圍內的任意頻率。其中 UB 和 LB 引腳接高電平時分別屏蔽 16 位數(shù)據(jù)字節(jié)的高 8 位和低 8位，而在本設計中，需要完全讀寫 16 位數(shù)據(jù)，故直接將 UB 和 LB接地。三基色源端和終端匹配電阻均為 75歐姆。以二進制的形式展開，其順序為： R4_R3_R2_R1_R0_G5_G4_G3_G2_G1_G0_B4_B3_B2_B1_B0。 R5,R4,R3,R2,R1,R0 為并聯(lián)關系，設并聯(lián)后的電阻為 Rx,根據(jù)電阻分壓定理，得： 75/(Rx+75) = ，解得 Rx≈ 272 歐姆，總電導 Sx=1/Rx=1/272 西 門子。 以上為綠基色電阻值的確定方法，紅基色與藍基色的電阻值確定方法與之相同。在編寫 LabVIEW 上位機時，一步一步地實現(xiàn)需要的功能。 將 以上三個函數(shù)連接好，即可實現(xiàn)串口的基本收發(fā)功能。例如： 0x00 用于加載背景， 0x01 用于傳輸文字數(shù)據(jù)， 0x02 用于傳輸圖片數(shù)據(jù)等。 校驗值放在 數(shù)據(jù)幀最后面，可采用異或校驗、和校驗、 CRC 校驗等多種校驗方式。 [11] LabVIEW 要實現(xiàn)將這幾個數(shù)據(jù)打包成一個數(shù)據(jù)幀。 LabVIEW 發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，要等到從機返回正確的校驗值，才發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)；若從機返回錯誤的校驗值，則 LabVIEW 繼續(xù)發(fā)送本幀數(shù)據(jù)，直到從機返回正確 的校驗值，才發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)；若從機遲遲不返回校驗值， LabVIEW 間隔一定時間重發(fā)本幀數(shù)據(jù)。 圖 生成幀頭子 VI 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 25 頁 讀取字庫二進制文件。 其中在 處理③字體顏色和④背景顏色時，需要將 RGB24 轉換成 RGB565。[向下取整 ] 綠色的轉換式子： G565 = G24*64/256。 發(fā)送一幀完整的數(shù)據(jù)幀，包含幀頭、文字信息幀、校驗和。 將以上信息封裝成一個字符串，構成圖片信息幀。 STM32 程序 485 串口協(xié)議 采用 STM32 的 UART5 作為收發(fā)器。而發(fā)送第一個數(shù)據(jù)時，只寫 USART_DR，未讀取 USART_SR，故 TC 位為 1，是發(fā)送完成的標志，所以 STM32 不發(fā)送第一個數(shù)據(jù)。 (1 7)) == 0)。因為數(shù)據(jù)已送到移位寄存器不代表發(fā)送完成。 在接收到幀長度信息后，計算幀長度，并將其存入 data_lenth 全局變量，以此判斷本幀何時結束。 串口協(xié)議流程圖： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 30 頁 開 始主 機 發(fā) 出 一 幀 數(shù) 據(jù)計 算 幀 長 度 ， 得 出 校 驗字 節(jié) 的 位 置從 機 接 收 數(shù) 據(jù)對 數(shù) 據(jù) 進 行 累 加 （ 校 驗 位 除外 ） ， 計 算 校 驗 和校 驗 和 等 于 校 驗 位 的 值處 理 數(shù) 據(jù) 幀向 主 機 返 回 校 驗 信 息結 束首 地 址 是 否 為 本 機 地 址是否否是接 收 到 幀 長 度 字 節(jié)是接 收 到 校 驗 字 節(jié)是 FLASH 存儲模塊程序 FLASH 存儲器的型號是 W25Q64，使用 STM32 自帶的 SPI2 接口對其進行操作。 圖 串口協(xié)議流程圖 圖 讀 W25Q64 數(shù)據(jù)時序 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 31 頁 ③：發(fā)送地址。 ⑤：拉高 CS 引腳，結束讀取操作。 ③： SPI2 分三次寫入地址，先高位再低位。拉低 CS， SPI2 寫入 0x05，讀取一個字節(jié)，拉高 CS，判斷第0 位，由 1變?yōu)?0時，跳出循環(huán)。 ⑤：拉高 CS。操作方法與扇區(qū)擦除類似，全片擦除不用發(fā)送地址。 SPI 接口有 4個引腳： SCK,MOSI,MISO,CSN。 for(i = 0。 else SPI_MOSI_0。 SPI_SCK_0。 Micro SD 函數(shù) Micro SD 卡上電后，需要進行初始化操作，初始化第一步：復位 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 33 頁 ①：拉高 CS，發(fā)送至少 74 個 CLK 周期，確保 Micro SD 卡穩(wěn)定。 初始化第二步： 發(fā)送 CMD55（ 0x40|55）和 CMD41(0x40|41)，命令參數(shù) 均為 0x00000000， CRC校驗值任意，因為復位時已經(jīng)將工作模式設置為 SPI，而在 SPI 模式下 CRC 校驗不起作用。 ②：發(fā)送 CMD17(0x40|17 = 0x51)讀指令和 4 個字節(jié)的塊 (block)地址，得到 0x00 響應后，等待起始符 0xFE，之后讀取的 512 個字節(jié)即為該塊的數(shù)據(jù)，最后發(fā)送 2 個偽 CRC 校驗值。最后發(fā)送任意一個數(shù)，判斷其返回值 t，若 tam