【正文】 圖 Micro SD 卡轉(zhuǎn)接電路 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 17 頁 安排 IO 口時，數(shù)據(jù)總線使用同 1組 IO 口，地址總線使用 2組 IO口，這樣能稍微加快對 SRAM 的操作速度。 STM32 自帶 FSMC 接口，該接口專門用于控制外置 SRAM，然而，在本設計中未采用此接口。設計時， STM32 和 FPGA 采用同一個模板，排針的位置和板子的大小完全一致。 設計電路如下圖所示： 靜態(tài)隨機存儲器 (SRAM)接口 SRAM 芯片焊接在 FPGA 板子上， STM32 上只有 SRAM 的接口。 本系統(tǒng)采用 SPI 模式，與 STM32 的 SPI3 相連。 Micro SD 卡存儲電路 Micro SD 卡支持兩種工作模式， SD 模式和 SPI 模式。嵌入式平臺大多采用分辨率較低的液晶屏，不需要大字號字庫，而本設計使用 1024x768 分辨率的顯示器，最大需要56x56p 像素的字號，一個 GBK 字庫有 9,384,480 個字節(jié)，已經(jīng)超出了 W25Q64 的存儲范圍。為了直觀的觀察數(shù)據(jù)的收發(fā)情況，在 RXD 和 TXD 引腳都圖 STM32 程序下載電路 圖 STM32 RTC 時鐘電路 圖 STM32 主晶振與復位電路 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 15 頁 接入了 LED 指示燈。 相關(guān)電路圖如下： 圖 STM32 穩(wěn)壓電路 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 14 頁 485 收發(fā)電路 為了不引人 5V 電壓到 STM32 電路板中，采用 SP3485 這款 的 485 芯片。 使用 電源時，將 V3引腳連接至 電源；使用 5V 電源時，將 V3引腳外接 電容到 GND。所以，本設計采用串口的方式下載程序。其頻率 即 32768Hz，即2 的 15次方，經(jīng)單片機內(nèi)部分頻器進行 15 次 2 分頻后，可生成精確的 1Hz 方波，即周期為 1秒的脈沖，這個脈沖信號，讓計數(shù)器每秒加 1。 主晶振采用 8MHz 49s 型無源晶振，晶振兩端接 22pF 電容到 GND，為 STM32提供精準的時鐘。 穩(wěn)壓芯片采用 AMS1117 。 DI端接 TXD，RO 端懸空。 RO端接 RXD， DI 端懸空。兩片 MAX485，負責接收的為 R,負責發(fā)送的為 T。 ⑤： FPGA 從 SRAM 讀取數(shù)據(jù)。 ③： STM32 向 SRAM（顯存）寫入數(shù)據(jù)。 硬件框架圖如圖 所示： ① ② ③ ④ ⑤ 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 12 頁 框圖連線簡介： ①： SD 轉(zhuǎn)接板接入 STM32 上的 SD 接口。 第四塊： FPGA 模塊，包含 EP4CE6E22C8N FPGA 芯片、 EPCS4SI8N 程序存儲芯片、 50MHz 有源晶振、 , 穩(wěn)壓電路、 JTAG 接口、 IS61WV102416BLL靜態(tài)隨機存儲器、復位按鍵、 VGA 電阻網(wǎng)絡。 第三塊： Micro SD 轉(zhuǎn)接板。 第二塊： STM32 模塊，包含 STM32F103ZET6 微處理器、晶振、 穩(wěn)壓電源桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 11 頁 CH340G MAX485 發(fā) MAX485 收 晶振 USB接頭 485接頭 SD接頭 SD插座 按鍵 485接頭 SD FLASH 穩(wěn)壓 CH340G SRAM 接口 復位 STM32 SP3485 x2 USB JTAG VGA接口 SRAM 接口 SRAM芯片 FPGA DC 插座 , 穩(wěn)壓 EPCS4 VGA電阻網(wǎng)絡 圖 硬件框架圖 電路、 ISP（ 在線系統(tǒng)編程 ）下載電路、 SRAM 接口、 Micro SD 接口、 FLASH 存儲器、按鍵。 第一塊： USB 轉(zhuǎn) 485，包含 USB 轉(zhuǎn) UART 芯片、 12MHz 晶振、 2片 MAX485 芯片?？丶奈恢每梢噪S意安排、大小可隨意調(diào)整，使得LabVIEW 的界面更加靈活、美觀和個性化。 [10] 使用圖形符號編程，程序更加直觀。它與傳統(tǒng)編程語言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具等，但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言是用文本語言編程，而 LabVIEW 用圖形語言（即各種圖標、圖形符號、連線等）編程。拿這兩款開發(fā)軟件做比較，容易發(fā)現(xiàn)使用 LabVIEW 制作上位機比使用 VC更加方便、美觀。 上位機開發(fā)軟件有很多，有 VC、 VB、 DELPHI、 .NET、 LABVIEW、 C++Builder等。 上位機開發(fā)軟件選擇 上位機一般指的是 PC 機也就是電腦，下位機指的是單片機。 Micro SD 卡，可以支持 SPI 協(xié)議。 Micro SD 卡，廣泛應用于手機、平板、相機等數(shù)碼產(chǎn)品中。 在單片機設計中，常用的存儲芯片 有 EEPROM 類的 AT24Cxx 系列， FLASH 類的 W25Qxx 系列。 單片 MAX485 只能實現(xiàn)半雙工，故采用兩片 MAX485 芯片，一片負責接收，一片負責發(fā)送，實現(xiàn)全雙工通信。 RS485 標準抗干擾能力強 ,傳輸速率高 ,傳送距離遠 .采用雙絞線 ,不用 MODEM的情況下 ,在 100kbit/s的速率時 ,可傳送的距離為 ,若速率降到 9600bit/s,桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 10 頁 則傳送距離可達 15km.[7] RS485 總線以其構(gòu)造簡單，造價低廉，可選芯片多，便于維護等特點在許多工業(yè)控制的系統(tǒng)中得到廣泛的應用。芯片的 A端和 B端為差分信號端 ,當 A引腳的電平高于B 時，代表數(shù)據(jù) 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表數(shù)據(jù) 0。 ③：使用 USB 轉(zhuǎn) UART,UART 轉(zhuǎn) 485 芯片，如 MAX485。但是， RS232C 最大通信距離僅為 15m, 同時 RS232C 是點對點 (即只用一對收、發(fā)設備 )的通信 , 因此 PC 機無法直接對多個下位機進行遠離通訊和管理。 ②：使用 USB 轉(zhuǎn) UART， UART 轉(zhuǎn) RS232 芯片，如 MAX232。學習串口、調(diào)試串口時通常采用這種接法。 USB 端的 TXD、 RXD 分別與單片機端的 RXD、 TXD 相連， USB 地線和單片機地線相連。雖然一般在遠程自動工控環(huán)境中，采取的是半雙工通信，但是有些場合還要求設備節(jié)點能及時響應主機的命令，需要采 取全雙工的串行數(shù)據(jù)通信。故采用 STM32+FPGA 的方案。若采用 STM32+FPGA 的方案， STM32 負責寫 SRAM， FPGA 負責讀 SRAM，則思路清晰，易于實現(xiàn)。采用 FPGA獨立工作的方案， 甚至能實現(xiàn)更加優(yōu)秀的顯示效果。其時鐘頻率可由自帶的 PLL 鎖相環(huán)電路對晶振倍頻，最高可達 72MHz,速度是 MCS51單片機的 72 倍，基本可以滿足顯示靜態(tài)圖片的要求。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 9 頁 本系統(tǒng)選用的 STM32F103ZET6 具有 144 個引腳， 512KB FLASH 和 64KB SRAM的資源。 MCS51單片機的管腳數(shù)量、處理速度，片內(nèi)資源、自帶功能等都不能滿足本系統(tǒng)的要求，故未采用 MCS51 單片機作為微處理器。 然而，使用這類芯片，會讓 VGA 接口蒙上一層面紗，不利于理解，而且這類芯片價格也不便宜，故最終決定，采用電阻網(wǎng)絡將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的方案。分辨率最大支持為 1600 1200，刷新率為 100Hz。 可采用專用的視頻 DAC 芯片，例如 ADV7123， GM7123 等芯片。 RGB 三基色生成方案 在標準 VGA 協(xié)議中 RGB 三基色電壓為 0V~，是模擬量。 1024x768的分辨率要求存儲器至少有 768KB的存儲空間， 65MHz 頻率要求顯存具有優(yōu)于 (1/65MHz)=15ns 的讀寫速度， RGB565要求存儲器的存儲單元最好是 16 位。 考慮到難易程度和讀寫速度，最終采用了 SRAM 作為顯存。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)。內(nèi)部指令以同步信號為基準，需要不停地刷新存儲單元才能保持數(shù)據(jù)。 顯存選型 最終采用 IS61WV102416BLL 作為顯存。這個方案在這幾個桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 方案中，最容易實現(xiàn)。以后能熟練操作 SDRAM 時，或許會采用這個成本低、性能也不錯的方案。 ③：采用 FPGA 和 SDRAM 構(gòu)造雙口 SRAM。 這種方法能實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)無縫更新，是一種不錯的方案。乒乓結(jié)構(gòu)是指， A 組 SRAM 和 B組 SRAM輪流充當“被讀”和“被寫”的角色。這種方法使用的器件較多，功耗大，成本高，故不采用。此類存儲器，具有兩套完全獨立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線，允許兩個獨立的系統(tǒng)同時對該存儲器進行隨機性的訪問。要流暢波播放視頻， FPS 最少是 25以上。 更新顯存方式 顯示器的刷新率為 60Hz 時， FPGA 會遍歷顯存 60次， FPGA 在遍歷顯存的同時，只有更新顯存中的數(shù)據(jù)，才能顯示動態(tài)的視頻。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 ,Memory Bits（片內(nèi)存儲） 276480Bits， embedded multipliers 9bit element（嵌入 9 位陳法器） 30 個， PLL（鎖相環(huán)電路） 2個， Global Clocks（全局時鐘） 10 個。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。以下是外國學者對 FPGA優(yōu)點的總結(jié)： FPGA 具有高時鐘頻率、高處理速度、并行處理、代碼移植性好、 計 算 機 上 的LabVIEW 上位機程序 USB轉(zhuǎn) 485 STM32 SP3485 Micro SD FPGA SRAM VGA 圖 總體結(jié)構(gòu)框圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 7 頁 低成本、知識產(chǎn)權(quán)受保護等優(yōu)點 [4]。此外， FPGA 還有并行執(zhí)行的 特點，能避免屏幕抖動，顯示效果非常穩(wěn)定。 但是， VGA 接口的工業(yè)標準對接口物理層的各種信號時序做了嚴格的要求，對于普通的單片機，采用一般的 I/O 口模擬信號時序的方法在速度上是無法滿足VGA 接口的高速時序的要求的，而 FPGA 是一種可編程的硬件電路實現(xiàn)，具有高集成度、高速度、高可靠性的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)各種高速復雜的時序信號 [2]。其使用的 VGA（視頻圖形陣列）接口具有屏幕大、臨場感強 、可同時控制多個顯示器的優(yōu)點。但是，它的價格昂貴、功耗大，控制復雜，不符合節(jié)約成本、縮小體積的設計初衷。 廣場、汽車站、火車站和金融機構(gòu)等地，大多采用大型 LED 點陣顯示器。 在嵌入式領(lǐng)域較為常用的是 TFT 顯 示屏。 FPGA 顯示模塊：使用 FPGA 芯片讀取 SRAM、控制 RGB 電阻網(wǎng)絡將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成 0~ 的 RGB 電壓量，在 VGA 時序中準確插入 RGB 信號，將 SRAM 的內(nèi)容顯示到顯示器上。 STM32 的 SPI3 接口與 Micro SD 卡連接，實現(xiàn)將上位機發(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。 USB 轉(zhuǎn) 485 模塊：采用 1片 CH340G 芯片和 2片 MAX485 芯片實現(xiàn) USB 轉(zhuǎn) 4 線485 的功能。著重考慮降低成本和簡化設備的維護難度，最終采用 LabVIEW、 RS485 總線、 STM32 微處理器、 FPGA 等技術(shù)實現(xiàn) 小區(qū)信息發(fā)布 。而本設計將節(jié)約成本、縮小體積、簡化功能，實現(xiàn)文字和圖片的即時發(fā)布。 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)，由服務器通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS、 CDMA 等網(wǎng)絡控制多個多媒體終端；支持多種視音頻編碼標準和圖文格式，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。因此誕生了數(shù)字化信息發(fā)布系統(tǒng)。LabVIEW桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 3 頁 目 錄 引言 ...............................................................................