【正文】 基于 STM32的數(shù)碼相框系統(tǒng)設計與實現(xiàn)（軟件） 摘 要 本設計是一款基于嵌入式硬件平臺的數(shù)碼相框，主控芯片為基于 ARM CortexM3 內核的 STM32系列嵌入式處理器，本設計包含主控制器核心板、 LCD 液晶顯示、 SD 卡存儲器等多個功能模塊。實現(xiàn)對 SD卡里多幅圖片以幻燈片形式在 TFT屏上動態(tài)顯示的效果，且?guī)в袑崟r時鐘的功能。 Digital Photo Frame。嵌入式系統(tǒng)用在一些專用設備上，通常這些設備的硬件資源 (如處理器、存儲器等 )非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高。像我們平常常見到的手機、 PDA、電子字典、可視電話、 VCD／ DVD／ MP3播放器、數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機、 UDisk、機頂盒、高清電視、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數(shù)控設備、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī) 療儀器、航天航空設備等 都是典型的嵌入式產(chǎn)品。數(shù)碼相框的基本原理就是采用普通相框的造型，把原來相框中間的照片部分換成液晶顯示屏，配上電源，存儲介質等，使得同一個相框內可以循環(huán)播放照片，比普通照片的單一顯示功能更有優(yōu)勢。在 2020年，數(shù)碼相框市場呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢，本課題的研究具有極高的潛在市場價值。因此，進行基于 STM32平臺的數(shù)碼相框系統(tǒng)的設計具有重要的理論意義和實用價值。隨著主要器件價格的下降，數(shù)碼相框的價格也逐步下降，市場在 2020年開始有了起色，尤其在 2020年，數(shù)碼相框產(chǎn)品開始在歐美熱銷，但出貨量也只有 150萬臺左右，到了 2020年的出貨量同比上漲 133％，為 280萬 臺， 2020年的出貨量同比上漲 185％，為 800萬臺，預計到 2020年出貨量將達到 4000萬臺。預計 2020 年， 9英寸產(chǎn)品的供貨比例將持續(xù)保持首位，而平均銷售單價將以每年 ％左右的速度降低。 2020年底 Philips率先將數(shù)碼相框在中國推廣，在禮品市場上取得了一些成績，但由于銷售價格較高，約為 2050 元 /臺，這一年中國數(shù)碼相框的銷售量僅有 。直到2020年下半年，業(yè)界才感到這個一直處于培育期的市場，開始了真正的起飛。 從 IT廠商來看，僅 2020年下半年以來，就有惠普、三星、優(yōu)派、 AOC、明基、柯達、長城等眾多新軍加入數(shù)碼相框陣營。除新軍外，數(shù)碼相框老牌勁旅的出貨量表現(xiàn)也令業(yè)界振奮，如飛利浦 2020 年數(shù)碼相框出貨量達到 50萬臺，而 2020年上半年出貨量已達去年總和， 2020 年全年出貨量達 150 萬臺。中華映管、群創(chuàng)等廠商均顯著調高了配套數(shù)碼相框產(chǎn)品的中尺寸面 板的出貨量目標， 2020年出貨量達 1000萬臺，預計 2020 年更將倍增至 2020萬臺。 數(shù)碼相框 的 發(fā)展趨勢 從長遠來看， 2020年及今后幾年將為處在數(shù)碼相框產(chǎn)品供應鏈的各企業(yè)帶來巨大的商機。但數(shù)碼相框拓展中國市場需克服兩大難點：一是 價格；二是拓展應用空間。 從技術上來說，未來數(shù)碼相框的發(fā)展將向兩極分化。此外，觸摸面板會成為一個應用的新亮點。 1 數(shù)碼相框： 這將是以數(shù)字照片的重顯為主要功能的產(chǎn)品，其功能更接近于傳統(tǒng)意義上的相框。Host以便于更新和同步數(shù)據(jù)。 3） 僅依靠內置的半導體存儲器存放需要重顯的數(shù)字照片。 5） 產(chǎn)品大致分為桌面和壁掛兩種。 2） 支持 USB Deviceamp。 3） 強大的文件管理功能：瀏覽，搜尋，命名 (重命名 )，復制，刪除，備份等。 本課題設計主要研 究內容 本課題是基于 ARM 單片機 STM32F103RBT6 的存儲程序控制，從 SD 卡讀取圖片 ,解碼后輸出到TFTLCD上顯示，同時通過按鍵可以切換到時間模式。 第二章 硬件介紹 嵌入式系統(tǒng)概況 嵌入式系統(tǒng)的定義 雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風靡起來的，但其歷史可追溯到 20世紀 70年代。毫不夸張的說，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無所不在，所以 研究 和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。不過，上述定義并不能充分體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)的精髓。 廣義地講，凡是不用于通用目的的可編程計算機設備，就可以算是嵌入式計算機系統(tǒng)。 總的來說，嵌入式系統(tǒng)是一個外延極廣的概念，凡是與產(chǎn)品結合在一起的、具有嵌入式系統(tǒng)特點的系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。正因為與具體應用的緊密結合，嵌入式系統(tǒng)才具有很強的專用性。 嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需要對硬件和軟件進行裁剪，以滿足應用系統(tǒng)對功 能、可靠 性、成本、體積和功耗的要求。嵌入式硬件由嵌入式微處理器、片內周邊電路和外部設備三部分組成。典型的嵌入式微處理器有 Motorola 公司的 Power PC 系列、 Intel 公司的Strong Arm 系列、 AMD公司的 X86 系列以及 EPSON 公司的 SIC33 系列等。 ①嵌入式處理器 嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元，其功能和性能影響著整個系統(tǒng)的功能、性能和設計。 嵌入式處理器的種類繁多、數(shù)量龐大。嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點 ，因此得到了廣泛應用。 嵌入式處理器可以分為四類，即 嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit， EMPU)，如 ARM 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit， MCU) 嵌入式 DSP處理器 (Embedded Digital Signal Processor,EDSP) 嵌入式片上系統(tǒng) (System On Chip) ②嵌入式外圍設備 這里所 說的嵌入式外圍設備，指在一個嵌入式硬件系統(tǒng)中，．除了中心控制部件 (MCU， DSP,EMPU，SOC)以外的完成存儲、通信、保護、調試、顯示等輔助功能的其他部件。其中，因為 FLASH可以擦寫多次，存儲速度快，容量大，價格便宜在嵌入式領域應用廣泛。 顯示類型 ： CRT， LCD和觸摸屏等外圍設備。比如， ENEA 公司的 OSE分布式系統(tǒng)，內核只有 5KB，而 Windows 的內核則要大得多。另外，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結合。 ④高實時性的操作系統(tǒng)軟件是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固化存儲，以提高速度 ，軟件代碼要求高質量和高可靠性。嵌入式系統(tǒng)的應用程序可以沒有操作系統(tǒng)而直接在芯片上運行，但為了更合理的調度多任務，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。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境。 數(shù)碼相框模塊 MCU主控模塊 STM32 系列閃存微控制器是意法半導體公司（ ST）基于 ARM 公司具有突破性的 CortexM3 內核的處理器，該處理器是專門設計于滿足集高性能、低功耗、實時應用、具有競爭性 價格于一體的嵌入式領域的要求。 圖 21 STM32F103RBT6 處理器 STM32F103RBT6嵌入式處理器具有以下特點： 32位 RISC性能處理器； 32位 ARM CortexM3結構優(yōu)化； 72 MHZ運行頻率，單周期訪問時速度可達 DMIPS/MHz； 硬件除法和單周期乘法； 快速可嵌套中斷， 6~12個時鐘周期； 具有 MPU保護設定訪問規(guī)則 ； 片內具有 256KB FLASH， 48KB RAM； 80個快速 I/O端口， 16個 I/O可映射到外部中斷，幾乎所有的 I/O可以忍受 5V電壓； 片上集成 12Bit A/D、 D/A、 PWM、 CAN、 USB、 SDIO、 FSMC等資源； ARM CortexM3 是一種基于 ARM7v 架構的最新 ARM 嵌入式內核，它采用哈佛結構，使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線 (馮諾伊曼結構下，數(shù)據(jù)和指令共用一條總線 )。根據(jù)摩爾定理，復雜性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加卻極具價值。與內核集成在一起的是一些系統(tǒng)外設，如中斷控制器、總線矩陣、調試功能模塊，而這些外設通常都是由芯片制造商增加的。 CortexM3這樣設計的優(yōu)勢在于： 免去 Thumb和 ARM代碼的互相切換，對于早期的處理器來說，這種狀態(tài)切換會降低性 能。 Thumb2指令集允許用戶在 C代碼層面維護和修改應用程序， C代碼部分非常 易于重用。 綜合以上這些優(yōu)勢，新產(chǎn)品的開發(fā)將更易于實現(xiàn)，上市時間也大為縮短。 LCD模塊 Thin Film Transistor(薄膜場效應晶體管 )，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。 TFT屏幕的優(yōu)點如下： 大面積 。 高集成度 。分辨率為 SXGA（ 1280 1024）的 TFT陣列非晶體硅的膜厚只有 50nm，以及 TAB ON GLASS和 SYSTEM ON GLASS技術，其 IC的集成度，對設備和供應技術的要求，技術難度都超過傳統(tǒng)的 LSI。 TFT最早作為矩陣選址電路改善了液晶的光閥特性。 TFTLCD 是人類歷史上第一種在顯示質量上超過 CRT 的平板顯示器。 低成本 。 工藝靈活 。不僅可以制作硅膜，也可以制作 其他的Ⅱ Ⅵ族和Ⅲ Ⅴ族半導體薄膜。以 TFT 技術為基礎的液晶平板顯示器是信息社會的支柱產(chǎn)業(yè)，技術 可應用到正在迅速成長中的薄膜晶體管有機電致發(fā)光 (TFTOLED)平板顯示器也在迅速的成長中。因此，本系統(tǒng)選用 TFTLCD屏（如圖 22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，可對屏幕進行觸摸操作，更顯智能化和個性化 。 圖 22 英寸 TFTLCD 模塊 該模塊的 80 并口有如下一些信號線： CS： TFTLCD片選信號。 RD：從 TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。 RST：硬復位 TFTLCD。 TFTLCD模塊的 RST 信號線是直接接到 STM32 的復位腳上，并不由軟件控制， 這樣可以省下來一個 I/O 口。所以我們總共需要的 I/O 口數(shù)目為 21個。模塊的 16位數(shù)據(jù)線與顯寸的對應關系為565方式，如下圖所示： 圖 23 16 位數(shù)據(jù)與顯存對應關系圖 最低 5位代表藍色，中間 6位為 綠色，最高 5 位為紅色。接下來介紹一下 ILI9320的幾個重要命令，因為