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嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

2013-12-09 10:54
孤身万里游
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  作者:吴宇翔,李鑫,刘清

  本文介绍了一种基于RT-Thread和STM32的数码相框的设计方案。本方案中所设计的系统采用STM32为控制核心,RT-Thread作为嵌入式操作系统,通过μC/GUI绘制人机交互界面,并在μC/GUI中添加了中文汉字显示功能,利用SPI FLASH存放图片、字库文件,移植了文件系统FATFS用于读取文件信息,利用图片解码算法处理相关格式图片,通过触摸液晶屏实现对图片的浏览操作。本方案可实现JPEG格式图片的浏览,具有操作简单,便于携带,显示流畅等实用性的优点。

  1.引言

  近年来,随着数码相机的普及,一种以数码照片的保存、回放和浏览为核心功能的产品,数码相框应运而生,它以其独特的设计理念和美妙的欣赏效果倍受市场青睐。数码相框采用传统普通相框的外观造型,把传统普通相框的中间照片部分换成液晶显示屏,配上电源,控制器,存储介质等部件,可以直接展示数码照片。同时,数码相框也可以在同一个相框内循环展示不同照片,解决了需要使用电脑才能查看数码相片的缺陷,给日益增多的数码照片和喜好照片的人们提供一个更好的展示照片的平台和空间。基于此,本系统设计了基于RT-Thread和STM32的数码相框。

  本系统采用STM32为主控芯片,利用源代码开放的嵌入式RT-Thread操作系统和人机交互界面μC/GUI共同建立的平台设计了数码相框系统。系统主要实现了JPEG格式图片在触摸液晶屏上的浏览展示、USB主机读取功能、SPIFLASH存储等功能。

  2.系统总体设计

  本系统由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等部分组成。系统以嵌入式RT-Thread和嵌入式微控制器STM32为核心平台,通过μC/GUI建立人机交互界面,利用USB主机读取功能将图片和字库文件写入外部SPI FLASH,利用文件系统读取图片文件,经过图片解码算法处理,显示在触摸液晶屏上,通过触摸完成对图片的浏览功能。系统总体结构框图如图1所示。

嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

  3.系统硬件设计

  本系统以STM32为主要硬件平台,系统整体硬件结构图如图2所示。系统硬件主要有电源模块、STM32最小系统、JTAG下载调试接口、USB驱动电路、SPI FLASH驱动模块、触摸LCD驱动电路等部分组成。

嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

  3.1 电源模块

  本系统中微控制器及其外围电路驱动模块需要3.3V电源,系统选用的电源电池为3.7V,需要通过稳压芯片提供3.3V电压。

  对于产生3.3V电压,采用国家半导体公司的LM1117稳压芯片输出3.3V,LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。

  输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。LM1117稳压芯片输出3.3V电路如图3所示。

嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

  3.2 USB驱动电路

  STM32芯片内部集成了USB外设,减轻了USB电路的设计负担,本系统设计了USB接口电路以及ESD保护电路。

  3.2.1 USB接口电路

  在USB接口电路中将USB上拉电压接到D+上,实现USB全速通讯,三极管为开关作用,当开关开启时,PC开始枚举USB存储设备。USB的VCC引脚没有接板上电源,通过PC机给USB设备供电。

  3.2.2 ESD保护电路

  采用意法半导体公司的USBLC6-2P6,该芯片使USB的D+/D-信号完全平衡,I/O接口到地线的匹配公差仅为0.04pF,完全在USB 2.0最大1pF的公差范围内。如果USB数据线路上发生ESD现象,芯片的ESD保护功能就会将电流引至地线,为了确保ESD保护的最高效能,数据线路采用轨对轨保护拓扑,为了提高输出功率,VCC线路采用钳位保护结构。USB驱动保护电路原理图如图4所示。

嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

  3.3 SPI FLASH驱动电路

  系统采用SPI串行闪存芯片W25Q64,该芯片具有电路设计简单、数据读取速度快等优点,能够减少系统电路切换噪声,降低系统功耗及开发成本。其应用电路如图5所示。

嵌入式设计:以STM32为控制核心的数码相框设计方案

  3.4 LCD触摸驱动电路

  本系统的触摸控制器选用TSC2046,TSC2046是四线电阻式触摸屏控制器,其核心是一个具有采样和保持功能的12位逐次逼近式A/D转换器。本系统通过STM32的SPI接口驱动TSC2046控制器,典型的驱动电路如图6所示。

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