基于STM32的數碼相框和彩色畫板設計

徐文嫻，謝玉萍，師文慶

（廣東海洋大學電子與信息工程學院，廣東湛江 524088）

0 引言

在這個信息高速發展的時代，紙質的照片非常不方便保存，容易丟失，損壞，發黃，褪色。現在很少有人沖洗照片，膠卷時代已成為過去式，現如今人們更多是選擇將圖片存儲到SD卡中，再通過數碼相框讀取SD卡的圖片，將其顯示出來。這樣做既可以永久保存圖片，又可以獲得高清晰度的數碼照片。這種繪制圖片，循環播放，具備極高的視覺享受，讓生活充滿科技感。

通過了解各個硬件模塊的時序圖、TFT_LCD的液晶驅動代碼、電阻式觸摸屏代碼、[BMP/JPG/JPEG]圖片的解碼、基于SPI的SD驅動代碼、FATFS文件系統管理SD卡、功能模塊的切換，可實現彩色畫板和數碼相框兩個基本功能。

1 整體設計

1.1 設計路線

設計路線：顯示字符→觸屏功能→彩色畫板→存儲照片→讀SD卡→顯示圖片→設置幻燈片的播放時間。圖1所示為整體的系統設計圖，圖2為功能圖。

圖1 系統設計圖

圖2 功能圖

1.2 整體設計原理

用一個標志位flag來切換不同的功能。用EXTI外部中斷，得到flag的不同值。在主函數中，根據flag不同，執行不同的代碼。

（1）按鍵0：播放PICTURE目錄的圖片，以250ms的速度播放。觸摸LCD屏上部可向上翻頁，觸摸LCD屏下部可向下翻頁，觸摸LCD屏中部可暫停播放。圖3（a）所示為屏幕界面。

（2）按鍵1：彩色畫板，有RST(復位)，SAVE(保存，圖片名字為當前時間)，畫筆顏色(RED、YELLOW、BLUE、GREEN)。圖3（b）所示為彩色繪圖。

（3）按鍵2：播放PAINT目錄的圖片，其他功能如按鍵0。

圖3 屏幕顯示圖

2 部分電路介紹

2.1 TFT_LCD

該設計采用2.8寸TFT_LCD屏用于顯示和觸摸，圖4為TFT_LCD原理圖。該觸摸屏的分辨率為240*320，ILI9341液晶驅動，XPT2046觸摸驅動，3.3 V供電。

圖4 TFT_LCD原理圖

（1）TFT_LCD顯示

驅動：ILI9341-65K-color，RGB(5，6，5-bit)inputdata存儲顏色數據，自帶顯存。

畫點流程如圖5所示。讀點流程如圖6所示。

圖5 畫點流程圖

圖6 讀點流程圖

（2）TFT_LCD觸屏

電阻式觸摸屏基本原理：當手指觸摸屏幕時，兩層導電層間的電阻在觸摸點位置發生變化，在橫坐標和縱坐標方向上產生信號。控制器檢測到信號后，導電層接通橫軸方向的5Ⅴ均勻電壓場，另一導電層將接觸點的電壓進行A/D轉換，得到電壓值后與5Ⅴ相比即可得觸摸點的橫軸坐標，同理得出縱軸的坐標。

（3）AD轉換器XPT2046

電阻屏觸摸感應，輸出兩個方向的電壓。根據不同的電壓值來判斷觸摸的位置。需要特定的觸摸屏AD轉換芯片XPT2046，如圖7所示。

圖7 XPT2046原理圖

XPT2046是內含12位分辨率，4根導線，25 kHz轉換速率的A/D逐步逼近型轉換器。

2.2 SD卡

SD卡是一種新一代存儲器，被廣泛地應用于便攜式設置上，例如數碼相機和多媒體播放器等，如8所示。采用SPI訪問模式，其定義如圖9所示。

SD卡初始化流程如下：

（1）初始化SPI接口及相關IO。

（2）上電延時，發送＞74個SCK時鐘。

（3）卡復位(CMD0)，進入IDLE狀態。

（4）發送CMD8，檢查是否支持SD卡2.0協議。

（5）根據不同協議檢查SD卡（相關命令：CMD55、CMD41、CMD58和CMD1等）。

（6）取消片選，發多8個CLK，結束初始化。

圖8 SD卡原理圖

圖9 SPI模式定義

2.3 EXTI外部中斷

該設計EXTI外部中斷的作用為切換各個功能模塊，如圖10所示。

圖10 EXTI外部中斷

外部中斷流程如下：

（1）初始化IO口為輸入，開啟復用時鐘；

（2）設置IO口與中斷的映射關系；

（3）初始化線上中斷，設置觸發條件等；

（4）配置中斷分組，并使能中斷；

（5）編寫中斷服務。

3 軟件模塊

3.1 FATFS文件系統

FATFS是FAT文件系統模塊，圖11所示，可以用FAT32來管理大容量存儲器的讀寫操作，如SD卡、硬盤等。

圖11 FAT文件系統

（1）底層接口。底層存儲媒介讀/寫接口(SD卡)和給文件創建提供時間的實時時鐘RTC。

（2）中間層FATFS模塊。實現對FAT文件的讀/寫協議。

（3）最頂層是應用層。調用FATFS模塊提供的應用接口函數，如f_open，f_read，f_write和f_close等，這些接口可以讓直接讀/寫文件。

3.2 圖片解碼

（1）BMP圖片

BMP圖片采用位映射存儲格式，占用的空間很大，不采用任何壓縮，沒有失真。按從左到右、從下到上的順序掃描。

（2）JPG圖片

JPEG文件后輟名為”．Jpg”或”.jpeg”，同BMP格式不同，JPEG是一種有損壓格式，能夠將圖像壓縮在很小的儲存空間，容易造成圖像數據的損傷。JPEG/JPG解碼運用解碼庫：TjpgDec。

3.3 RTC實時時鐘

在該設計中，RTC實時時鐘的作用：在彩色畫板時，設置圖片名字。

RTC時鐘初始化流程如下：

（1）使能電源時鐘、允許訪問RTC；

（2）使能外部晶振、選擇RTC時鐘源為外部低速晶振(RCC_RTCCLKSource_LSE)；

（3）設置日期和時間；

（4）配置外部中斷控制線；

（5）使能外部中斷，設置中斷優先級；

（6）編寫rtc的中斷服務函數。

4 結語

該設計是基于TFT_LCD觸摸顯示屏做的數碼相框，搭載FATFS文件系統管理SD卡。可用于背景墻上，有彩色畫板，幻燈片瀏覽圖片功能。讓多媒體更加貼近我們的生活，感受數碼的感覺。

以后科技發展中，觸摸面板將會成為生活中不可缺少的家居，辦公用品。“桌面觸摸”將成為一大新亮點。人們即將走入“萬物觸摸時代”。