EFD图像数据传输系统设计论文.doc

EFD图像数据传输系统设计论文 在此计以STM32系列处理器作为控制器，利用uCGUI进行图形界面设计，利用循环移位算法将黑白图像定制成符合TFT?EFD显示的数据格式，实现了静态EFD图像的通信，可以根据实际要求传输不同静态EFD图像，后期如果需要可以升级成传输数据流来支持动态显示。 1设计原理 本设计采用的单色TFT?EFD显示屏的分辨率是320240，行线连接着晶体管的栅极，控制着晶体管的打开与关闭，列线连接着晶体管的源极，控制着数据的传输，整体的结构如图1所示。 图1EPDPanel 基于EFD的图像显示经历了图像采集，图像传输，图像显示等步骤。EFD目前只支持黑白图像显示，因此图像采集利用Processing软件对图片进行一次加工，转换成黑白图像。数据生成之后需要进行传输，传递给微控制器进行处理，这时需要对数据进行二次加工，变成满足TFTEFD显示屏驱动芯片要求的格式，之后通过DMA方式传递给外部的SRAM。FPGA读取SRAM的数据，根据相应的时序控制驱动芯片输出数据，从而实现图像显示。如果控制好时序，能在1s内刷新25帧以上，那么就可以实现图像的动态显示。 数据的传输是整个过程的中间阶段，需要进行不断的测试来找到最优的传输数据时序，构造出相对完善的波形序列来实现动态显示。因此搭建数据传输系统来显示不同的图像，测试其显示效果，对于实现稳定的动态显示有积极的作用。本设计利用uCGUI构造图形控制界面，可以传输不同的EFD图像数据给SRAM，FPGA读取其中的数据就可以进行图像显示，并且系统界面简单直观，操作起来也相对简便。 2系统设计 2.1硬件设计 利用STM32F103ZET6微处理器作为主控芯片，SD卡作为存储设备，SRAM作为转换数据的输送目的地，TFT?LCD用作显示与触摸控制，各个硬件相互配合构建起一个完整的数据传输系统。系统框图如图2所示。 图2系统结构 显示模块采用2.8寸ALIENTEKTFTLCD模块，利用ILI9320控制器作为驱动芯片进行驱动。ILI9320液晶控制器自带显存，其显存总大小为172820b(2403201818)。并且ALIENTEKTFTLCD模块自带电阻式触摸屏，可以实现触控的功能。ALIENTEKTFTLCD模块自带的触摸屏控制芯片为XPT2046，内部含有12位分辨率125kHz转换速率逐步逼近型A/D转换器，是一款4导线制触摸屏控制器。 由于数据量比较大，将大量数据储存在SD卡中1，SD卡的配置使用SPI驱动，最高通信速度可达18Mb/s，每秒可传输数据2MB以上，可以满足一般的应用需求。SRAM采用的是IS62WV51216芯片，存储容量为1MB，采用STM32的FSMC接口对其进行配置。FSMC是灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器、16位PC存储器卡接口，STM32的FSMC接口支持包括SRAM，NANDFLASH，NORFLASH等存储器。本设计使用FSMC的BANK1区域3来控制IS62WV51216芯片。 2.2软件设计 FATFS文件系统：FATFS是一个完全开源的FAT文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它用标准C语言编写，一般只需要修改2个文件，即ffconf.h和diskio.c，之后进行简单配置就可以移植到单片机上，进而可以对SD卡和FLASH进行文件的读、写操作。 uCGUI移植：uCGUI是一种小型化的嵌入式图形界面接口，该接口独立于处理器和LCD控制器种类，对系统的要求很低2。它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器和LCD控制器的图形用户接口3，它适用单任务或是多任务系统环境，并且在任意LCD控制器和CPU下进行任何尺寸的真实显示或虚拟显示。 本设计依靠uCGUI进行界面设计，设计比较直观的按键和列表来控制图像传输和图像显示。使用uCGUI也需要做移植的工作，移植的工作包括显示屏和触摸屏两个部分。 显示屏：首先，TFT?LCD显示屏的底层驱动函数需要事先写好，保证单线程程序中正常显示。 其次，向工程中加入uCGUI程序包。 再次，根据自己的显示屏规格配置LcdConf.hGuiConf.h GuiTouchConf.h文件 最后，修改LcdDriver使uCGUI与你的LCD驱动相互关联。 触摸屏：若要在uCGUI中使用触摸屏，则必须将GUI_SUPPORT_TOUCH(Config目录下GUIConf.h中定义的宏)设置为14。同时要编写底层的触摸屏源驱动函数，对gui_TouchConf.h文件中进行配置，然后在GUI_X_Touch.c文件中进行函数的改动。 具体的移植过程可以参考uCGUI使用手册，这里不再赘述。 数据转换算法?循环移位：显示屏里每一个像素格里有一滴彩色油墨，油墨在加电时会收缩，在不加电时会平铺。下极板是一层反光隔膜，里边每一个像素格里有一个TFT晶体管作为电压开关，上极板是玻璃板，当在上下极板间加入适当电压，像素格里的油墨就会打开，用光照射就显示出明亮状态，当不加电时就会平铺显示出的是油墨的颜色。EFD?Panel的微观结构如图3所示。 图3EPDPanel微结构 由于EFD是国内新型显示技术，有着自身的图像数据格式，需要定制符合其显示格式的数据来实现图像显示。控制油墨打开与关闭的芯片要求一个像素格有两位进行控制，即“01”代表打开，“10”代表关闭，因此需要对原始图像数据进行二次加工来满足要求。EPDPanel的规格是320240，即240行，320列，由于驱动芯片的数据输出位数是8位，因此先定义一个字符型的二维数组data24080，然后利用内存管理单元开辟相应的区域来存放最终数据。利用FATFS模块的f_read函数从文本文档里读取数据，根据文档中每一个数据的内容是1还是0，分别对二维数组内的元素进行0x01或0x02的赋值操作，如果移位次数没有达到4次则进行左移两位操作，否则读取下一个数据重新进行判断。这样每4个数据构成二维数组里的一个元素值。接下来的工作就是判断列数与行数是否小于预先设定数值，如果列数超出设定值，则行数加1，从新的一行开始读取数据，如果行数超出设定值，则循环结束，所有数据均被转换完。 算法流程图如图4所示。 图4图像转换算法 在Keil集成开发环境下利用C语言编写数据格式转换代码，实现图像转换的重要代码片段如下： if(*(num+)=1) if(x%4=0)&(x!=0)j+; dataij|=0x01; if(x!=(3+4*j)dataij=2; else if(x=320|x=321)continue; if(x%4=0)&(x!=0)j+; dataij|=0x02; if(x!=(3+4*j)dataij=2; 界面设计部分：进行完所有的移植工作之后，就可以进行界面的设计，具体的界面程序流程图如图5所示。 图5主程序流程图 整个系统分成了3个界面，界面之间可以实现相互的切换。第一个界面是进入界面，第二个界面是控制界面，第三个界面是数据列表界面。具体实现方法是建立了非模态对话框，以第一个界面为例，其对话框建立代码为：GUI_CreateDialogBox(_aDialogCreate1，GUI_COUNTOF(_aDialogCreate1)， &_cbCallback1，0，0，0); 构造的ENTER按键用来控制界面的交换。第二个界面构造了三个按键来实现不同的控制，包括BeginButton，ExitButton，ListButton，利用扫描方式来检测按键的触摸，从而执行不同的功能函数，代码片段如下： switch(GUI_GetKey() caseGUI_ID_BUTTON0：datacopy(col);/控制数据传送 break; caseGUI_ID_BUTTON1：LED0=1;/界面转换标志置位 break; caseGUI_ID_BUTTON2：GUI_Clear(); BUTTON_Delete(hButton0); BUTTON_Delete(hButton1); BUTTON_Delete(hButton2); GUI_CreateDialogBox(ImagelistDialog，GUI_COUNTOF(ImagelistDialog)，&listCallBack，0，0，0);/界面转换 break; default：break; 第三个界面是图像名称的列表