电子相册.docx

目录摘要3引言3第一章系统概述5第二章硬件设计62.1 SD卡62.2 TFT-LCD72.3 FATFS文件系统9第三章软件设计103.1实现的功能103.2SD卡的子程序123.3LCD的子程序123.4图片解码的子程序13第四章心得体会14附录15摘要摘要: 基于STM32F407 的电子相框系统读取 SD 卡中的图像文件通过 LCD 屏幕将其显示。系统主要由 SD 驱动、LCD 驱动和功能控制模块组成。SD 驱动主要由 SD 接口驱动程序、FAT 文件操作程序组成; LCD 驱动主要由 LCD 屏驱动芯片的驱动程序和图片显示程序组成; 功能控制模块包括了系统初始化，驱动程序调用等功能，功能控制模块是系统的主模块。在介绍了文件系统与图像操作的基础上逐步说明了整个系统的实现。文件系统支持 FAT16 /32，图像系统支持 BMP 等多种文件格式。整个系统的 设计以模块化为基础。 关键词: STM32F407; 电子相册; SD; LCD; FAT引言嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的 IT 应用领域之一。 嵌入式系统用在一些专用设备上， 通常这些设备的硬件资源(如处理器、 存储器等) 非常有限， 并且对成本很敏感， 有时对实时响应要求很高。 特别是随着消费家电的智能化， 嵌入式更显重要。 像我们平常常见到的手机、 PDA、 电子字典、 可视电话、 VCD/ DVD/ MP3 播放器、 数码相机、 数字摄像机、 U-Disk、 机顶盒、 高清电视、游戏机、 智能玩具、 交换机、 路由器、 数控设备、 汽车电子、 家电控制系统、 医疗仪器、 航天航空设备等都是典型的嵌入式产品。 数字摄影的兴起不可避免地引起了电子相册的发展， 因为仅有不到 35%的数码照片被打印出来。电子相册的基本原理就是采用普通相框的造型， 把原来相框中间的照片部分换成液晶显示屏， 配上电源， 存储介质等， 使得同一个相框内可以循环播放照片， 比普通照片的单一显示功能更有优势。从 2007 年开始， 数码相框的市场关注度开始激增。 在 2008 年， 电子相册市场呈现高速发展的态势，本课题的研究具有极高的潜在市场价值。 此外， 本设计属于数字影音娱乐产品， 需要较为强劲的处理器进行图像解码的工作， 而 STM32 具有超低的价格、 超多的外设、 丰富的型号、 优异的实时性能、 杰出的功耗控制和极低的开发成本等特点。 因此， 进行基于 STM32 平台的数码相框系统的设计具有重要的理论意义和实用价值。从产品形态上来说， 电子相册的市场将会有非常明确的细分。 1 电子相册: 这将是以数字照片的重显为主要功能的产品， 其功能更接近于传统意义上的相框。 由于人机界面的限制， 为了 更方便的重显和浏览以及确定重显的规则， 这类产品并不强调有大容量的内存以及丰富的存储卡接口， 这类产品的主要特征是: 1) 支持 USB Device&Host 以便于更新和同步数据。 2) 在某些情况下(如从 PC 端通过相框的 USB Device 同步数据) ， 允许修改数字照片的格式使得有最佳的重显效果。 3) 仅依靠内置的半导体存储器存放需要重显的数字照片。 4) 文件(照片) 查询和播放规则设定非常简洁易用。 5) 产品大致分为桌面和壁挂两种。 2 数码相册: 这是以数字照片的存储和浏览为主要功能的产品， 由于需要满足跟 PC 相类似功能， 所以这类产品的主要特征是: 1) 有大容量的内置数据存储器。 2) 支持 USB Device&Host 及各种存储卡接口， 并支持内部存储器与各种数据存储器之间的同步以及相互拷贝。 3) 强大的文件管理功能: 浏览， 搜寻， 命名(重命名) ， 复制， 删除， 备份等。 4) 带或不带内建显示单元， 有能支持其它高分辨率显示设备的接口(如色差， VGA 甚至是 HDMI) 。第一章 系统概述此次电子相册的设计已STM32系列的CortexM4内核的处理器，以STM32F407ZG为主控芯片，硬件电路包括主控芯片、LCD、SD三大模块。此方案的优势在于：（1） 成本低，系统结构简单，设计方便。STM32系列由意大利的SGS微电子公司和法国的Thomson半导体公司合并而成而研发的芯片，具有高性能的“CortexM4”的内核，既具有图像和视频的解码、处理能力，又具有丰富的接口资源。可方便的进行电子相册系统的设计。（2） 系统具有较高的灵活性和适应性。开机的时候先检测字库，然后检测SD 卡是否存在，如果SD 卡存在， 则开始查找SD 卡根目录下的PICTURE 文件夹，如果找到则显示该文件夹下面的图片文件（支持bmp、jpg 、jpeg 或gif 格式），循环显示，通过按KEY0 和KEY2 可以快速浏览下一张和上一张，KEY_UP 按键用于暂停/继续播放，DS1 用于指示当前是否处于暂停状态。如果未找到PICTURE 文件夹/任何图片文件，则提示错误。同样我们也是用DS0 来指示程序正在运行。 所要用到的硬件资源如下： 1）指示灯DS0 和DS1 2 ）KEY0 、KEY2 和KEY_UP 三个按键 3 ）串口 4 ）TFTLCD 模块 5 ）SD 卡 6 ）SPI FLASH系统框图如下：SPI FLASH按键STM32F407ZGLCDSD卡第二章 硬件设计2.1 SD卡STM32F4 的SDIO 控制器支持多媒体卡（MMC 卡）、SD 存储卡、SD I/O 卡和CE-ATA 设备等。SDIO 的主要功能如下： 与多媒体卡系统规格书版本4.2 全兼容。支持三种不同的数据总线模式：1 位(默认)、4 位和8 位。 与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容(向前兼容)。 与SD 存储卡规格版本2.0 全兼容。 与SD I/O 卡规格版本2.0 全兼容：支持良种不同的数据总线模式：1 位(默认)和4 位。 完全支持CE-ATA 功能(与CE-ATA 数字协议版本1.1 全兼容)。 8 位总线模式下数据传输速率可达48MHz（分频器旁路时）。 数据和命令输出使能信号，用于控制外部双向驱动器。 STM32F4 的SDIO 控制器包含2 个部分：SDIO 适配器模块和APB2 总线接口，其功能框图如图所示：SDIO控制器功能框图复位后默认情况下SDIO_D0用于数据传输。初始化后主机可以改变数据总线的宽度（通过ACMD6 命令设置）。 如果一个多媒体卡接到了总线上，则 SDIO_D0、SDIO_D3:0或 SDIO_D7:0可以用于数据传输。MMC 版本V3.31 和之前版本的协议只支持1 位数据线，所以只能用SDIO_D0（为了通用性考虑，在程序里面我们只要检测到是MMC 卡就设置为1 位总线数据）。 如果一个 S的或 SDI/O 卡接到了总线上，可以通过主机配置数据传输使用 SDIO_D0 或SDIO_D3:0 。所有的数据线都工作在推挽模式。 SDIO_CMD 有两种操作模式： 1. 用于初始化时的开路模式(仅用于MMC 版本V3.31 或之前版本) 2. 用于命令传输的推挽模式(SD/SD I/O 卡和MMC V4.2 在初始化时也使用推挽驱动)2.2 TFT-LCDTFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display 。TFT-LCD 与无源TN-LCD 、STN-LCD 的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT ），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶显示器。该模块的80 并口有如下一些信号线： CS ：TFTLCD 片选信号。 WR ：向TFTLCD 写入数据。 RD ：从TFTLCD 读取数据。 D15 ：0 ：16 位双向数据线。 RST ：硬复位TFTLCD 。 RS ：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。ILI9341是液晶控制器，其显存总大小为172800 （240*320*18/8 ），即18 位模式（26万色）下的显存量。在16位模式下，ILI9341 采用RGB565 格式存储颜色数据，此时ILI9341的18位数据线与MCU 的16 位数据线以及LCD GRAM 的对应关系如图下图所示：16 位数据与显存对应关系图2.3 FATFS文件系统FATFS是一个完全免费开源的FAT文件系统模块，专门为小型的嵌入式系统而设计。它完全用标准C语言编写，所以具有良好的硬件平台独立性，可以移植到8051、PIC 、AVR 、SH、Z80 、H8、ARM 等系列单片机上而只需做简单的修改。它支持FATl2、FATl6和FAT32，支持 多个存储媒介；有独立的缓冲区，可以对多个文件进行读写，并特别对8 位单片机和16位单片机做了优化。 FATFS 的特点有： Windows 兼容的FAT 文件系统（支持FAT12/FAT16/FAT32 ） 与平台无关，移植简单 代码量少、效率高 多种配置选项 支持多卷（物理驱动器或分区，最多10个卷） 多个ANSI/OEM 代码页包括DBCS 支持长文件名、ANSI/OEM 或Unicode 支持RTOS 支持多种扇区大小 只读、最小化的API 和I/O 缓冲区等FATFS 的这些特点，加上免费、开源的原则，使得FATFS 应用非常广泛。FATFS 模块的层次结构如图所示：FATFS层次结构图第三章 软件设计3.1实现的功能：开机的时候先检测字库，然后检测SD 卡是否存在，如果SD 卡存在， 则开始查找SD 卡根目录下的PICTURE 文件夹，如果找到则显示该文件夹下面的图片文件（支持bmp、jpg 、jpeg 或gif 格式），循环显示，通过按KEY0 和KEY2 可以快速浏览下一张和上一张，KEY_UP 按键用于暂停/继续播放，DS1 用于指示当前是否处于暂停状态。如果未找到PICTURE 文件夹/任何图片文件，则提示错误。同样我们也是用DS0 来指示程序正在运行。整个系统的工作流程图如下所示：关机重启显示上一张暂停或播放显示下一张picture文件夹存在SD存在存在图片显示图片KEY0按下KEY2按下KEY-UP按下延时3S开始 否 是 是 否 是 否 是 否 是 是 否 是 否 是 否程序流程图3.2SD卡的子程序：检测是否有插入SD卡，进而对SD进行卡初始化。按照总程序的需求调用SD卡的读取程序对SD卡内的图片进行读取。流程图如下所示：3.3LCD的子程序LCD显示程序的主要作用是驱动LCD模块将图片数据发送至ILI9341芯片中驱动LCD，从而实现图片显示功能。流程图如下所示：3.4图片解码的子程序bmp 、jpg/jpeg 和gif 图片的显示，根据输入文件的后缀名，判断文件格式然后交给相应的解码程序（bmp 解码/jpeg 解码/gif 解码），执行解码，完成图片显示。流程图如下所示：开始BMPBMP解码 YES NOJPEG解码JPEG YES NOGIFGIF解码 YES报错 NO第四章 心得体会这次制作加强了软件编程和硬件调试的实战能力，提高了项目开发水平。有关于C语言的使用进一步熟悉，认识了工程的代码量和培养了做工程的代码习惯。认识了STM32的部分开发技巧和技能，给予了我关于学习开发的知识。由于此次主要是利用库函数进行开发的，因此大量的工作在于程序的移植，也参考了很多该方面的书籍。任然在移植过程中遇到了许多问题，和同学之间的交流成为了解决这一问题的良方。但是以后的道路还有很长，还有足够多的东西需要学习，来加强自己对于程序的理解和应用。实物图如下所示： 附录#include sys.h#include delay.h#include usart.h#include led.h#include lcd.h#include key.h #include sram.h #include malloc.h #include usmart.h #include sdio_sdcard.h #include malloc.h #include w25qxx.h #include ff.h #include exfuns.h #include fontupd.h#include text.h#include piclib.h#include string.h#include math.hu16 pic_get_tnum(u8 *path) u8 res;u16 rval=0; DIR tdir; /临时目录FILINFO tfileinfo;/临时文件信息u8 *fn; res=f_opendir(&tdir,(const TCHAR*)path); /打开目录 tfileinfo.lfsize=_MAX_LFN*2+1;/长文件名最大长度tfileinfo.lfname=mymalloc(SRAMIN,tfileinfo.lfsize);/为长文件缓存区分配内存if(res=FR_OK&tfileinfo.lfname!=NULL)while(1)/查询总的有效文件数 res=f_readdir(&tdir,&tfileinfo); /读取目录下的一个文件 if(res!=FR_OK|tfileinfo.fname0=0)break;/错误了/到末尾了,退出 fn=(u8*)(*tfileinfo.lfname?tfileinfo.lfname:tfileinfo.fname); res=f_typetell(fn);if(res&0XF0)=0X50)/取高四位,看看是不是图片文件rval+;/有效文件数增加1 return rval;int main(void) u8 res; DIR picdir; /图片目录FILINFO picfileinfo;/文件信息u8 *fn; /长文件名u8 *pname;/带路径的文件名u16 totpicnum; /图片文件总数u16 curindex;/图片当前索引u8 key;/键值u8 pause=0;/暂停标记u8 t;u16 temp;u16 *picindextbl;/图片索引表 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);/设置系统中断优先级分组2delay_init(168); /初始化延时函数uart_init(115200);/初始化串口波特率为115200LED_Init();/初始化LED usmart_dev.init(84);/初始化USMART LCD_Init();/LCD初始化 KEY_Init();/按键初始化 W25QXX_Init();/初始化W25Q128my_mem_init(SRAMIN);/初始化内部内存池 my_mem_init(SRAMCCM);/初始化CCM内存池 exfuns_init();/为fatfs相关变量申请内存 f_mount(fs0,0:,1); /挂载SD卡 f_mount(fs1,1:,1); /挂载FLASH.POINT_COLOR=RED; while(font_init() /检查字库 LCD_ShowString(30,50,200,16,16,Font Error!);delay_ms(200); LCD_Fill(30,50,240,66,WHITE);/清除显示 delay_ms(200); Show_Str(30,70,200,16,图片显示程序,16,0); Show_Str(30,90,200,16,KEY0:NEXT KEY1:PREV,16,0); Show_Str(30,110,200,16,WK_UP:PAUSE,16,0); while(f_opendir(&picdir,0:/PICTURE)/打开图片文件夹 Show_Str(30,170,240,16,PICTURE文件夹错误!,16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(30,170,240,186,WHITE);/清除显示 delay_ms(200); totpicnum=pic_get_tnum(0:/PICTURE); /得到总有效文件数 while(totpicnum=NULL)/图片文件为0 Show_Str(30,170,240,16,没有图片文件!,16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(30,170,240,186,WHITE);/清除显示 delay_ms(200); picfileinfo.lfsize=_MAX_LFN*2+1;/长文件名最大长度picfileinfo.lfname=mymalloc(SRAMIN,picfileinfo.lfsize);/为长文件缓存区分配内存 pname=mymalloc(SRAMIN,picfileinfo.lfsize);/为带路径的文件名分配内存 picindextbl=mymalloc(SRAMIN,2*totpicnum);/申请2*totpicnum个字节的内存,用于存放图片索引 while(picfileinfo.lfname=NULL|pname=NULL|picindextbl=NULL)/内存分配出错 Show_Str(30,170,240,16,内存分配失败!,16,0);delay_ms(200); LCD_Fill(30,170,240,186,WHITE);/清除显示 delay_ms(200); /记录索引 res=f_opendir(&picdir,0:/PICTURE); /打开目录if(res=FR_OK)curindex=0;/当前索引为0while(1)/全部查询一遍temp=picdir.index;/记录当前index res=f_readdir(&picdir,&picfileinfo); /读取目录下的一个文件 if(res!=FR_OK|picfileinfo.fname0=0)break;/错误了/到末尾了,退出 fn=(u8*)(*picfileinfo.lfname?picfileinfo.lfname:picfileinfo.fname); res=f_typetell(fn);if(res&0XF0)=0X50)/取高四位,看看是不是图片文件picindextblcurindex=temp;/记录索引curindex+; Show_Str(30,170,240,16,开始显示.,16,0); delay_ms(1500);piclib_init();/初始化画图 curindex=0;/从0开始显示 res=f_opendir(&picdir,(const TCHAR*)0:/PICTURE); /打开目录while(res=FR_OK)/打开成功dir_sdi(&picd