基于STM32的图像显示系统

沈阳理工大学课程设计报告 I 摘摘 要要 本文介绍了基于 STM32 的图片显示系统设计。现如今 LCD 显示屏的技术和产业都 取得了长足的发展，作为重要的现代信息发布媒体之一，LCD 显示屏在证券交易、金融、 交通、体育、广告等领域被广泛的应用。基于 STM32 的 LCD 显示可以更好的满足各种 需求，也更便于操作和实现。通电后，复位到初始化状态可显示本次课程设计题目及 成员等基本信息，可人为操作对显示信息的汉字进行自定义大小颜色及字体等等；把 要显示的图片考入内存卡里，更新内存卡，即图片可进行变换；自定义定时跳转下一 幅图片，也可以通过按键快速跳到下一幅图片，或返回上一张图片。利用 TFT-LCD 液 晶显示屏显示的图片清晰、分辨率高，显示图片的效果极好。 关键词： STM32; LCD 显示屏; 图片显示 沈阳理工大学课程设计报告 II 目 录 1 引言.1 2 总体设计.2 2.1 图片显示的基本原理.2 2.2 图片显示设计分析.2 2.3 系统的结构框图.3 3 详细设计.4 3.1 硬件设计.4 3.1.1 ALIENTEK MiniSTM32 开发板简介.4 3.1.2 功能简介.4 3.2 软件设计.7 3.2.1 主函数部分.8 3.2.2 硬件部分程序.9 3.2.3 识别图片.11 3.2.4 FAT 系统.14 3.2.5 程序流程图.15 4 实验结果及分析.16 4.1 硬件实验结果.16 4.2 结果分析.16 5 结论.17 参考文献.18 沈阳理工大学课程设计报告 1 1 引言 进入新世纪 LCD 显示屏的技术和产业都取得了长足的发展，作为重要的现代信息 发布媒体之一，LCD 显示屏在证券交易、金融、交通、体育、广告等领域被广泛的应用。 伴随社会信息化进程的推进，LCD 显示屏技术也在不断的推陈出新，应用领域愈加广阔。 基于 STM32 的 LCD 显示可以更好的满足各种需求，也更便于操作和实现。现基于 STM32 在液晶显示屏幕上显示文本及图形。 目前，显示技术和显示工业的发展迅速。显示技术是传递视觉的信息技术。液晶 显示器件 LCD 是当今最有发展前途的一种平板显示器件，它具有很多独到的优异特性。 它具有显示信息多、易于多彩化、体积小、重量轻、功耗低、寿命长、价格低、无辐 射、无污染、接口控制方便等优点。 BMP 是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式， 除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP 文件所占用的空间很大。 而且 JPEG 是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对 文件进行压缩，支持多种压缩级别。 沈阳理工大学课程设计报告 2 2 总体设计 2.1 图片显示的基本原理 BMP 是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格 式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP 文件所占用的空间很 大。BMP 文件的图像深度可选 lbit、4bit、8bit、16bit、24bit 及 32bit。BMP 文件存储 数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。 JPEG 是最常用的图像文件格式，由一个软件开发联合会组织制定，是一种有损压 缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失， 因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复 的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。但是 JPEG 压 缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同 时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图 像品质。 而且 JPEG 是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的 压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在 10：1 到 40：1 之间， 压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。当然也可以在图像质 量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG 格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留 较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持 24bit 真彩色，也普遍应 用于需要连续色调的图像。 2.2 图片显示设计分析 在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解， 又能便于添加各项功能。该程序将实现浏览PICTURE 文件夹下的所有图片及其名字， 配合SD卡能够实现顺序显示出每一副图片，并每隔3s左右切换一幅图片。 具体要实现的目标有：更新内存卡，即图片可进行变换；定时自动跳转下一幅图 片；可以通过按键快速跳到下一幅图片；可以通过按键返回到上一幅图片；初始状态 显示本次课设的基本信息；可对显示信息的汉字进行自定义。 沈阳理工大学课程设计报告 3 2.3 系统的结构框图 STM32 2.1 系统结构框图 存储图像 SD 卡 键盘按键 LED 提示灯 TFT LCD 沈阳理工大学课程设计报告 4 3 详细设计 3.1 硬件设计 3.1.1 ALIENTEK MiniSTM32 开发板简介 ALIENTEK MiniSTM32 开发板是一款迷你型的开发板，小巧而不小气，简约而不简 单。它的外观尺寸只有 8cm*10cm 大小，板子的设计充分考虑了成本与功能这两个矛盾 面，再结合实际使用的经验及 STM32 的特点，可有可无的选择性价比最高的留下，最 终确定了这样的设计。其资源丰富，设计灵活。 特点包括： 1）小巧。整个板子尺寸为 8cm*10cm*2cm。 2）灵活。板上除晶振外的所有的 IO 口全部引出，特别还有 GPIOA 和 GPIOB 的 IO 口是按顺序引出的，可以极大的方便大家扩展及使用，另外板载独特的一键下载 功能，避免了频繁设置 B0、B1 带来的麻烦，直接在电脑上一键下载。 3）资源丰富。板载十多种外设及接口，可以充分挖掘 STM32 的潜质。 4）质量过硬。沉金 PCB+全新优质元器件+定制全铜镀金排针/排座+ 电源 TVS 保护， 坚若磐石。 3.1.2 功能简介 开机的时候先检测 SD 卡是否存在，然后初始化 FAT 文件系统，在这之后开始查 找根目录下的 PICTURE 文件夹，如果找到则显示该文件夹下面的图片，循环显示，通 过按 KEY0 和 KEY1 可以快速浏览下一张和上一张。如果未找到图片文件夹/图片，则 提示错误。同样我们也是用 LED0 来指示程序正在运行。 所要用到的硬件资源如下： 1）STM32。 2）外部 LED0。 3）TFTLCD 液晶模块。 4）KEY0，KEY1。 5）SD 卡。 沈阳理工大学课程设计报告 5 1、 STM32 的简单介绍 图 3.1 STM32 原理图 选择 STM32F103RBT6 作为 MCU，原因是其性价比高，128K FLASH、20K SRAM、2 个 SPI、3 个串口、1 个 USB、1 个 CAN、2 个 12 位的 ADC、RTC、51 个可用 IO 脚，所以我们选择了它作为我们的主芯片。 2、 外部 LED0 图 3.2 外部 LED0 原理图 沈阳理工大学课程设计报告 6 其中 PWR 是系统电源指示灯，为蓝色。LED0 和 LED1 分别接在 PA8 和 PD2 上， PA8 还可以通过 TIM1 的通道 1 的 PWM 输出来控制 DS0 的亮度。 3、 TFTLCD 液晶模块 图 3.3 TFTLCD 液晶显示原理图 TFT_LCD 是一个通用的液晶模块接口。OLED 是一个给 OLED 显示模块供电的接口， 它和 TFT_LCD 拼接在一起。当使用 2.4/2.8的 LCD 时，我们接到 TFT_LCD 上就可 以了，而当我们使用 ALIENTEK 的 OLED 模块时，则接 OLED 排阵做电源，同时会连接 到 TFT_LCD 上的部分管脚，从而实现 OLED 与 MCU 的连接。 4、 按键 图 3.4 按键输入原理图 KEY0 和 KEY1 用作普通按键输入，分别连接在 PA13 和 PA15 上，他们都连接在了 JTAG 相关的引脚上（KEY0 还连接在 SWDIO 上） ，KEY0 和 KEY1 还和 PS/2 的 DAT 和 CLK 线共用，他们都通过 JTAG 的上拉电阻来提供上拉。 沈阳理工大学课程设计报告 7 WK_UP 按键连接到 PA0(STM32 的 WKUP 引脚)，它除了可以用作普通输入按键外， 还可以用作 STM32 的唤醒输入。这个按键是高电平触发的。 5、 SD 卡 图 3.5 SD 卡部分原理图 插入 SD 卡可以外扩大容量存储设备，可以用来记录数据。 SD 卡我们使用的是 SPI 模式通信，SD 卡的 SPI 接口连接到 STM32 的 SPI1 上， SD_CS 接在 PA3 上。 3.2 软件设计 图片显示系统需要有 STM32 开发板配合 SD 卡使用，因此其程序需要分为以下几 个文件夹，硬件组成文件 HARDWARE 系统文，可以用来显示汉字的 TEXT 文件，用 来识别图片的 JPEG 文件用来读取 SD 卡上的图片文件的 FAT 文件以及存放主程序文 件 USER 文件件，和 STM32 的系统文件 SYSFILE。 沈阳理工大学课程设计报告 8 3.2.1 主函数部分 int main(void) u8 i; u8 key; FileInfoStruct *FileInfo; u16 pic_cnt=0; u16 index=0; u16 time=0; Stm32_Clock_Init(9); delay_init(72); uart_init(72,9600); LCD_Init(); KEY_Init(); LED_Init(); SPI_Flash_Init(); if(Font_Init() POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(60,50,Mini STM32); LCD_ShowString(60,70,Font ERROR); while(1); while(SysInfoGet(1) FAT_Init(); SD_Initialize(); LED0=!LED0; LCD_Fill(60,130,240,170,WHITE); delay_ms(500); Cur_Dir_Cluster=PICCLUSTER; while(1) pic_cnt=0; Get_File_Info(Cur_Dir_Cluster, FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP, if(pic_cnt=0) LCD_Clear(WHITE); while(1) if(time%2=0) else LCD_Clear(WHITE); time+; delay_ms(300); 沈阳理工大学课程设计报告 9 FileInfo=. index=1; while(1) Get_File_Info(Cur_Dir_Cluster, FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP, LCD_Clear(WHITE); AI_LoadPicFile(FileInfo,0,0,240,320); POINT_COLOR=RED; Show_Str(0,0,FileInfo-F_Name,16,1); while(1) key=KEY_Scan(); if(key=1) break; else if(key=2) if(index1)index-=2; else index=pic_cnt-1; break; delay_ms(1); time+; if(time%100=0) LED0=!LED0; if(time3000) time=0; break; index+; if(indexpic_cnt) index=1; 3.2.2 硬件部分程序 void KEY_Init(void) / 键盘相应程序 RCC-APB2ENR|=1CRL|=0X; GPIOA-CRH GPIOA-CRH|=0X; GPIOA-ODR|=1ODR|=1APB2ENR|=1APB2ENR|=1CRH|=0X; GPIOA-ODR|=1CRL|=0X; GPIOD-ODR|=1APB2ENR|=1APB2ENR|=1CRL|=0XBBB00000; 沈阳理工大学课程设计报告 11 GPIOA-ODR|=0X7CR1|=0CR1|=1CR1|=1CR1|=1CR1|=0CR1|=1CR1|=1CR1|=7CR1|=0CR1|=1CR1|=0CR1|=1CR1|=2CR1|=3CR1|=7CR1|=1DR=TxData; retry=0; while(SPI1-SR return SPI1-DR; 3.2.3 识别图片 FileInfoStruct *CurFile; /当前解码/操作的文件 void AI_Drow_Init(void) float temp,temp1; 沈阳理工大学课程设计报告 12 temp = (float)PICINFO.S_Width/PICINFO.ImgWidth; temp1 = (float)PICINFO.S_Height/PICINFO.ImgHeight; if(temp1)temp1=1; /使图片处于所给区域的中间 PICINFO.S_XOFF+=(PICINFO.S_Width-temp1*PICINFO.ImgWidth)/2; PICINFO.S_YOFF+=(PICINFO.S_Height-temp1*PICINFO.ImgHeight)/2; temp1*=10000; /扩大 10000 倍 PICINFO.Div_Fac=temp1; PICINFO.staticx=500; PICINFO.staticy=500; /放到一个不可能的值上面 /初始化量化表，全部清零 void InitTable(void) short i,j; sizei=sizej=0; PICINFO.ImgWidth=PICINFO.ImgHeight=0; rrun=vvalue=0; BitPos=0; CurByte=0; IntervalFlag=FALSE; restart=0; for(i=0;i3;i+) /量化表 for(j=0;j64;j+) qt_tableij=0; comp_num=0; HufTabIndex=0; /将解出的字按 RGB 形式存储 void StoreBuffer(void) short i=0,j=0; unsigned char R,G,B; int y,u,v,rr,gg,bb; u16 color; u16 realx=sizej; u16 realy=0; for(i=0;iSampRate_Y_V*8;i+) if(sizei+i)PICINFO.ImgHeight) realy=PICINFO.Div_Fac*(sizei+i)/10000; if (!IsElementOk(realx,realy,0) continue; for (j=0;jSampRate_Y_H*8;j+) 沈阳理工大学课程设计报告 13 if(sizej+j)PICINFO.ImgWidth) realx=PICINFO.Div_Fac*(sizej+j)/10000; if (!IsElementOk(realx,realy,1) continue; y=Yi*8*SampRate_Y_H+j; u=U(i/V_YtoU)*8*SampRate_Y_H+j/H_YtoU; v=V(i/V_YtoV)*8*SampRate_Y_H+j/H_YtoV; rr=(y8; gg=(y8; bb=(y8; R=(unsigned char)rr; G=(unsigned char)gg; B=(unsigned char)bb; if (rr else if (rr255) G=255; else if (gg255) B=255; else if (bb3; color=color2); color=color3); POINT_COLOR=color; LCD_DrawPoint(realx+PICINFO.S_XOFF,realy+PICINFO.S_YOFF); else break; else break; void IQtIZzMCUComponent(short flag) short H,VV; short i,j; short *pQtZzMCUBuffer; short *pMCUBuffer; switch(flag) case 0: H=SampRate_Y_H; VV=SampRate_Y_V; pMCUBuffer=MCUBuffer; pQtZzMCUBuffer=QtZzMCUBuffer; break; case 1: H=SampRate_U_H; 沈阳理工大学课程设计报告 14 VV=SampRate_U_V; pMCUBuffer=MCUBuffer+Y_in_MCU*64; pQtZzMCUBuffer=QtZzMCUBuffer+Y_in_MCU*64; break; case 2: H=SampRate_V_H; VV=SampRate_V_V; pMCUBuffer = MCUBuffer + (Y_in_MCU+U_in_MCU)*64; pQtZzMCUBuffer = QtZzMCUBuffer + (Y_in_MCU+U_in_MCU)*64; break; for (i=0;iVV;i+) for (j=0;jH;j+) IQtIZzBlock(pMCUBuffer+(i*H+j)*64, pQtZzMCUBuffer+(i*H+j)*64,flag); 3.2.4 FAT 系统 DWORD FirstDirClust; DWORD FirstDataSector; WORD BytesPerSector; DWORD FATsectors; WORD SectorsPerClust; DWORD FirstFATSector; DWORD FirstDirSector; fat32 DWORD RootDirSectors; DWORD RootDirCount; BYTE FAT32_Enable; DWORD Cur_Dir_Cluster; FAT_TABLE FAT_TAB; FileInfoStruct F_Info3; u8 fat_buffer512; u8 LongNameBufferMAX_LONG_NAME_SIZE;BOOL LongNameFlag = 0; const unsigned char *filetype23= MP1,MP2,MP3,MP4,M4A,3GP,3G2,OGG,ACC,WMA,WAV, MID,FLA, LRC,TXT,C ,H , ,FON,SYS,BMP,JPG,JPE ; 沈阳理工大学课程设计报告 15 3.2.5 程序流程图 Y N 系统初始化 插入 SD 卡 结束 否读取数据 在 LCD 上显 示图片及信息 跳到上一幅或 下一幅图片 3s 后自动跳 转到下一幅 有键按下？ 开始 图 3.6 程序流程图 沈阳理工大学课程设计报告 16 4 实验结果及分析 4.1 硬件实验结果 图 4.1 初始化显示屏 图 4.2 显示图片 4.2 结果分析 接通电源后，正确的读取 SD 卡信息后，LCD 液晶显示屏上显示实验题目及制作成 员等基本信息。随后自动跳转到图片显示模式。不对实验板进行操作时，每 3 秒会跳 转到下一张图片，显示图片及相应的图片信息，由于图片的大小及像素不同，刷新显 示的速度也有所不同，图片显示完毕后会伴随 LED 小灯闪烁。 当按下 WK_UP 键，可显 示上一张图片；按下 key1 键，显示下一张图片。按下 key0 可对 SD 卡进行更新。图片 设定为循环演