基于RT-Thread和STM32的數(shù)碼相框設(shè)計(jì)方案

1.引言

近年來，隨著數(shù)碼相機(jī)的普及，一種以數(shù)碼照片的保存、回放和瀏覽為核心功能的產(chǎn)品，數(shù)碼相框應(yīng)運(yùn)而生，它以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和美妙的欣賞效果倍受市場(chǎng)青睞。數(shù)碼相框采用傳統(tǒng)普通相框的外觀造型，把傳統(tǒng)普通相框的中間照片部分換成液晶顯示屏，配上電源，控制器，存儲(chǔ)介質(zhì)等部件，可以直接展示數(shù)碼照片。同時(shí)，數(shù)碼相框也可以在同一個(gè)相框內(nèi)循環(huán)展示不同照片，解決了需要使用電腦才能查看數(shù)碼相片的缺陷，給日益增多的數(shù)碼照片和喜好照片的人們提供一個(gè)更好的展示照片的平臺(tái)和空間。基于此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于RT-Thread和STM32的數(shù)碼相框。

本系統(tǒng)采用STM32為主控芯片，利用源代碼開放的嵌入式RT-Thread操作系統(tǒng)和人機(jī)交互界面μC/GUI共同建立的平臺(tái)設(shè)計(jì)了數(shù)碼相框系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了JPEG格式圖片在觸摸液晶屏上的瀏覽展示、USB主機(jī)讀取功能、SPIFLASH存儲(chǔ)等功能。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等部分組成。系統(tǒng)以嵌入式RT- Thread和嵌入式微控制器STM32為核心平臺(tái)，通過μC/GUI建立人機(jī)交互界面，利用USB主機(jī)讀取功能將圖片和字庫文件寫入外部SPI FLASH，利用文件系統(tǒng)讀取圖片文件，經(jīng)過圖片解碼算法處理，顯示在觸摸液晶屏上，通過觸摸完成對(duì)圖片的瀏覽功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32為主要硬件平臺(tái)，系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)硬件主要有電源模塊、STM32最小系統(tǒng)、JTAG下載調(diào)試接口、USB驅(qū)動(dòng)電路、SPI FLASH驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸LCD驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。

3.1電源模塊

本系統(tǒng)中微控制器及其外圍電路驅(qū)動(dòng)模塊需要3.3V電源，系統(tǒng)選用的電源電池為3.7V，需要通過穩(wěn)壓芯片提供3.3V電壓。

對(duì)于產(chǎn)生3.3V電壓，采用國家半導(dǎo)體公司的LM1117穩(wěn)壓芯片輸出3.3V，LM1117提供電流限制和熱保護(hù)。電路包含1個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在±1%以內(nèi)。

輸出端需要一個(gè)至少10uF的鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。LM1117穩(wěn)壓芯片輸出3.3V電路如圖3所示。

3.2 USB驅(qū)動(dòng)電路

STM32芯片內(nèi)部集成了USB外設(shè)，減輕了USB電路的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了USB接口電路以及ESD保護(hù)電路。

3.2.1 USB接口電路

在USB接口電路中將USB上拉電壓接到D+上，實(shí)現(xiàn)USB全速通訊，三極管為開關(guān)作用，當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)，PC開始枚舉USB存儲(chǔ)設(shè)備。USB的VCC引腳沒有接板上電源，通過PC機(jī)給USB設(shè)備供電。

3.2.2 ESD保護(hù)電路

采用意法半導(dǎo)體公司的USBLC6-2P6，該芯片使USB的D+/D-信號(hào)完全平衡，I/O接口到地線的匹配公差僅為0.04pF，完全在USB 2.0最大1pF的公差范圍內(nèi)。如果USB數(shù)據(jù)線路上發(fā)生ESD現(xiàn)象，芯片的ESD保護(hù)功能就會(huì)將電流引至地線，為了確保ESD保護(hù)的最高效能，數(shù)據(jù)線路采用軌對(duì)軌保護(hù)拓?fù)?，為了提高輸出功率，VCC線路采用鉗位保護(hù)結(jié)構(gòu)。USB驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路原理圖如圖4所示。

3.3 SPI FLASH驅(qū)動(dòng)電路

系統(tǒng)采用SPI串行閃存芯片W25Q64，該芯片具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)讀取速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠減少系統(tǒng)電路切換噪聲，降低系統(tǒng)功耗及開發(fā)成本。其應(yīng)用電路如圖5所示。

3.4 LCD觸摸驅(qū)動(dòng)電路

本系統(tǒng)的觸摸控制器選用TSC2046，TSC2046是四線電阻式觸摸屏控制器，其核心是一個(gè)具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)通過STM32的SPI接口驅(qū)動(dòng)TSC2046控制器，典型的驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。