吴彤，刘嘉新
（东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040）
摘要：随着人们现代生活水平的日益提高，数码相框已经成为人们存放读取照片的首选工具，它不仅综合了多种功能并且方便实用，使其得到了越来越多人的青睐。该设计采用的是基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6微控制器，以GUI为用户控制界面，利用SD卡进行存储，通过FAT文件系统进行SD卡中的文件读取功能，系统移植成功后加入应用程序实现VS1003播放歌曲以及TFT液晶显示图片的功能。由于采用TFT-LCD触控屏设计，使得整个系统实现了良好的人机交换，不仅符合现代的科技发展，并且适应当代人的生活习惯。
关键词：数码相框；ARM Cortex-M3；单片机；TFT液晶
中图分类号：TP202 文章编号：1006 - 2394( 2016) 03 - 0015 - 04
0 引言
我国于2006年打开数码相框的销售、使用的市场，直到现在才逐渐呈现出较快速度的发展趋势。数码相框由于其方便、实用的特点在广大图片播放器产品中脱颖而出，成为消费者的可选家电产品之一。数码相框是使用液晶屏LCD查看照片并具有一些辅助装饰功能的设备，一般具有照片浏览、选择、放大、缩小等功能，同时可播放音乐，也可以对图像进行简单加工。本文选用的STM32是基于Cortex-M3的ARM系列处理器，速度快，能满足图片显示的需求，也可以外接高分辨率LCD图像显示图片；具有触摸屏接口，实现对图片的触摸选择；同时使用SPI接口外接触摸屏和VS1003模块实现音频播放功能。
1硬件设计
本系统硬件共有4个主要模块：微控制器STM32F103ZET6控制模块、TFT-LCD触控模块、音频解码模块VS1003、存储模块SD卡。系统硬件总体框架如图1所示。
1.1 电源模块
本系统可使用开发板电源选择跳线支持外部SV电源供电、USB供电或是由ULINK2 ARM仿真器提供的5V电源供电，其电路图如图2所示。
(1)5 V DC电源适配器连接到J3，电源选择跳线JP4插到1-2处，选择外部SV电源供电。
(2)把USB电缆连接到USB口J4，电源选择跳线JP4插到2-3处，选择USB 5 V电源供电。
(3)把ULINK2 ARM仿真器连接到J5口处，在ULINK COMMANDER中输入Power on perm即可由ULINK2输出SV电源提供给开发板供电。
1.2 TFT液晶及触摸屏模块
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crstal Displayorrvr_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像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。本设计采用的TFT的控制器ID为8989，显示面积为3.2英寸，320×240点阵。要正常使用TFT-LCD．需要初始化一系列寄存器，如显示时钟、扫描方式等。TFT-LCD采用16位并口数据总线，可以把TFT-LCD看成是类似于SRAM的存储器，其硬件电路如图3所示。
使用PG12连接到TFT-LCD的片选CS，FSMC总线地址连接到TFT的数据引脚RS，TFT的读使能引脚RD连接到FSMC的PD4，写使能引脚WR连接到FSMC的PD5，TFT的16位并口数据引脚分别与FMSC的DO~D15相连。
1.3 SD卡读取模块
SDIO即安全数字输入／输出卡，是在SD标准上定义的一种外设接口。SD卡即是一种基于半导体快闪记忆器的记忆设备，它被广泛地使用于便携式装置上，例如数码相机、手机和多媒体播放器等。
本设计所采用的红牛STM32F103ZET开发板自带SD卡接口，使用SPI接口，最大通信速度可达18 M bit/s,传输数据可达2 MB yte/s，其硬件电路图如图4所示。
1.4 VS1003音频模块
VS1003的芯片内部包含一个高性能的低功耗DSP处理器核，还有一个工作数据存储器。VS1003通过一个串行接口接收比特流，能解码MPEG1和MPEG2音频层Ⅲ、WMA、WAV文件，VS1003具有SPI接口，UART可用于调试。
本设计使用STM32内部接口SPI与VS1003进行通信。数据流的传输方向是从VS1003传输给STM32：已连接到STM32内部接口SPI的主输出从输入(MO-SI)信号线。
2软件设计
本系统在软件设计上包括两个部分：用户界面的设计和各功能模块的设计。软件设计平台使用K eil MDK4，软件设计流程如图5所示。
2.1用户界面的设计
μC/GUI是μC/OS-II的图形界面，用于为使用LCD的应用提供一个有效的、不依赖于处理器和LCD控制器的图形用户接口，工作于单任务或多任务的系统环境下。
它的设计是模块化的，由在不同模块中的不同的层组成。典型的μC/GUI框架图如图6所示。
2.1.1绘制位图
基本函数：GUI_ DrawBitmap，绘制位图即在当前屏幕的指定位置绘制一幅图片。
函数原型：void GUI_DrawBitmap( const GUI_BIT-MAP*Pbm．int x．int y)；其参数如表1所示。
位图数据被定义为像素×像素，其最高有效位定义为第一个像素，图片数据以第一个字节的MSB作为起始，可以在任意一点用户区显示。
2.1.2μC/GUI视窗管理器
视窗管理器是一个独立的项目，位于子目录“GUI\WM”下，窗口外形是矩形，由它们的原点（左上角的X和Y坐标）及它们的X和Y尺寸所定义。
基本函数：WM_CreateWindow()
函数原型：WM_HWIN WM_ CreateWindow(int x0,nt yO,int width,int height,U8 Style,WM_CALLBACK*cb,int NumExtraBytes);
各参数含义见表2。
2.2 FATFS文件目录
文件系统，指的是整个系统用于管理在狭义上存储的数据，特别是指在FAT文件系统上的数据格式的存储。常用的文件系统有FAT12/16/32等，FAT16可以管理2G的空间，而FAT32能管理到2TB的空间。FAT32较FAT16的优势在于FAT32采用了更小的簇，可以更有效地保存信息，而不会造成多的浪费。因此本文中使用了FAT32作为文件系统。
在FATFS的API函数，例程中用到的全局变量定义如下：
2.3 图片浏览模块设计
图片浏览功能的实现在BMP图像中不需要做额外的数据处理，可以把读取的BMP属性的文件数据直接送给TFT显示驱动即可实现相应的功能，而在处理
PG格式的图片时需要进行函数解码。其软件流程图如图7所示。
2.4音频播放模块设计
要让VS1003实现音乐播放，首先要实现对芯片的写命令功能，然后通过写命令对VS1003进行初始化操作；完成以上步骤之后，将音频数据送人控制器中，即实现对音乐的播放功能。
在完成VS1003初始化之后就可以对其写入MP3文件数据，该过程主要看DREQ信号，在VS1003的FIFO能够接收数据的时候输出高电平，每次可以写入32个字节的数据；当DREQ变为低电平时，则停止数据的发送。写数据的具体方法是先将XDCS电平拉低，等待DREQ变为高电平时通过SPI写人数据；当所有的数据都发送完后，需要发送2048无效字节以清除VS1003中的数据缓冲区；最后将XDCS置高电平，写数据过程完毕。
3测试
在软件调试时，采用分步渐进的测试方法。系统用到了多个中断，在设计过程中遇到过中断嵌套而无法退出的问题，因而需要设定中断优先级，其中触摸屏引脚中断优先级最高。
程序设计中，遇到电阻屏触摸抖动不准确和双击的问题，这时需要利用延迟测量法进行解决，测量完后再次延迟300 ms后打开笔中断，即可改善该问题。
经过调试后，系统的主要功能运行效果如图8所示。
4结论
本设计采用STM32F103ZET6与TFT液晶触摸触屏、VS1003结合的方案，在实现了基本的数码相框的基础上增添了MP3播放器的功能。STM32F103ZET6具有丰富的硬件外设，在使用过程中有丰富的资料，简单实用的同时节约了设计成本，VS1003提供优秀的音乐处理能力，能够保障高品质的音质。在显示控制方面，本设计采用当前流行的TFT触摸彩屏，使本系统具有更好的人机交换体验。
