基于STM32单片机的数码相框显示系统设计

王波

摘要：介绍了基于STM32单片机的数码相框显示系统的设计。针对传统的相册，不能动态实现图片的展示。将基于嵌入式技术的Cortex-M3内核单片机STM32引入控制系统，通过单片机控制图片的读取并控制实现图片在触摸屏上的动态展示，具有极高的实用价值。

关键词：STM32单片机；数码相框；系统设计；图片

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0241-02

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。数字摄影的兴起不可避免地引起了数码相框的发展，因为仅有不到35%的数码照片被打印出来。数码相框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。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。

1 硬件设计

该数码相框以基于Cortex-M3内核的单片机STM32F103VET6为核心，外围电路包括一个TFT液晶屏，一个SD卡插座，以及2个按键，电源供电由5V直流，通过ASM1117-3.3芯片转换为单片机所需的3.3V。

基于Cortex-M3内核的单片机STM32F103VET6的存储程序控制，从SD卡读取图片，解码后输出到TFT-LCD上显示，同时通过按键可以切换到时间模式。

1.1电源电路设计

电源电路采用的ASM1117-3.3V电压转换芯片，将5V直流输入直接转换为3.3V。具体电路图如下。

1.2 SD卡电路设计

Micro SD卡是一种极细小的快闪存储器卡，它被广泛地应用于便携式装置上，例如数码相机、个人数码助理（PDA）和多媒体播放器等。本次我们采用Micro SD卡作为存储介质。Micro SD卡支持两种可选的通信协议，分别为SD模式和SPI模式，MCU可以选择以上任意一种模式同Micro SD卡通信，Micro SD卡模式允许4线的高速数据传输，SPI模式允许简单的通过SPI接口来和Micro SD卡通信，这种模式同SD卡模式相比就是丧失了速度。本次硬件电路板使用的是SD卡模式来读写SD卡。

1.3液晶显示电路设计

Thin Film Transistor（薄膜场效应晶体管），是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）是多数液晶显示器的一种。

本设计采用4.3 寸屏，分辨率 480X X 272，64K色，数据接口16位，背光驱动采用白光驱动器提供背光用的横流源，使背光更加均匀，背光明暗控制采用TTL电平或者PWM模式控制。屏上带电阻式触摸屏，模块板上带SPI 控制方式的触摸屏控制电路。具体电路如下。

1.4单片机控制电路

STM32系列闪存微控制器是意法半导体公司（ST）基于ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核的处理器，该处理器是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。此次设计采用的具体型号是STM32F103VET6，具体电路如下图所示。

2 软件设计

本设计需要用到FAT（FAT16/32）文件系统来读取SD 卡上的字库和UNICODE到GBK的转换码表到W25X16部分，因此要重点介绍FAT文件系统。FAT文件系统本身比较复杂，所以这里只简单介绍一下。

常用的文件系统有FAT12/16/32等，FAT12是最古老的文件系统，只能管理8M左右的空间，现在基本淘汰了。FAT16则可以管理2G的空间（通过特殊处理也能管理2G以上的空间），而FAT32则能管理到2TB（2048GB）的空间。FAT32较FAT16的优势还在于FAT32采用了更小的簇，可以更有效的保存信息，而不会造成较多的浪费。

单片机在上电复位后首先会进行各个模块的初始化，将系统时钟配置为72MHz，对Micro SD卡和TFT液晶显示器的状态进行初始化，然后开始图片显示。软件流程图如下。

在初始化成功后调用FAT32文件系统计算Micro SD卡的总存储容量并查询到符合解码的文件个数，在液晶屏上显示出文件名、文件个数以及Micro SD卡的总存储容量，之后进行正常的图片显示，在外部8MHz晶振作用下每张图片的刷新时间大概是2秒，每两张图片直接间隔1秒，之后循环显示。

3 小结

本设计从硬件和软件两方面介绍了基于STM32的数码相框的制作。硬件上解决了STM32单片机与Micro SD卡和TFT液晶的连接，软件方面主要解决了Micro SD的读取、FAT32文件系统的应用、TFT液晶屏的驱动以及图片格式的解码，本设计还有不足以及需要改进的地方，将在以后的工作中进行改进。

参考文献：

[1] 薛莲，张国权.基于AVR单片机的数码相框设计[J].信息通信，2013.

[2] 韩英.一种基于BMP图片的显示方法[J].仪表技术，2011（2）：61-62.