基于ARM的图像显示系统设计优秀论文.docx
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基于ARM的图像显示系统设计优秀论文
摘要
随着社会经济的迅速发展，如今图片显示系统应用于各个领域中。
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。
图片显示系统主要由STM32芯片作为LCD彩色显示屏的主要核心控制器，通电后，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；把要显示的图片实现拷入内存卡里，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。
本系统是利用STM32开发板配合SD卡实现将已存入SD卡中的图片循环的显示在LCD彩色显示屏上。
关键词：
STM32;LCD液晶显示屏;图片显示
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芯片介绍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
3.2.4FAT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
1引言
随着嵌入式技术的迅猛发展，人机交互界面也越来越显示出它的重要性。
本次课程设计主要以TFTLCD的LCD显示模块，完整的实现了图片的循环显示。
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。
其英文全称为：
ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay。
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。
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。
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。
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。
典型的BMP图像文件由三部分组成：
位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。
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
针对要实现的功能，采用STM32开发板进行设计，它是一款迷你型的开发板，小巧而不小气，简约而不简单。
这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。
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。
具体要实现的目标如下：
1.更新内存卡，即图片可进行变换；
2.定时自动跳转下一幅图片；
3.可以通过按键快速跳到下一幅图片；
4.可以通过按键返回到上一幅图片；
5.初始状态显示本次课设的基本信息；
6.可对显示信息的汉字进行自定义；
2.3系统的结构框图
STM32
2.1系统结构框图
3详细设计
3.1硬件设计
3.1.1芯片介绍
STM32开发板主要采用STM32F103RBT6作为MCU，STM32F103的型号众多，我们选择这款的原因是看重其性价比，作为一款低端开发板，选择STM32F103RBT6是最佳的选择。
128KFLASH、20KSRAM、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…，这样的配置无论放到哪里都是很不错的了，更重要的是其价格，不到13元的批量价，足以秒杀很多其他芯片了，所以我们选择了它作为我们的主芯片。
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。
1、STM32的简单介绍
图3.1STM32原理图
选择STM32F103RBT6作为MCU，原因是其性价比高，128KFLASH、20KSRAM、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
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3.3TFTLCD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。
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3.5SD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。
解码是通过AI_LoadPicFile函数来实现的，在该函数里面，会先判断文件的类型，来调用不同的解码函数，解码JPEG由Decode实现，而解码BMP则由BmpDecode函数实现。
AI_LoadPicFile函数会将图片以合适的大小显示在液晶上（总是不会超过你给定的区域），对比输入尺寸大的图片，会自动压缩。
解码图片完成后返回解码是否成功的信息。
保存jpegdecode.c，并在工程中新建一个JPEG的组，把jpegdecode.c加入该组下。
SysInfoGet函数用于查找各种系统文件/文件夹以及自定义的文件/文件夹等。
3.2.1主函数部分
intmain（void）
{
u8i;u8key;
FileInfoStruct*FileInfo;
u16pic_cnt=0;u16index=0;u16time=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,"MiniSTM32"）;
LCD_ShowString（60,70,"FontERROR"）;
while
（1）;}
POINT_COLOR=BLACK;
Show_Str（60,50,"嵌入式课程设计",16,0）;
Show_Str（50,70,"张政张焱刘佳萍",16,0）;
Show_Str（60,90,"图片显示系统",16,0）;
Show_Str（60,110,"2015年7月9日",16,0）;
SD_Initialize（）;
while（FAT_Init（））
{Show_Str（60,130,"文件系统错误!
",16,0）;
i=SD_Initialize（）;
if（i）Show_Str（60,150,"SD卡错误!
",16,0）;
delay_ms（500）;
LCD_Fill（60,130,240,170,WHITE）;
delay_ms（500）;
LED0=!
LED0;}
while（SysInfoGet
（1））
{Show_Str（60,130,"图片文件夹未找到!
",16,0）;
delay_ms（500）;
FAT_Init（）;
SD_Initialize（）;
LED0=!
LED0;
LCD_Fill（60,130,240,170,WHITE）;
delay_ms（500）;}
Show_Str（60,130,"开始显示...",16,0）;
delay_ms（1000）;
Cur_Dir_Cluster=PICCLUSTER;
while
（1）
{pic_cnt=0;
Get_File_Info（Cur_Dir_Cluster,FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP,&pic_cnt）;
if（pic_cnt==0）
{LCD_Clear（WHITE）;
while
（1）
{if（time%2==0）Show_Str（32,150,"没有图片请先COPY图片到SD卡的
PICTURE文件夹，然后重启!
",16,0）;
elseLCD_Clear（WHITE）;
time++;delay_ms（300）;}}
FileInfo=&F_Info[0];index=1;
while
（1）
{Get_File_Info（Cur_Dir_Cluster,FileInfo,T_JPEG|T_JPG|T_BMP,&index）;
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;
elseif（key==2）
{if（index>1）index-=2;
elseindex=pic_cnt-1;
break;}
delay_ms
（1）;time++;
if（time%100==0）LED0=!
LED0;
if（time>3000）
{time=0;break;}}
index++;
if（index>pic_cnt）index=1;}}}
3.2.2硬件部分程序
voidKEY_Init（void）//键盘相应程序
{RCC->APB2ENR|=1<<2;
GPIOA->CRL&=0XFFFFFFF0;
GPIOA->CRL|=0X00000008;
GPIOA->CRH&=0X0F0FFFFF;
GPIOA->CRH|=0X80800000;
GPIOA->ODR|=1<<13;
GPIOA->ODR|=1<<15;}
u8KEY_Scan（void）
{staticu8key_up=1;
JTAG_Set（JTAG_SWD_DISABLE）;
if（key_up&&（KEY0==0||KEY1==0||KEY2==1））
{delay_ms（10）;key_up=0;
if（KEY0==0）
{JTAG_Set（SWD_ENABLE）;return1;}
elseif（KEY1==0）
{JTAG_Set（SWD_ENABLE）;return2;}
elseif（KEY2==1）
{JTAG_Set（SWD_ENABLE）;return3;}}
elseif（KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==0）key_up=1;
JTAG_Set（SWD_ENABLE）;return0;}
voidLED_Init（void）//led相应程序
{RCC->APB2ENR|=1<<2;
RCC->APB2ENR|=1<<5;
GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
GPIOA->CRH|=0X00000003;
GPIOA->ODR|=1<<8;
GPIOD->CRL&=0XFFFFF0FF;
GPIOD->CRL|=0X00000300;
GPIOD->ODR|=1<<2;}
voidSPIx_Init（void）//SD卡驱动程序
{RCC->APB2ENR|=1<<2;
RCC->APB2ENR|=1<<12;
GPIOA->CRL&=0X000FFFFF;
GPIOA->CRL|=0XBBB00000;
GPIOA->ODR|=0X7<<5;
SPI1->CR1|=0<<10;SPI1->CR1|=1<<9;
SPI1->CR1|=1<<8;SPI1->CR1|=1<<2;
SPI1->CR1|=0<<11;SPI1->CR1|=1<<1;
SPI1->CR1|=1<<0;SPI1->CR1|=7<<3;
SPI1->CR1|=0<<7;SPI1->CR1|=1<<6;
SPIx_ReadWriteByte（0xff）;}
voidSPIx_SetSpeed（u8SpeedSet）
{SPI1->CR1&=0XFFC7;
switch（SpeedSet）
{caseSPI_SPEED_2:
SPI1->CR1|=0<<3;break;
caseSPI_SPEED_4:
SPI1->CR1|=1<<3;break;
caseSPI_SPEED_8:
SPI1->CR1|=2<<3;break;
caseSPI_SPEED_16:
SPI1->CR1|=3<<3;break;
caseSPI_SPEED_256:
SPI1->CR1|=7<<3;break;}
SPI1->CR1|=1<<6;}
u8SPIx_ReadWriteByte（u8TxData）
{u8retry=0;
while（（SPI1->SR&1<<1）==0）
{retry++;if（retry>200）return0;}
SPI1->DR=TxData;retry=0;
while（（SPI1->SR&1<<0）==0）
{retry++;
if（retry>200）return0;}
returnSPI1->DR;}
3.2.3识别图片
FileInfoStruct*CurFile;//当前解码/操作的文件
voidAI_Drow_Init（void）
{floattemp,temp1;
temp=（float）PICINFO.S_Width/PICINFO.ImgWidth;
temp1=（float）PICINFO.S_Height/PICINFO.ImgHeight;
if（tempif（temp1>1）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
voidInitTable（void）
{shorti,j;sizei=sizej=0;
PICINFO.ImgWidth=PICINFO.ImgHeight=0;
rrun=vvalue=0;BitPos=0;CurByte=0;
IntervalFlag=FALSE;restart=0;
for（i=0;i<3;i++）//量化表
for（j=0;j<64;j++）qt_table[i][j]=0;
comp_num=0;HufTabIndex=0;}
//将解出的字按RGB形式存储
voidStoreBuffer（void）
{shorti=0,j=0;
unsignedcharR,G,B;
inty,u,v,rr,gg,bb;
u16color;u16realx=sizej;u16realy=0;
for（i=0;i{if（（sizei+i）{realy=PICINFO.Div_Fac*（sizei+i）/10000;
if（!
IsElementOk（realx,realy,0））continue;
for（j=0;j{if（（sizej+j）{realx=PICINFO.Div_Fac*（sizej+j）/10000;
if（!
IsElementOk（realx,realy,1））continue;
y=Y[i*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=（（y<<8）+18*u+367*v）>>8;
gg=（（y<<8）-159*u-220*v）>>8;
bb=（（y<<8）+411*u-29*v）>>8;
R=（unsignedchar）rr;
G=（unsignedchar）gg;
B=（unsignedchar）bb;
if（rr&0xffffff00）if（rr>255）R=255;elseif（rr<0）R=0;
if（gg&0xffffff00）if（gg>255）G=255;elseif（gg<0）G=0;
if（bb&0xffffff00）if（bb>255）B=255;elseif（bb<0）B=0;
color=R>>3;color=color<<6;color|=（G>>2）;
color=color<<5;color|=（B>>3）;
POINT_COLOR=color;
LCD_DrawPoint（realx+PICINFO.S_XOFF,realy+PICINFO.S_YOFF）;}
elsebreak;}}
elsebreak;}}
voidIQtIZzMCUComponent（shortflag）
{shortH,VV;shorti,j;
short*pQtZzMCUBuffer;short*pMCUBuffer;
switch（flag）{
case0:
H=SampRate_Y_H;
VV=SampRate_Y_V;
pMCUBuffer=MCUBuffer;
pQtZzMCUBuffer=QtZzMCUBuffer;break;
case1:
H=SampRate_U
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