基于ARM的数码相框设计任务+开题+综述+设计.docx

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基于ARM的数码相框设计任务+开题+综述+设计

任务书

电子信息工程

基于ARM的数码相框设计

一、主要内容和基本要求

本课题是需要设计一个数码相框，能够实现电子相册的功能，并且有时间等信息显示。

本系统总体指标及功能要求如下：

（1）采用ARM作为主控芯片；

（2）从SD卡里读取图片并在TFT液晶上进行显示；

（3）实现多种模式的相片显示；

（4）能够显示当前时间，环境温度等信息；

（5）原理图的绘制和PCB的制作。

本设计要求完成系统的软硬件部分并且能够进行实物作品演示。

二、进度安排

毕业设计期限：

自2010年10月8日至2011年4月22日。

第一阶段（4周）：

分析任务，搜集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（6周）：

设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。

第三阶段（2周）：

设计作品完善，论文修改。

三、推荐文献资料

[1]李晗.基于LinuxNFS的Web数码相框设计[J].电子技术与应用.2010.6:

27-28.

[2]刘艳霞、李淑芬.基于蓝牙通信的电子相框设计[J].微计算机信息，2008,24（30）:

114-115.

[3]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：

人民邮电出版社，2008.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]朱振涛,王成儒,崔冬.S3C2410与TFT2LCD接口设计[J].电子测量技　术.2006，29（6）:

192-204.

[6]张恒傅丰林.ARM9芯片EP9315驱动TFT_LCD的研究[J].电子科技.2007,5:

4-7.

[7]JouLD,BergerSA.Numericalsimulationoftheflowinthecarotidbifurcation[J].TheoreticalandComputationalFluidDynamics,1998（10）:

239-248.

开题报告

电子信息工程

基于ARM的数码相框设计

一、课题研究意义及现状

随着数码相机、扫描仪的普及，家庭中的数码照片不断增加，数码相框也变的越来越流行,它具备以下优点:

⒈欣赏方便：

传统的相册在多人欣赏时只好轮流进行，而数码相框可以很多人同时欣赏。

　　⒉交互性强：

可以像VCD点歌一样，将相册做成不同的标题，比如说：

1我的童年，2我的大学生活。

这样可以在遥控器上按下“1”键就播放你童年的照片，“2”键播放你大学时代的照片，根据你的照片具体内容可以细分，比如说增加“我的朋友”、“大约在冬季”等等。

　　⒊储存量大：

一张SD卡可储存几千张照片；

　　⒋永久保存：

SD卡存储介质寿命长达上百年；

⒌欣赏性强：

以高科技专业视频处理技术处理照片，并配上多种附加功能，永久保存、轻巧方便、时尚新潮！

数码相框具有传统相框无法比拟的优越性：

图、文、声、像并茂的表现手法，随意修改编辑的功能，快速的检索方式，永不褪色的恒久保存特性，以及廉价复制分发的优越手段。

二、课题研究的主要内容和预期目标

本课题是需要设计一个数码相框，能够实现电子相册的功能，并且有时间等信息显示。

本系统总体指标及功能要求如下：

（1）采用ARM作为主控芯片；

（2）从SD卡里读取图片并在TFT液晶上进行显示；

（3）实现多种模式的相片显示；

（4）能够显示当前时间，环境温度等信息；

（5）原理图的绘制和PCB的制作。

本设计要求完成系统的软硬件部分并且能够进行实物作品演示。

三、课题研究的方法及措施

本专业为工科类专业，实践与理论结合，通过实验的方式研究是此课题的主要方法。

利用单片机，PC等设计并调试，测试硬件电路实际效果，以及软件硬件的综合调试效果。

研究措施主要是模型设计和设计报告。

设计中涉及到两个方面：

硬件和软件。

在硬件方面主要是电路的布局及布线以及外部框架结构与内部硬件的兼容，想要获得性能优良的硬件必须要兼顾各个方面。

电路设计方面（电路原理图设计），AltiumDesigner为主流软件，在设计中线路的交叉和重叠需要极其注意，结合实际情况，用最简单、高效的方式实现。

硬件方面外部机械结构的合理布局及机械结构与电路板的合理放置将很大程度上影响设计的难度和精度，设计时应在宏观的角度整体把握布局，兼顾各个部分的设计，这个环节需要多次检查，修改，以避免给今后的设计带来不必要的麻烦。

本次设计主要是用到了ARM主控芯片,液晶和SD卡。

在软件方面，主要在IAR或Keil集成开发环境下编写。

收集大量的开源代码进行参考,程序通过C语言进行调试，按照先分后总的方式在调节单功能程序成功后，再实现整体化程序综合处理。

设计报告是对设计的一个介绍和总结。

各种文献为我们的设计提供理论上的技术支持，硬件方面通过AltiumDesigner软件设计电路，集成开发环境下编程，最后以实物模型进行展示。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：

自2010年10月8日至2011年4月22日。

第一阶段（5周）：

分析任务，搜集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第1周：

分析任务，搜集资料。

第2，3周：

完成对系统整体结构的设计及各模块的区分。

第4,5周：

完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（5周）：

设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。

第1周：

完成芯片选型,电路设计。

第2，3周：

实现硬件电路的设计制作。

第4周：

完成软件部分的设计制作。

第5周：

将软件与硬件相结合，实现联合调试。

第三阶段（2周）：

设计作品完善，论文修改。

第1，2周：

完成外壳设计，完善论文。

五、参考文献

[1]李晗.基于LinuxNFS的Web数码相框设计[J].电子技术与应用.2010.6:

27-28.

[2]刘艳霞、李淑芬.基于蓝牙通信的电子相框设计[J].微计算机信息，2008,24（30）:

114-115.

[3]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：

人民邮电出版社，2008.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]朱振涛,王成儒,崔冬.S3C2410与TFT2LCD接口设计[J].电子测量技　术.2006，29（6）:

192-204.

[6]张恒傅丰林.ARM9芯片EP9315驱动TFT_LCD的研究[J].电子科技.2007,5:

4-7.

[7]陈溯基于ARM平台的数码相框软件开发[M].人民邮电出版社.2008年12月

[8]王伟能吴烁宇陈弟虎魏爱香,基于S3C2410和Qt_Embedded的数码相框设计[J],嵌入式系统应用,200906-2-0081-03

[9]田野张浩,UCOS_II操作系统在数码相框中的应用,自动化技术与应用[J]2010年第29卷第8期

[10]JouLD,BergerSA.Numericalsimulationoftheflowinthecarotidbifurcation[J].TheoreticalandComputationalFluidDynamics,1998（10）:

239-248.

毕业论文文献综述

电子信息工程

基于ARM的数码相框设计

摘要：

本文综述数码相框的各种方案、对比选择，熟悉和掌握了根据使用场合、具体指标选择合适的方案。

关键词：

ARM；数码相框；FAT16文件系统；SD卡；TFT液晶

引言

随着数码相机、扫描仪的普及，家庭中的数码照片不断增加，数码相框也变的越来越流行,它具有传统相框无法比拟的优越性，随意修改编辑的功能，快速的检索方式，永不褪色的恒久保存特性，以及廉价复制分发的优越手段。

本文以此为出发点，进行数码框软硬件的开发研究工作。

作为一款嵌入式产品，核心部件CPU采用了性能价格比、性能功耗比都很高的ARMv7架构处理器之中的一款----STMicroelectronicsSTM32，采用Cortex-M3内核，最高主频达72MHz，显示器采用了带触摸面板的24位真彩色TFT液晶。

软件方面，STMicroelectronics为开发者提供了先进的固件库，大大减小了开发难度，加快了开发速度。

同时Micrium为开发者提供了移植好的µC/OS嵌入式操作系统，以及适用于SD卡的文件系统µC/FS，极大的方便了开发者.针对界面设计和图片显示，Micrium还提供了µC/GUI，软件开发工作几乎就是模块的合并，配置和调试。

[1]

1、数码相框硬件平台结构

本数码相框采用的主处理芯片是著名的ST公司生产的STM32F103芯片。

STM32F103基于ARMv7架构,使开发者可以低成本设计复杂、低功耗和高度集成的SoC解决方案。

它是特别针对创新性消费电子产品开发的。

可专门针对嵌入式系统设计研发的。

1.1主芯片整体结构

ARM32位的Cortex™-M3CPU

最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz（Dhrystone2.1）

单周期乘法和硬件除法

从256K至512K字节的闪存程序存储器

高达64K字节的SRAM

带4个片选的静态存储器控制器。

支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器

并行LCD接口，兼容8080/6800模式

多达2个I2C接口（支持SMBus/PMBus）

多达5个USART接口（支持ISO7816，LIN，IrDA接口和调制解调控制）

多达3个SPI接口（18M位/秒），2个可复用为I2S接口

CAN接口（2.0B主动）

USB2.0全速接口

SDIO接口[2]

1.2硬件仿真器及相关软件

硬件仿真器采用ARMJTAG型硬件仿真器。

具有多用途JTAG接口，支持ARM内核全部芯片、支持Keil、IAR等IDE调试仿真。

开发环境使用的是IAREWARM，安装调试使用Windows7操作系统。

1.3数码相框解决方案系统框图

由于这里设计目标是实现多功能的数码相框，故在设计方案中需要考虑以下几个方面的实现：

（1）图片显示：

需要支持标准和非标准的JPEG、JIF、BMP等式，图片可自动浏览、旋转和缩放。

（2）通信：

需要支持USB2.0Slave

（3）文件系统：

支持FAT16/32、EXT2、EXT3等格式

（4）时间、温湿度显示等

如图1为系统解决方案框图

DS3231M

SHT10

Keyboard

图1系统解决方案框图

1.4SD卡接口电路

本设计采用了SD卡接口电路来实现数据和外界的交换，SDCard（SecureDigitalCard）由松下、东芝和SanDisk共同开发研制，SD卡有9个引脚，安全性很高。

SD卡共支持三种传输模式：

SPI模式，1位SD模式和4位SD模式，本设计采用的是4位SD宽总线模式，数据在4根数据线（DAT[3:

0]）上同时传输，在这种模式下昀高的数据传输速率可达100Mb/s。

当初始上电后，SD卡默认使用DAT0。

经过初始化之后，主机可以改变线宽到4位。

混合的SD卡连接方式也适合于主机。

在混合连接中，VCC，VSS和CLK的信号连接可以公用。

而命令（CMD）和数据（DATA0～3）这几根线，各个SD卡必须从主机分开。

SD总线上通信的命令和数据比特流从一个起始位开始，以停止位中止。

[3]

如图2为SD卡的接口原理图

图2SD卡的接口原理图

1.5实时时钟DS3231M

DS3231M是业内首款集成了MEMS谐振器的温补RTC，低成本、高精度I²C实时时钟（RTC）。

该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确计时。

集成微机电系统（MEMS）提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的元件数量。

DS3231M采用与流行的DS3231RTC相同的器件封装。

[4]

如图3为DS3231M与CPU的连接图

图3DS3231M与CPU的连接图

如图4为TFT液晶模块接口原理图

图4TFT液晶模块接口原理图

2软件架构

2.1操作系统

为了方便在一个芯片上运行多个任务，这里采用了µC/OS作为嵌入式操作系统

µC/OS和µC/OS-II是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。

CPU硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU上。

[5，6]

2.2LCD驱动

µC/GUI是美国Micrium公司出品的一款针对嵌入式系统的优秀图形软件。

它是为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器及LCD控制器而设计的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境。

架构基于模块化设计，由不同的模块中的不同层组成。

包括液晶驱动模块，内存设备模块，窗口系统模块，窗口控件模块，反锯齿模块和触摸屏及外围模块。

其主要特性包括丰富图形库，多窗口、多任务机制，窗口管理及丰富窗口控件类（按钮、检验框、单/多行编辑框、列表框、进度条、菜单等），多字符集和多字体支持，多种常见图像文件支持，鼠标、触摸屏支持，灵活自由配制等特性。

[7,8]

2.3SD卡驱动

Micrium公司的µC/FS是高度可移植、可固化的嵌入式FAT文件系统。

µC/FS的设备驱动结构非常简单．只需要读写分区的底层函数．所以要支持用户定制的硬件也很简单。

[9]

2.4RTC

DS3231M使用了标准的I2C总线接口

2.3.1I2C总线基本操作

I2C规程运用主/从双向通讯。

器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。

主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。

总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。

SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

[10]

（1）控制字节

　　在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。

（2）写操作

　　写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。

　　（3）读操作

　　读操作有三种基本操作：

当前地址读、随机读和顺序读。

图4给出的是顺序读的时序图。

应当注意的是：

最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。

为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。

总结

本数码相框的设计，利用uC/GUI中对图片的处理类已经实现了对BMP、GIF、JPG和PNG等多种格式的相片幻灯片播放的显示，实现了通过SD卡的扩展电路和USB电路和外界数据交换。

由于硬件和软件系统的功能强大，二次开发的空间很大，还可以实现万年历，温度显示等等功能。

参考文献

[1]李晗.基于LinuxNFS的Web数码相框设计[J].电子技术与应用.2010.6:

27-28.

[2]刘艳霞、李淑芬.基于蓝牙通信的电子相框设计[J].微计算机信息，2008,24（30）:

114-115.

[3]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：

人民邮电出版社，2008.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]朱振涛,王成儒,崔冬.S3C2410与TFT2LCD接口设计[J].电子测量技　术.2006，29（6）:

192-204.

[6]张恒傅丰林.ARM9芯片EP9315驱动TFT_LCD的研究[J].电子科技.2007,5:

4-7.

[7]陈溯基于ARM平台的数码相框软件开发[M].人民邮电出版社.2008年12月

[8]王伟能吴烁宇陈弟虎魏爱香,基于S3C2410和Qt_Embedded的数码相框设计[J],嵌入式系统应用,200906-2-0081-03

[9]田野张浩,UCOS_II操作系统在数码相框中的应用,自动化技术与应用[J]2010年第29卷第8期

[10]JouLD,BergerSA.Numericalsimulationoftheflowinthecarotidbifurcation[J].TheoreticalandComputationalFluidDynamics,1998（10）:

239-248.

本科毕业设计

（20届）

基于ARM的数码相框设计

摘要

数字摄影的兴起不可避免地引起了数码相框的发展，对于数码相片的欣赏和摆设，人们一般只能通过PC机，极其不方便。

数码相框正是迎合这种需求，它体积小，能随时更换相片。

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，它比普通的相框灵活，更有动感。

本设计方案采用了STM32F103作为主控制器，μC/OS-II作为嵌入式操作系统。

μC/GUI作为图形用户界面，相片的存储设备使用SD卡，可以十分方便的把数码相机中的SD卡取下来并在数码相框上播放。

关键词：

数码相框；μC/OS-II；嵌入式；FatFs；SD卡

Abstract

Theriseofdigitalphotographyinevitablyattractedthedevelopmentofdigitalphotoframesfordigitalphotoappreciateanddecoration,peoplegenerallyonlythroughthePCandextremelyinconvenient.Thedigitalphotoframeitismeetthatdemand,itissmall,canchangeatanytimephotos.Thebasicprincipleisdigitalphotoframemodel,usingcommonamongtheoriginalphotographcasingwithLCDdisplay,photopartwithpower,storagemedium,makingthesameframeinsidecanloopingphotos,itthanordinaryframeflexible,morehavemovefeeling.

ThisdesignschemeadoptedSTM32F103asthemaincontroller,μC/OS-IIasembeddedoperatingsystem.μC/GUIasthegraphicaluserinterface.PhotostoragedevicesusecanbeveryconvenientSDcard,thedigitalcameraofftheSDcardinthedigitalphotoframeandplay.

KeyWords:

Digitalpictureframes;μC/OS-II;Embedded;FatFs;SDcard

1　引言

随着数码相机的大量普及和人们对多媒体娱乐播放的需求，各种记忆卡越来越多地被运用于存放数码照片和其它多媒体文件。

不同用户的电脑中存满各种各样的照片，甚至连桌面背景中照片的更换频率也增加了。

输出照片，然后放到普通相框中，这样的过程比较麻烦，往往需要通过电脑显示与欣赏相片。

对数码相片进行方便的显示、欣赏、编辑、打印等操作逐渐成为用户的需求。

数码相框，电子相册等产品逐渐出现在数码市场，数码相框从概念型产品到进入市场已有八、九年之久。

当前，数码相框主要针对礼品市场，但其真正的潜在用户却是非常广泛的，并且它的最终消费者应该是普通的家庭消费者，它的应用的领域将会非常广阔。

内陆也有许多电子厂商很早就意识到此类产品的很好的发展趋势，例如曾作为NHJMP4中国地区总代理的北京中电金捷数码科技有限公司，就及时地推出了自有品牌的金捷数码相框，并且以出色的外观设计和良好的口碑，以及亲民的价格赢得了市场的青睐。

2　软硬件平台概要

2.1嵌入式处理器简介

嵌入式处理器是嵌入式系统的主要组成部分，是控制、辅助系统运行的硬件处理单元。

范围非常广阔，嵌入式处理器从最初的4位单片机，到现在还在大量使用的8位单片机，到最新的受到广泛选择的32位，64位嵌入式CPU。

全世界现在已有1000种以上的嵌入式处理器，包括微控制器，微处理器等流行体系结构30多个系列。

由于看到了嵌入式系统非常好的发展前景，很多半导体制造商都大规模的生产嵌入式处理器，如TI，ST，NXP，Atmel，SAMSUNG等。

而且公司自己设计的处理器也已经成为嵌入式领域的其中一个发展方向，其中从MCU、DSP到FPGA都有着各种各样的选择，处理速度越来越快，性能越来越强大，功耗越来越低，价格也越来越便宜。

现在的嵌入式处理器最快的处理速度可以达到2000MIPS（如ARM公司的Cortex-A9），封装从8个引脚到144个引脚或更多不等。

2.1.1ARMCortex-M332位处理器

Cortex-M3是由ARM公司推出的一个32位的内核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位CPU应用的要求。

在工控领域，由于用户要求具有更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining（尾链）中断技术，中断处理完全基于硬件进行，最多可以节约12个时钟周期，在实际项目中可节约70%的中断的时间[1]。

Cortex-M3的其它一个特别之处是调试工具相对比较实惠，不像其它公司的仿真调试器动辄几千上万。

对与此特点，ARM公司在早期JTAG调试接口的基础上增加了新设计的单线调试技术，只用两个引脚就可以调试，所以节省了大量的调试设备的支出。

而且，Cortex-M3内置了大多数存储控制器，这样设计人员可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计复杂度和应用障碍。

加快了工程项目的开发速度。

Cortex－M3处理器采用ARMv7-M架构，它包括全部的16位Thumb指令集和基础的32位Thumb-2指令集，Cortex-M3处理器不能执行ARM指令集。

　　Thumb-2在Thumb指令集架构（ISA）上进行了大量的改进，它与Thumb相比，具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能[2]。

本设计使用的嵌入式处理器是意法半导体公司（ST）基于ARMCortex-M3的32位处理器芯片STM32F103VCT6LQFP100脚，片内具有256KBFLASH，48KBRAM（片上集成12BitA/D、D/A、PWM、CAN、USB、SDIO、FSMC等资源）。

STM32系列32位闪存微控制器基于专门为嵌入式应用开发的具有突破性的ARMCortex™-M3内核，受益于Cortex-M3架构的增强型功能及性能改进的代码密