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基于STM32的高性能低功耗的中文人机界面系统

? 2018年01月25日 22:53 ? 次阅读

心博天下娱乐平台 www.syycw.cn 本文选用了意法半导体公司基于ARM最新Cortex—M3内核的STM32F103RB作为主控芯片,通过选择合适的液晶模块,构建了一个高性能低功耗的中文人机界面系统。

1、系统的工作原理

本系统以STM32F103RBT6为核心,采用晶彩光电的AM240320TFT液晶屏作为显示器,完成内容的显示,由于STM32F103RBT6内部Flash为128K,如果用来储存汉字字库,对芯片资源是一种极大的浪费,所以本文中采用微控制器外挂SPI接口Flash的设计思路,将不用重复改变的中文字库存放在外部Flash芯片里面,需要时再通过SPI口调入处理器。由于STM32F103RBT6不带有FSMC,所以采用软件模拟总线的方法,完成对液晶模块的驱动。

2、系统硬件设计

2.1、供电部分电路

由于整个系统采用3.3V供电,所以必须外部稳压电路将电压稳定到3.3V,本设计中采用三端稳压芯片LM1117-3.3,将外部电池电压稳定为3.3V位系统提供电源,为处理器、液晶显示器、SPIFlash供电,采用二极管IN4007串接在电源正极,为系统提供电源反接保护。供电部分原理图如图1所示。

图1  系统供电部分原理图

2.2、液晶显示部分电路设计

液晶显示部分主要由微控制器驱动液晶显示模块完成人机界面状态的显示,通过发送命令字,完成液晶模块的初始化以及汉字的显示。

2.2.1、STM32F系列ARM微控制器的特点

STM32处理器采用ARM公司最新的V7体系架构的内核Cortex—M3,它的速度比ARM7快三分之一,功耗低四分之三,同时集成了分支预测,单周期乘法,硬件除法等功能,大大地提高了处理器的数据处理能力,同时采用最新的Thumb-2指令集,有效地降低了代码的密度,提高了程序的执行效率,通过对功耗和性能的分析,本文中采用的处理器为STM32F103RBT6,该处理器工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM),丰富的增强I/O端口和联接到2条APB总线的外设。供电电压2.0~3.6V,一系列的省电模式保证低功耗应用的要求,达到了性能和功耗的平衡。

2.2.2、TFT液晶显示模块的特点

TFT液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关,每个像素都可以通过点脉冲直接控制,因而每个节点都相对独立,并可以连续控制。不仅提高了显示屏的反应速度,同时可以精确控制显示色阶,所以TFT液晶的色彩更真。

由于大多数带有LCD控制器的ARM处理器都没有内部的程序存储器和数据存储器,而一般的Cortex—M3内核微控制器都不带有专门的LCD控制器,对于不带有LCD控制器的系统,一般长常用Intel8080接口或者Motorola的6800接口,本系统中采用STM32高速的IO口模拟8080接口时序。综上所述,选用的TFT液晶必须满足两个条件,第一,带有独立的显存。第二,带有8080接口。设计中采用了台湾采用晶彩光电的AM240320TFT液晶屏,它的主控制芯片为ILI9320,自带总大小为172820(24Ox320x18/8)的显存,模块的16位数据线与显寸的对应关系为565方式,它支持包括8080接口在内多种控制输入信号。

STM32采用外部8MHz的晶振作为输入时钟,内部锁相环将时钟倍频到72MHz作为系统时钟,采用GPIO口模拟8080时序并行驱动2.8寸TFT屏,显示部分的处理器和液晶显示器的硬件电路接口电路如图2所示。

图2  系统液晶接口原理图

2.3、SPI接口Flash存储叠的特点

由于在本系统中整个的汉字字库需要存储在外部Flash中,所以需要选择一种Flash存储芯片,Flash芯片选择需要满足以下要求。第一,尽量占用少的IO口,因为液晶显示器已经采用了并行接口,如果继续选用并行接口的Flash,对芯片的IO消耗较大,这样势必要选用IO更多的芯片,对于便携式设备来说,这是不合理的,所以本系统的设计过程中选用的Flash为SST公司的SST25VF080B,它采用SPI接口,SPI是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,本文中的SPIFlash采用美国SST公司的SST25VF080B芯片,容量为8M位,它工作电压范围为2.7~3.6V,工作在SPI模式0或者模式3,最高工作在50MHz,最小擦除单位为4K字节的扇区,可擦写10万次,数据保持100年以上。而STM32F103RBT6带有高速的硬件SPI接口,可以很方便与SST25VF080B连接通信。所以我们采用SPIFlash来完成对汉字字库的存储,字库存储部分的硬件电路接口图如图3所示。

图3 SPIFlash接口部分原理图

3、系统软件设计

系统软件包括字库的调用和TFT液晶显示软件设计两个部分,字库调用主要是通过STM32F103RBT6的SPI接口调用存储在SST25VF080B中的中文字库。TFT液晶显示部分主要是通过STM32F103RBT6通用I/O口模拟16位的8080并口,实现对液晶显示器的驱动,在软件设计的过程中需要注意一个问题。就是不同字库编码的标准时不一样的,所以在解码时略有不同,常用的汉字字库有GB2312字库和GBK字库两种。

3.1、GB2312字库和GBK字库

GB2312收录简化汉字及符号、字母、日文假名等共7445个图形字符,其中汉字占6763个。GB2312规定“对任意一个图形字符都采用两个字节表示,每个字节均采用七位编码表示”,习惯上称第一个字节为“高字节”,第二个字节为“低字节”。GB2312—80包含了大部分常用的一、二级汉字,和9区的符号。该字符集是几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持的中文字符集,这也是最基本的中文字符集。其编码范围是高位0xa1~0xfe,低位也是0xa1~0xfe;汉字从0xb0a1开始,结束于0xf7fe。GB2312将代码表分为94个区,对应第一字节(0xa1~0xfe);每个区94个位(0xa1~0xfe),对应第二字节,两个字节的值分别为区号值和位号值加32(20H),因此也称为区位码。01~09区为符号、数字区,16~87区为汉字区(0xb0~0xf7),10~15区、88~94区是有待进一步标准化的空白区。GB2312将收录的汉字分成两级:第一级是常用汉字计3755个,置于16~55区,按汉语拼音字母/笔形顺序排列:第二级汉字是次常用汉字计3008个,置于56~87区,按部首/笔画顺序排列。故而GB2312最多能表示6763个汉字。

而GBK内码完全兼容GB2312,同时支持繁体字,总汉字数有2万多个,编码格式如下,每个GBK码由2个字节组成,第一个字节为0X81~0XFE,第二个字节分为两部分,一是0X40~0X7E,二是0X80~0XFE。其中与GB2312相同的区域,字完全相同。把第一个字节代表的意义称为区,那么GBK里面总共有126个区(0XFE~0X81+1),每个区内有190个汉字(0XFE~0X80+0X7E~0X40+2),总共就有126x190=23940个汉字。点阵库只要按照这个编码规则从0X8140开始,逐一建立,每个区的点阵大小为每个汉字所用的字节数乘以190。这样,就可以得到在这个字库里面定位汉字的方法:

当GBKL《0X7F时:Hp=((GBKH-0x81)&TImes;190+GBKL-0X40)&TImes;(sizex2);

当GBKL》0X80时:Hp=((GBKH-0x81)&TImes;190+GBKL-0X41)&TImes;(sizex2);

其中GBKH、GBKLL分别代表GBK的第一个字节和第二个字节(也就是高位和低位),size代表汉字字体的大小(比如16字体,12字体等),Hp则为对应汉字点阵数据在字库里面的起始地址。

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本文主要介绍了stm32控制4位共阳数码管输出计数程序设计和stm32控制共阴数码管程序设计。首先我...

发表于 2018-01-16 17:07 ? 840次阅读
用stm32控制4位数码管_stm32控制共阴数...

对STM32基本知识的详细剖析

STM32是一种功能比较强大的32位单片机,广泛应用于各种嵌入式设备中,由于它的普及性及丰富的资源,...

发表于 2018-01-16 14:29 ? 1237次阅读
对STM32基本知识的详细剖析

max7219驱动数码管程序(51单片机+STM...

本文主要介绍了max7219驱动数码管:STM32硬件SPImax7219驱动8位数码管显示模块程序...

发表于 2018-01-15 16:51 ? 600次阅读
max7219驱动数码管程序(51单片机+STM...

详细解析STM32中的堆栈机制

这下明白了吧,STM32在启动的时候,RAM首先分配给使用到的全局变量,还有调用库占用的一些数据(不...

发表于 2018-01-15 15:03 ? 1078次阅读
详细解析STM32中的堆栈机制

分享STM32定时器输出比较模式的理解

初学STM32,我这个地方卡了很久,现在终于有些明白了,现在把我的理解写下与大家共享,如果有不对的地...

发表于 2018-01-15 08:49 ? 1119次阅读
分享STM32定时器输出比较模式的理解

stm32看门狗复位技巧编辑

本文主要介绍了stm32看门狗复位技巧,包括三个方面:判断是否需要使用、保证看门狗工作正常、保证看门...

发表于 2018-01-14 15:51 ? 529次阅读
stm32看门狗复位技巧编辑

经济学人:脑机界面的前景和挑战探讨,可能改变“人...

最新一期英国《经济学人》杂志发表封面文章,对脑机界面的前景和挑战进行了探讨,甚至认为这种技术可能改变...

发表于 2018-01-14 12:14 ? 157次阅读
经济学人:脑机界面的前景和挑战探讨,可能改变“人...

LED光源实现植物生长动态补光控制的几大要点

在番茄的各个生长期,弱光环境都会对番茄的生长造成很大影响,所以需要对番茄的各个生长期进行补光,至于怎...

发表于 2018-01-13 07:25 ? 2012次阅读
LED光源实现植物生长动态补光控制的几大要点

STM32+MS5611测气压温度例程详解

MS5611气压传感器是集合SPI和I2C(高达20 MHz)总线接口的高分辨率气压传感器,分辨率可...

发表于 2018-01-12 15:31 ? 584次阅读
STM32+MS5611测气压温度例程详解

STM32通过I2C与BMP280通信

BMP280对温度和气压的测量是通过一堆补偿数据然后根据自己的算法算出来的,要注意这些数据是什么类型...

发表于 2018-01-12 13:14 ? 898次阅读
STM32通过I2C与BMP280通信

基于stm32的GPIO寄存器学习解析

GPIO即通用输入/输出 (General Purpose Input Output) 包括:...

发表于 2018-01-11 09:03 ? 1301次阅读
基于stm32的GPIO寄存器学习解析

详细介绍人机界面的10大常识

人机界面常识是对初学者来说是首要了解的知识,产品由硬件和软件两部分组成,硬件部分包括处理器、显示单元...

发表于 2018-01-10 15:32 ? 1515次阅读
详细介绍人机界面的10大常识

STM32中断优先级谁更高 主要根据两个方面来判...

STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级,有人把响应优先级称...

发表于 2018-01-10 14:12 ? 698次阅读
STM32中断优先级谁更高 主要根据两个方面来判...

STM32 系列MCU 不同型号的移植步骤解析

STM32 系列MCU 不同型号的移植!

发表于 2018-01-10 10:45 ? 1800次阅读
STM32 系列MCU 不同型号的移植步骤解析

多合一烧写几种接口及编程模式

如今ST推出了新的高集成度的编程工具软件STM32CubeProgrammer,以后就不用这么麻烦了...

发表于 2018-01-10 09:23 ? 2872次阅读
多合一烧写几种接口及编程模式

基于STM平台中五大嵌入式操作系统

基于STM平台且满足实时控制要求操作系统,有以下5种可供移植选择。分别为μClinux、μC/OS-...

发表于 2018-01-10 09:17 ? 2832次阅读
基于STM平台中五大嵌入式操作系统

意法半导体推最新软体工具让烧录STM32程式更方...

据报道,意法半导体推处理一款最新软体工具,可以支持多平台可配置环境让烧录STM32程式更方便,还可以...

发表于 2018-01-08 13:20 ? 379次阅读
意法半导体推最新软体工具让烧录STM32程式更方...

NUCLEO-F767ZI开发板评测

本文主要介绍了NUCLEO-F767ZI开发板评测,NUCLEO-F767ZI是意法半导体ST公司推...

发表于 2018-01-05 17:16 ? 475次阅读
NUCLEO-F767ZI开发板评测

STM32单片机的串口波特率计算方法

不管是什么单片机,在使用串口通信的时候,有一个非常重要的参数:波特率。什么是波特率:波特率就是每秒传...

发表于 2018-01-05 09:59 ? 2674次阅读
STM32单片机的串口波特率计算方法

单片机应用系统硬件设计时,这11个问题务必考虑在...

(1)存储器扩展:容量需求,在选择时就考虑到单片机的内部存储器资源,如能满足要求就不需要进行扩展,在...

发表于 2018-01-05 09:20 ? 2047次阅读
单片机应用系统硬件设计时,这11个问题务必考虑在...

基于STM32自码DS18B20驱动程序

根据DS18B20的通信协议,DS18B20只能作为从机,而单片机系统作为主机,单片机控制DS18B...

发表于 2018-01-05 09:03 ? 634次阅读
基于STM32自码DS18B20驱动程序

做单片机设计,STM32 GPIO外部中断你必须...

STM32 的每一个GPIO都能配置成一个外部中断触发源,这点也是 STM32 的强大之处。STM3...

发表于 2018-01-05 07:01 ? 1967次阅读
做单片机设计,STM32 GPIO外部中断你必须...

详细图文剖析STM32单片机串口一键下载电路与操...

在此介绍STM32单片机串口一键下载电路与操作方法详解。

发表于 2017-12-31 23:07 ? 2199次阅读
详细图文剖析STM32单片机串口一键下载电路与操...

STM32 Nucleo-F746ZG开发板入门...

STM32 Nucleo-F746ZG开发板是很好的入门开发板,和经典的Nucleo-64相比,Nu...

发表于 2017-12-29 17:09 ? 301次阅读
STM32 Nucleo-F746ZG开发板入门...

基于STM32步进电机多细分控制的设计

本文介绍了基于STM32F103和A3988的步进电机多细分控制系统,较传统的利用DA转换芯片的方案...

发表于 2017-12-29 16:03 ? 646次阅读
基于STM32步进电机多细分控制的设计

总结出五个将在2018年对商业与社会产生最大影响...

2018年,对商业与社会产生最大影响的五大科技宏观趋势 。

发表于 2017-12-29 15:17 ? 1606次阅读
总结出五个将在2018年对商业与社会产生最大影响...

基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计

本文主要介绍了基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计,主要包括中央控制模块、电机控制模块、人...

发表于 2017-12-28 14:40 ? 268次阅读
基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计

基于STM32的多路电压采集的设计与实现

本文主要介绍了一种基于STM32的多路电压采集的设计与实现,主要包括STM32模块,LCD模块,SD...

发表于 2017-12-28 14:19 ? 1390次阅读
基于STM32的多路电压采集的设计与实现

基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研...

本文介绍了一种基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研究。对STM32微处理器串口的设置以及...

发表于 2017-12-28 14:06 ? 511次阅读
基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研...

基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的...

本文主要介绍了一种基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的设计,STM32作为主控芯片,通过...

发表于 2017-12-28 13:59 ? 824次阅读
基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的...

基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现

本文主要介绍了基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现,本系统由模拟量与开关量采集模块、通讯...

发表于 2017-12-28 11:45 ? 546次阅读
基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现

带有LED警示灯的骑行夜服设计

本文主要介绍了一款带有LED警示灯的骑行夜服设计,能够在夜晚自主发光。以STM32单片机为主控制核心...

发表于 2017-12-28 09:23 ? 530次阅读
带有LED警示灯的骑行夜服设计