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毕 业 设 计 设计题目：基于单片机的多功能数码相框设计与实现 学 院 物理科学与工程技术学院 专 业 电子信息工程 年 级 2009 级 姓 名 刘勇 指导教师 刘莉 职 称 讲师 （2013 年 6 月） 宜春学院教务处制 目目 录录 1毕业设计任务书 2毕业设计开题报告 3毕业设计答辩资格审查表 4论文原创性申明 5论文版权使用授权书 6毕业设计正文 7外文资料译文 8外文资料原文 宜春学院宜春学院 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目: 基于单片机的多功能数码相框设计与实现基于单片机的多功能数码相框设计与实现 学 院： 物理科学与工程技术学院 系 电子与信息工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 09 电信 学 号： 0934301122 姓 名： 刘勇 起止日期： 2012.11.17-2013.5.18 指导教师： 刘莉 职称： 讲师 系 主 任： 审核日期： 2 说说 明明 1. 毕业论文任务书由指导教师填写，并经教研室审定，下达到学生。 2. 进度表分前、中、后三期由学生填写，每期填写后交指导教师签署 审查意见，并作为毕业论文工作检查的主要依据。 3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，3 周内提交给指 导教师批阅。 4. 本任务书在毕业论文完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评 阅和毕业论文答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内 容之一。 3 一、毕业论文的要求和内容一、毕业论文的要求和内容 数码相框又叫电子相册，是一种可以播放图片的电子设备。数码相框硬件由 STC12C5A60S2单片机、ILI9325芯片控制的2.4TFT彩屏、按键、发光二极管、SD卡等部分构成， 能实现BMP图片的播放、简易万年历、演示程序以及系统时间日期设置功能，同时能实现简单 的GUI显示控制。系统的功能切换由 KEY_ENTER、KEY_NEXT、KEY_PRE、KEY_UP、KEY_DOWN_EXIT完成。其中KEY_ENTER为“确认” 键，当满足一定条件时，按下此键进入相应功能程序,。KEY_NEXT为“向右”按键，可实现鼠 标向右移动、下一张图片切换、是非选择、时间日期增加等功能。KEY_PRE为“向左”按键， 可实现鼠标向左移动、上一张图片切换、是非选择、时间日期减小等功能。KEY_UP为“向上” 按键，实现鼠标向上移动。KEY_DOWN_EXIT为“向下退出”键，实现鼠标向下移动或退出功 能。电子相册、万年历、系统设置、演示程序是通过轻量级任务系统Protothreads简称pt)进 行切换的，pt是一个占用内存极小的C语言封装宏函数库，为一种无堆栈的轻量线程环境，能 够实现模拟线程的条件阻塞、信号量操作等操作系统中特有的机制，从而使程序实现多线程 操作。它的最大特点就是每个pt线程只需增加十行代码，并且只占用2字节的RAM资源。这使 像51这种RAM资源小微控制器可以很轻松的实现pt多任务进程。在BMP图片的解码显示速度上 要求刷新一幅图片所需时间在5秒以下。 二、研究方案、目标二、研究方案、目标 本系统采用 STC12C5A60S2 单片机芯片作为系统的核心部件，它除了具备微机 CPU 的数值 计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量， 实现自动控制。在本次设计中采用技术来实现电单片机子相册功能。方案的设计可以从以下 几个方面来确定。微处理器的选择，STC12 系列单片机是我国宏晶科技公司生产的单时钟/机 器周期(1T)的单片机， 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼 容传统 8051,但速度快 8-12 倍。还增加了 ISP（在系统编程）/IAP(在应用编程)编程、看门 狗和 MAX810 专用复位电路等功能，内部资源非常丰富，flash 容量和 RAM 容量可选范围宽。 在本次设计中采用 STC12C5A60S2 单片机，它具有 60k 的程序存储空间，1280Byte 的 RAM 空间， 在保证本系统功能实现的基础上，还保留有很大的升级空间，非常适合用来设计这种读写数 据大的场合；显示电路的设计，随着信息科技的快速发展，液晶显示的使用越来越方便，已 被普遍的使用。由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上，因此使用起来很方便，因此在这 里采用液晶显示技术，使用 ILI9325 控制的 TFT 彩屏作为整个系统的显示模块；GUI 界面控制 电路的设计；以及 SD 卡电路的设计；其中 SD 卡的设计至关重要，是决定本设计成败的关键， 因为 SD 卡里面存储有电子相册需要播放的 BMP 图片、系统应用程序图标和其他系统所需资源。 4 SD 卡设计成功后，将 SD 卡中的图片数据读出通过单片机控制彩屏显示出来，从而实现电子相 册的功能。 5 三、阅读书目清单三、阅读书目清单 1现有主流数码相框方案解析及对比EB/OL.http:/www.liangteng.com/,2008. 2李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础M.北京:清华大学出版社,2005. 3宋戈,黄鹤松，员玉良等.51 单片机应用开发范例大全M.北京:人民邮电出版社,2010. 4唐继贤.51 单片机应用系统开发实例精解 C 语言M.上海:上海科学技术出版社,2011. 5苏义鑫,程敏,何力.基于 AT89C52 单片机的 SD 卡读写设计J.世界电子元器件,2008,(5):65-69. 6林倩,严桂林.基于 STC12C5A60S2 单片机的 SD 卡读写J.电子元器件应用,2010,(4):1. 7倪天龙,路林.基于 STC12C5A60S2 的电子相框设计J.郑州轻工业学院学报(自然科学版),2011,(5):31- 33,47. 8杨永竹.液晶显示模块图像的编辑以及点阵数据的提取J.仪表技术与传感器,2003,(8):48-50. 9何钦铭，颜晖.C 语言程序设计M.北京:高等教育出版社,2008. 10闫石,马潮.时间触发模式下的 Protothreads 设计应用J.单片机与嵌入式系统应用,2009,(1). 11Dunkds Adam.Protothreads- Lightweight，Stackless Threads in COL，2006200807http:/dunkels.com/ adam/pt/ . 12周兴华.51 单片机驱动彩屏的设计J.无线电,2012,(2):62-66. 13洪岳炜，王百鸣，谢超英.一种易于移植和使用的文件系统FatFs_ModuleJ.单片机与嵌入式系统应用， 2008（5）. 14贾玉珍,靳冰,刘琮等.BMP 文件结构的信息隐藏方法与实现J.江西理工大学学报,2009,(1):42-44. 15龚成清.RLE 改进算法对 BMP 图像无损压缩的实现J.现代计算机,2006,(12):79-81,92. 16李伟,张利华.BMP 文件解码的研究与实现J.计算机工程与设计,2006,(7):1180-1182. 6 四、毕业论文进度计划四、毕业论文进度计划 序号各阶段工作内容起止日期备注 1 查阅资料，撰写开题 报告 2012.11.152013.01.05 2 总体方案设计2013.01.06-02.04 3 软、硬件详细设计2013.02.0503.20 4 完成论文初稿2013.03.210421 5修改定稿 2013.04.22-05.18 五、主要参考资料五、主要参考资料 1现有主流数码相框方案解析及对比EB/OL.http:/www.liangteng.com/,2008. 2李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础M.北京:清华大学出版社,2005. 3宋戈,黄鹤松，员玉良等.51 单片机应用开发范例大全M.北京:人民邮电出版社,2010. 4唐继贤.51 单片机应用系统开发实例精解 C 语言M.上海:上海科学技术出版社,2011. 5苏义鑫,程敏,何力.基于 AT89C52 单片机的 SD 卡读写设计J.世界电子元器件,2008,(5):65-69. 6林倩,严桂林.基于 STC12C5A60S2 单片机的 SD 卡读写J.电子元器件应用,2010,(4):1. 7倪天龙,路林.基于 STC12C5A60S2 的电子相框设计J.郑州轻工业学院学报(自然科学版), 2011,(5):31-33,47. 8杨永竹.液晶显示模块图像的编辑以及点阵数据的提取J.仪表技术与传感器,2003,(8):48-50. 9何钦铭，颜晖.C 语言程序设计M.北京:高等教育出版社,2008. 10闫石,马潮.时间触发模式下的 Protothreads 设计应用J.单片机与嵌入式系统应用,2009,(1). 11Dunkds Adam.Protothreads- Lightweight，Stackless Threads in COL，20062008 07http:/dunkels. com/adam/pt/ . 7 六、毕业论文进度表六、毕业论文进度表（本表由学生填写，每期分别交指导教师签署审查意见） 前 期 （2012 年 11 月 17 日 至 2013 年 1 月 8 日） 学生主要工作： 去图书馆借阅与数码相框相关的书籍，并通过上网的方式来收集相关 的资料，了解数码相框的相关知识及其发展趋势，同时与老师联系，咨询 一些毕业设计方面的信息并在老师的指导下进行一些大致工作。在电脑上 安装 Keil uVision4 和 Altium Designer 软件，学会用它们设计并在开发板上 仿真一些模块电路的程序，为毕业设计的的写作作准备。 指导教师审查意见： 年 月 日 8 中 期 （2013 年 1 月 12 日 至 2013 年 5 月 5 日） 学生主要工作： 整理好前期收集的一些资料并认真阅读，做好相关的知识准备，对设 计课题的可行性进行分析，初步形成设计的大体思路，形成基本框架，确 定设计方案和目标，将之前做好的各个部分的设计组织起来，完成各个电 路模块的设计和程序设计仿真并形成初稿。 指导教师审查意见： 年 月 日 9 后 期 （2013 年 5 月 7 日 至 2013 年 5 月 18 日） 学生主要工作： 将设计初稿交给指导老师审查，依据老师的一些意见和建议来对论文 进行修改和完善，完成论文终稿。 指导教师审查意见： 年 月 日 10 七、其他（学生提交）七、其他（学生提交） 1开题报告 1 份 2外文资料译文 1 份（1000 字以上，并附资料原文） 3设计 1 份（理科 4000 字以上，文科 6000 字以上） 指 导 教 师： 系 负 责 人： 学生开始执行 任务书日期： 学 生 姓 名 ： 送交毕业设计日期： 宜春学院宜春学院 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目：基于单片机的多功能数码相框设计与实现 学 院：物理科学与工程技术学院 系 电子与信息工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 09 电信 学 号： 0934301122 姓 名： 刘勇 指导教师： 刘莉 填表日期： 2012 年 11 月 26 日 2 一、选题的依据及意义 数码相框是一个浏览图片的电子设备，具有很多传统纸质照片不可比拟的优点。传统纸质的相 册占用空间大，容易丢失，携带不方便，而且不能永久保存，时间久了会变得很模糊，致使很值得 纪念的相片失去了纪念的意义。而数码相框可以很好的解决这些问题，而且数码相框能以图、文、 声、像等多种方式呈现给用户，使用户可以获得听觉及视觉上的享受。数码相框还可以使用计算机 方便的修改编辑照片，使照片更具个性化。同时数码相框可以快速的查找检索到所要浏览的相片， 具有永不掉色和永久保存，复制分享照片非常方便，携带方便，而且还可以随时将自己旅游、学习、 毕业留影、生活中的点点滴滴拍摄成照片加入到数码相框中浏览，方便与家人朋友同事分享自己的 相片。为老人准备一个精致小巧的数码相框，把老人的亲人在外拍的各种有意思的相片放入数码相 册中，对老人的老年生活来说会是一个不错的选择。正是因为数码相框具有如上那么多的优点，数 码相框的发展需求才越来越大，因此选择数码相框作为毕业设计课题将会是一个不错的选择。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述） 数码相框从刚提出发展到现在，已有近九年的时间。起初数码相框的解决方案多数是移植其 他系统的平台，而用于数码相框的专业平台不多。现在，数码相框市场需求越来越大，各种用于数 码相框的专业平台也越来越成熟，各种解决方案也数不胜数。而在 ARM，DSP，Nios II 等高端平台 上更是已开发出了各种各样的数码相框，更能多，这类数码相框一般还具有音视频播放等多媒体功 能。 近几年，现场可编程逻辑阵列（FPGA）发展迅猛，由于 FPGA 在实现复杂算法时会提高实时性， 因此在数据计算、通信、自动控制等领域的应用越来越广泛，使用它减少了系统开发的风险和成本， 缩短了开发维护周期。 因为 FPGA 的快速发展，采用 Nios II 处理器的自定义指令，而且硬件也能实现一些重要的算 法，所以使得数据处理的速度很快，保证了整个系统的良好的实时性。并且在外围电路不改变的情 况下，通过 FPGA 内部充足的硬件逻辑资源，能很方便的对系统升级及功能增强。所以，FPGA 是一 个发展趋势。 嵌入式现在在电子领域是最热门的概念之一，是当前电子技术发展的又一新热点。它是以应 用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功 耗严格要求的专用计算机系统，在消费电子产品中应用非常广泛。嵌入式系统在硬件上已经进入片 上系统阶段，使用片上系统开发产品设计快速、灵活，具有完善的软件开发平台，使基于 FPGA 的 片上系统得到了广泛的应用。采用片上系统作为数码相框的设计将是一种前所未有的新方法。 三、本课题研究内容 （1）主要实现数码相框功能，解码 SD 卡中的 BMP 图片并将其显示到液晶显示屏上。 （2）有按键控制系统，能用按键控制，进行程序间的切换，并能用按键对 BMP 图片的播放进 行控制，例如上下幅图片的切换，自动播放的切换。还能用按键对系统时间进行设置。 （3）用定时器实现软时钟，能正确显示当前时间、日期以及星期，并设计制作一个简易的万 年历程序。 （4）实现多任务图片菜单设计，当鼠标移到应用程序图标处，按下确定键进入应用程序。 四、本课题研究方法 3 本课题是使用实验的研究方法，数码相框的现有专业解决放啊都是基于 ARM 或者 DSP 等高端 处理器所设计的嵌入式系统。这种数码相框一般都带有适合本处理器的操作系统，例如 UCOS 等微 操作系统，操作系统一般带有文件系统，不需要移植其他操作系统就可以方便的对存储在 SD 卡中 的各种文件进行读写操作。而基于单片机等低端处理器的数码相框解决方案则少之又少，根据课题 所提出的要求和所要实现的功能，在单片机开发板上进行实验验证。实验步骤包括以下几步： （1）编写各个模块的驱动程序，将各个模块的硬件驱动，使其正常工作。 （2）第一步功能实现后，再根据课题要求，考虑移植一个功能完善而又精简的文件系统，实 现对存储在 SD 卡中的 BMP 图像文件进行读操作。经过网上查找资料，最终确定移植一个占用内 存很小的文件系统 FATFS，这个文件系统不仅代码量少，而且功能强大，还不依赖于任何硬件， 方便移植。 （3）移植了文件系统后，接下来要做的就是对 BMP 图片的解码工作了，利用文件系统对存储 在 SD 卡中的 BMP 图像文件数据读取出来并送单片机处理，单片机将数据送液晶显示屏显示，就 可以实现 BMP 图像文件的显示了。 经过以上三个步骤的验证，数码相框的功能已经基本上实现了，需要做的就是不停的优化程序 代码，调试程序，使其性能能满足课题所需的要求，在速度和解码图片显示的质量上都要达到一定 的性能要求。通过不断的实验和改进程序，从而使整个系统的软件功能完善，再进行相应硬件的设 计。 五、研究目标、主要特色及工作进度 研究目的：实现 BMP 图片的解码操作，实现数码相框功能。 主要特点：通过 GUI 函数库，设计出比较漂亮的图片播放显示控制界面，移植入一个轻量级线 程库，使系统实时性得到提高，并且移植了移植功能强大的文件系统，可以对 SD 卡中的文件进行 各种操作，能将 SD 卡中的 BMP 图片解码显示到液晶显示屏上。并利用单片机的定时器设计了一个 软时钟，在软时钟的基础上实现了简易万年历的功能，同时能对系统的时间日期进行设置，以便准 确调时。 工作进度： （1）2012.11.152013.01.05 收集各种与设计相关的软硬件资料并仔细阅读，直到对所做设计 有一个比较清晰的认识和初步的设计思路。 （2）2013.01.06-03.20 对所收集的资料进行整理，确定设计研究方案，按要求编写开题报告。 （3）2013.03.2104.20 根据任务书和开题报告以及收集的各种有用资料进行初步设计，进行 电路模块的验证，验证最简单的电路模块是否工作正常，循序渐进的完成每个电路模块的设计。各 电路模块硬件设计完成后编写各个模块的驱动程序，不断的调试软硬件，直到该模块软硬件都正常 工作。 （4）2013.04.2105.15 完成了各电路模块的软硬件设计后，将各模块合并成一张电路图，进 行系统总硬件设计。然后编写系统源程序，通过调用上一步所设计的各个模块的驱动程序，不断完 善程序，设计出漂亮的 GUI 显示界面。 （5）2013.05.16-05.18 所有软硬件设计都成功实现了后，开始编写毕业设计正文。 4 六、参考文献 1现有主流数码相框方案解析及对比EB/OL.http:/www.liangteng.com/,2008. 2李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础M.北京:清华大学出版社,2005. 3宋戈,黄鹤松，员玉良等.51 单片机应用开发范例大全M.北京:人民邮电出版社,2010. 4唐继贤.51 单片机应用系统开发实例精解 C 语言M.上海:上海科学技术出版社,2011. 5苏义鑫,程敏,何力.基于 AT89C52 单片机的 SD 卡读写设计J.世界电子元器件,2008,(5):65-69. 6林倩,严桂林.基于 STC12C5A60S2 单片机的 SD 卡读写J.电子元器件应用,2010,(4):1. 7倪天龙,路林.基于 STC12C5A60S2 的电子相框设计J.郑州轻工业学院学报(自然科学版),2011,(5):31-33,47. 8杨永竹.液晶显示模块图像的编辑以及点阵数据的提取J.仪表技术与传感器,2003,(8):48-50. 9何钦铭，颜晖.C 语言程序设计M.北京:高等教育出版社,2008. 10闫石,马潮.时间触发模式下的 Protothreads 设计应用J.单片机与嵌入式系统应用,2009,(1). 11Dunkds Adam.Protothreads- Lightweight，Stackless Threads in COL， 2006200807http:/dunkels.com/adam/pt/ . 12周兴华.51 单片机驱动彩屏的设计J.无线电,2012,(2):62-66. 13洪岳炜，王百鸣，谢超英.一种易于移植和使用的文件系统FatFs_ModuleJ.单片机与嵌入式系统应用， 2008（5）. 14贾玉珍,靳冰,刘琮等.BMP 文件结构的信息隐藏方法与实现J.江西理工大学学报,2009,(1):42-44. 15龚成清.RLE 改进算法对 BMP 图像无损压缩的实现J.现代计算机,2006,(12):79-81,92. 16李伟,张利华.BMP 文件解码的研究与实现J.计算机工程与设计,2006,(7):1180-1182. 宜春学院 2013 届毕业设计答辩资格审查表 题 目 基于单片机的多功能数码相框设计与实现 学生姓名刘勇专业 电子信 息工程 班级09 电信学号 0934301122 论文完成情 况 完成 开题报告完成 外文资料翻 译 完成 中、英文摘 要 完成 检查 内容 软硬件验收完成 论文期间考勤情况满勤 累计旷 课时间 无 学生自查说明 本人严格按照任务书进度开展论文设计工作及时发现问题并发馈给指导老师,跟老 师一起探讨最佳解决方案,不断的改进设计;严格按照任务书的要求,对论文进行排版, 确保内容的准确性、格式无误的情况下完成毕业论文设计工作。 学生签名： 年 月 日 指导教师意见（说明是否进行答辩及评定成绩） 指导教师签名： 成绩 年 月 日 宜春学院宜春学院 论文原创性申明论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确方式表明。文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确方式表明。 本人完全意识到本申明的法律责任，其后果由本人承担。本人完全意识到本申明的法律责任，其后果由本人承担。 作者签名：作者签名： 日日 期：期： 论文版权使用授权书论文版权使用授权书 本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意本论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权宜春学院可以将本论文的全部允许论文被查阅和借阅。本人授权宜春学院可以将本论文的全部 或部分内容编入数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等或部分内容编入数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本论文。复制手段保存和汇编本论文。 作者签名：作者签名： 日期：日期： 导师签名：导师签名： 日期：日期： 宜春学院物理科学与工程技术学院毕业设计 I 基于单片机的多功能数码相框设计与实现基于单片机的多功能数码相框设计与实现 宜春学院 物理科学与工程技术学院 电子信息工程 刘勇 指导老师：刘莉 摘要摘要：设计并实现了一款基于单片机的电子数码相框。系统主要包括 4 个任务程序：图片播放器、 演示程序、万年历程序以及系统设置程序。通过按键选择，支持人工控制播放及系统自动播放两种 播放功能。采用一种开源的适合 SD 卡使用的 FATFS 文件系统，实现对 SD 卡内的文件进行读、写、 枚举操作；通过定时器设计产生系统时间；采用软件解码技术，对存储在 SD 卡 photo 目录下的 BMP 图像文件进行解码操作，并将其显示到液晶显示屏上。通过对多任务实时操作系统 Protothreads 的移植，保证了系统工作的实时性，实现了系统主菜单和应用程序之间切换。由于 系统功能的实现主要依赖于软件程序，从而使系统具有灵活性、方便移植、硬件结构简单、外围器 件少，产品成本低，系统维护和升级容易等特点。 关键词：关键词：数码相框；单片机；文件系统；多任务；图片解码 Abstract: A digital photo frame based on the single chip microcomputer ( scm) was designed and implemented. Four task programs such as pictures player, demo program, calendar program, and system setup were mainly included in this system. Manual controlled play and autoplay were all supported through the selection button. An open source FATFS file system which is suited to the secure digital (SD) card was adopted to realize reading, writing, enumeration operation of the card; System time was designed by timer; software decoding technology was used to implement the decoding operation of BMP image files in the photo directory of the SD card, so that to display on the LCD panel. To ensure the system working in real time , and to realize the programs exchanging between system main menu and application program，a multiprocessing real time operating system was transplanted , Because the system function was mainly depended on the software，it has many excellent characteristics such as the flexibility, easy to transplant, simple hardware structure, less periphery components, low product cost, system maintenance and upgrade easily and so on. Key words：Digital Photo Frame ; Single Chip Microcomputer ; File System ; Multi-tasking ; Picture Decoding 宜春学院物理科学与工程技术学院毕业设计 II 目目 录录 1 前言1 1.1 选题背景 .1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .1 1.3 论文研究的主要内容 .1 2 方案设计与选择1 2.1 数码相框主流设计方案 .1 2.2 本课题设计方案介绍 .2 2.3 系统总体硬件介绍 .2 3 详细硬件设计3 3.1 STC12C5A60S2 单片机概述3 3.1.1 I/O 口各种不同的工作模式及配置介绍.3 3.1.2 单片机最小系统4 3.2 电源电路 .4 3.3 SD 卡接口电路5 3.4 按键电路 .5 3.5 LCD 液晶显示电路.6 4 数码相框的软件设计6 4.1 软件总体设计 .6 4.1.1 Protothreads 极轻量级系统介绍7 4.2 驱动程序设计 .8 4.2.1 SPI 驱动程序设计8 4.2.2 SD 卡驱动程序设计.8 4.2.3 ILI9325 驱动程序设计.9 4.2.4 鼠标按键驱动程序设计10 4.3 FATFS 文件系统移植设计.11 4.3.1 FATFS 文件系统介绍11 4.3.2 FAT 文件系统的结构.11 4.3.3 FATFS 文件系统移植过程12 4.3.4 FATFS 文件系统读取文件过程12 4.4 BMP 图像解码程序设计.14 4.4.1 BMP 图像文件简介14 4.4.2 BMP 图像软件解码过程14 4.4.3 BMP 图像的显示控制15 4.5 系统时间程序设计 .17 4.6 万年历程序设计 .18 4.7 系统设置程序设计 .18 5 实现与测试19 5.1 图像显示结果及分析 .19 6 结论与展望22 参考文献23 谢辞24 附录 1 总电路图.25 附录 2 系统源程序.26 宜春学院物理科学与工程技术学院毕业设计 1 1 前言前言 1.1 选题背景选题背景 数码相框是一个浏览图片的电子设备，具有很多传统纸质照片不可比拟的优点。传统纸质的相 册占用空间大，容易丢失，携带不方便，而且不能永久保存，时间久了会变得很模糊，致使很值得 纪念的相片失去了纪念的意义。而数码相框可以很好的解决这些问题，而且数码相框能以图、文、 声、像等多种方式呈现给用户，使用户可以获得听觉及视觉上的享受。数码相框还可以使用计算机 方便的修改编辑照片，使照片更具个性化。同时数码相框可以快速的查找检索到所要浏览的相片， 具有永不掉色和永久保存，复制分享照片非常方便，携带方便，而且还可以随时将自己旅游、学习、 毕业留影、生活中的点点滴滴拍摄成照片加入到数码相框中浏览，方便亲朋好友分享自己的相片。 为老人准备一个精致小巧的数码相框，把老人的亲人在外拍的各种有意思的相片放入数码相册中， 对老人的老年生活来说也会是一个不错的选择。正是因为数码相框具有如上那么多的优点，数码相 框的发展需求才越来越大，因此选择数码相框作为毕业设计课题将会是一个不错的选择。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状及发展趋势及发展趋势 数码相框从刚提出发展到现在，已有近九年的时间。起初数码相框的解决方案多数是移植其 他系统的平台，而用于数码相框的专业平台不多。现在，数码相框市场需求越来越大，各种用于数 码相框的专业平台也越来越成熟，各种解决方案也数不胜数。而在 ARM，DSP，Nios II 等高端平台 上更是已开发出了各种各样的数码相框，更能多，这类数码相框一般还具有音视频播放等多媒体功 能。 近几年，现场可编程逻辑阵列（FPGA）发展迅猛，由于 FPGA 在实现复杂算法时会提高实时性， 因此在数据计算、通信、自动控制等领域的应用越来越广泛，使用它减少了系统开发的风险和成本， 缩短了开发维护周期。 因为 FPGA 的快速发展，采用 Nios II 处理器的自定义指令，而且硬件也能实现一些重要的算 法，所以使得数据处理的速度很快，保证了整个系统的良好的实时性。并且在外围电路不改变的情 况下，通过 FPGA 内部充足的硬件逻辑资源，能很方便的对系统升级及功能增强。所以，FPGA 是一 个发展趋势。 嵌入式现在在电子领域是最热门的概念之一，是当前电子技术发展的又一新热点。它是以应 用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功 耗严格要求的专用计算机系统，在消费电子产品中应用非常广泛。嵌入式系统在硬件上已经进入片 上系统阶段，使用片上系统开发产品设计快速、灵活，具有完善的软件开发平台，使基于 FPGA 的 片上系统得到了广泛的应用。采用片上系统作为数码相框的设计将是一种前所未有的新方法。 1.3 论文研究的主要内容论文研究的主要内容 本课题设计的数码相框主要以 STC12C5A60S2 单片机作为主要控制中心，采用 BMP 图片软件 解码技术，并移植 FATFS 文件系统，实现对存储在 SD 卡内的 BMP 图片文件进行读取操作，并且 编写解码算法对 BMP 图片进行解码操作，然后通过 STC12C5A60S2 单片机驱动液晶显示屏，对解 码后的图片进行显示。并在 TFT 彩屏上实现简单的 GUI 界面操作，使显示界面更漂亮美观。 此方案有如下两个优点。一是制作成本低，硬件结构简单，软硬件设计方便。而且易于扩展和 升级更多功能。其中的图片解码功能是通过软件模拟实现，不依赖于硬件，这样使系统具有良好的 灵活性和适应性，易于移植。 宜春学院物理科学与工程技术学院毕业设计 2 2 方案设计与选择方案设计与选择 2.1 数码相框主流设计方案数码相框主流设计方案 目前，国内外数码相框的设计方案主要有以下几种1： （1）采用 ARM+JPEG 硬件解码器作为核心处理系统，解码速度快，图片显示速度比较快捷， 支持 MPEG1、MPEG4；在 USB 接口方面，支持 USB2.0 Slave 和 USB1.1 Host；在音频处理方面， 支持 mp3、wma、wav、aac、ape、flac、alac 等音频播放。这类数码相框性能比较全面，包括图片 显示播放，音视频播放，存储卡的支持，USB 等多种功能，而且功耗低，图片分辨率也比较高。 （2）采用单芯片处理系统，PCB 板结构简单，支持 JPEG、BMP、GIF 以及 MP3、MP4 的播 放。这类数码相框一般成本低，但是图片显示效果不太理想。 （3）采用嵌入式的构架来做数码相框，采用纯硬件解码 JPEG，对图像的任何编辑操作均通过 硬件来实现，这类数码相框图像处理速度快，支持图像的分辨率也比较高。但与第一类方案相比， 功能单一，娱乐性能受到限制。 在国内，数码相框的产品更注重多功能，因为国内用户更倾向于一机多用，即一种电子产品具 有多种功能。但是国外尤其是欧美的用户，更倾向于简洁、实用的电子产品。例如爱国者的“双屏 数码相框”研发的目标就是仅仅把数码相框的“照片展示”特性发挥到极致，使照片在数码相框上 的显示效果多种多样。事实证明，这类数码相框产品也会越来越受人们的喜欢，因此，数码相框的 发展也在朝这方面不断的创新和发展。 2.2 本课题设计方案介绍本课题设计方案介绍 以上方案都是比较成熟的方案，在市场上利用这些方案制作的数码相框也比较多，其功能也比 较全面，一般具有图片浏览、音频播放、视频播放、游戏娱乐等功能。满足大多数消费者对功能的 要求，其主控芯片一般都是采用 ARM 或者 DSP 等高级单片机。而采用单片机设计的数码相框虽然 没有 ARM 或者 DSP 设计的数码相框那么高级，功能没有那么多，但是也有其优越性，成本低、易 于开发、功能扩展方便。特别是现在单片机处理速度也越来越快，内部资源越来越丰富，ROM 和 RAM 也都比较大。所以利用单片机设计一个简易数码相框还是有研究意义的。 基于以上原因，本设计选择的是以 STC12C5A60S2 单片机，搭载 FATFS 文件系统，将存储与 SD 卡中的 BMP 图片解码并通过单片机控制液晶显示屏将图片显示出来，并且在显示速度上能够满 足要求，完全显示一幅图片一般不能超过 5 秒，否则就没有研究意义了，试想一下如果显示一幅图 片需要 7、8 秒甚至上 10 秒，那是很糟糕的。 此方案有两个方面优点。一是制作成本低，硬件结构简单，设计方便，易于