基于STM32的新型視力儀的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于STM32的新型視力儀的設(shè)計摘 要：本文設(shè)計了一種新型的視力恢復(fù)儀器，該系統(tǒng)采用STM32F103ZET6芯片作為控制器件，LED點陣屏作為顯示器件，通過觀察顯示屏上的特殊圖形調(diào)節(jié)眼睛的緊張程度，緩解疲勞，恢復(fù)視力。本文對儀器的治療原理、硬件結(jié)構(gòu)、軟件編程方法都做了詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞：STM32芯片；LED點陣屏；恢復(fù)視力中圖分類號：TFP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0 引言隨著信息化時代的到來，現(xiàn)代人的視力普遍下降，尤其青少年更為嚴(yán)重，這將直接影響到他們的學(xué)習(xí)、生活和工作。近年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了多種治療近視的方法，但這些方法都存在著一定的弊端，有的治療效果不顯著，有的則會

2、對人眼造成傷害。本文所設(shè)計的新型視力恢復(fù)儀是以人眼的醫(yī)學(xué)理論知識和治療原理為研究基礎(chǔ)，利用ARM單片控制LED點陣屏顯示各種醫(yī)學(xué)中常用的遠(yuǎn)眺圖，利用這些圖形和屏幕發(fā)出的低強度光線來刺激視網(wǎng)膜，使視神經(jīng)中樞興奮，從而達(dá)到矯正視力的目的。1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)的主要組成部分包括：STM32F103ZET6微處理器、LED點陣屏、刷卡模塊、液晶顯示模塊、語音模塊、按鍵模塊等1，如圖1所示。LED點陣屏用于顯示多種動態(tài)、靜態(tài)圖形，這些圖形都是醫(yī)學(xué)上用于恢復(fù)和保護(hù)視力的特殊圖形。STM32F103ZET6微處理器1是系統(tǒng)的核心器件，其主要功能是存儲大量的圖形數(shù)據(jù)，控制LED點陣屏的顯示，和對其它模塊的

3、控制。RFID刷卡器的設(shè)計使視力恢復(fù)儀具有自助的功能，既節(jié)省了人力成本又提高了儀器的使用效率。刷卡器模塊STM32F103ZET6微處理器LED點陣屏語音模塊液晶顯示模塊按鍵模塊SD卡圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 微控制器的選擇當(dāng)點陣屏的像素點超過1024128容量時，特別是顯示動態(tài)效果時，要求MCU運算速度快、代碼執(zhí)行效率高，51系列單片機硬件資源有限已不能適應(yīng)這種要求。因此，選用了基于ARM Cortex_M3內(nèi)核的32位微控制器STM32F103VET62，如圖2、3所示，其主頻可達(dá)到72MHZ，數(shù)據(jù)、指令分別走不同的流水線，確保CPU運行速度最大化。另外，芯片的存儲量大，5

4、12K片內(nèi)FLASH，64K片內(nèi)RAM，片內(nèi)FLASH支持在線編程。資源豐富，運算速度快，功耗低，具有這些特點STM32F103VET6完全可以滿足系統(tǒng)的控制要求3。 圖2 STM32F103VET6芯片 圖3 STM32F103VET6引腳2.2 LED點陣屏的設(shè)計LED顯示屏的總點數(shù)為128*128，是由8塊點陣單元屏構(gòu)成的，如圖5所示。每個點陣單元屏主要由32塊8*8LED模塊、32片74HC595、8片4593、2片74HC245、2片74HC138組成4,5，如圖4所示。點陣單元屏按電路分為接口電路、驅(qū)動電路、譯碼電路。74HC138為譯碼芯片，將串行信號進(jìn)行譯碼，進(jìn)而將行點亮信號傳

5、送至顯示模塊。74HC595為LED驅(qū)動芯片，可為發(fā)光二極管提供足夠的驅(qū)動電流和匹配的電平，并且能夠鎖存列掃描信號。74HC245為功放芯片，點陣顯示模塊是由多塊串接在一起的，而控制信號比較弱，在信號傳遞過程中需要進(jìn)行功率放6,7。 圖4 LED模塊 圖5 點陣單元屏（32塊LED） 圖6 SD卡接口電路2.3 SD卡的讀寫 系統(tǒng)的控制板中帶有SD卡接口，SD卡主要用來存儲LED點陣屏上所顯示的文字、圖形的字庫文件和操作的文本文檔，如圖6所示。STM32F103自帶的SPI接口，就可以讀取SD卡的內(nèi)容，最大通信速度可達(dá)18Mbps，可傳輸數(shù)據(jù)2M/s字節(jié)以上。SPI是一種高速的、全雙工、同步的

6、通信總線，在芯片的管腳上只占用4根線，節(jié)省了芯片的資源。2.4 RFID刷卡器的設(shè)計本文設(shè)計的視力恢復(fù)儀主要應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院等公共場所，因此采用了刷卡的方式來實現(xiàn)對儀器的操作，每刷一次卡就可以完成一次眼部訓(xùn)練，不需要工作人員參與，操作者自己就可以獨立完成，既簡便，又快捷。本系統(tǒng)采用了RFID刷卡器，主要由RC522芯片、射頻識別天線及輔助電路組成，其功能是完成對IC卡識別、讀取卡中的數(shù)據(jù)。RFID刷卡器的核心器件是 RC522集成射頻讀寫芯片8，如圖7所示，它是NXP公司專門研制的用于讀寫卡芯片，工作頻率為13.56MHz，工作模式支持ISO 14443A標(biāo)準(zhǔn)，芯片內(nèi)部驅(qū)動器可以直接驅(qū)動閱讀器

7、的天線，無需其他電路。RC522具有3種接口模式：SPI接口模式、UART模式和I2C總線模式。其中SPI模式的通信速度最快，可達(dá)到10Mb/s，在本系統(tǒng)中RC522與STM32微處理器之間的通信接口采用的是SPI模式。STM32F103VET6的PA9、PA10端口連接到RC522，實現(xiàn)了單片機與RC522的通信，RC522內(nèi)部接收器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到通信接口由微控制器進(jìn)行讀取9。2.5 按鍵及LCD顯示電路按鍵電路主要功能是完成把微處理器從低功耗模式喚醒并進(jìn)行讀卡操作。本系統(tǒng)的按鍵電路選用由1個電阻、1個電容和1個按鍵組成的簡易鍵盤，按鍵電路的

8、輸出端接到微處理器具有邊沿中斷功能的端口，當(dāng)按鍵按下時，觸發(fā)單片機中斷，執(zhí)行讀卡操作。LCD顯示模塊對卡號、余額、儀器功能設(shè)置、眼部訓(xùn)練的圖形等相關(guān)信息進(jìn)行顯示。考慮到系統(tǒng)的低功耗，選用了LCD12864芯片8，如圖8所示。它可以在3V電壓下工作，不僅能顯示英文，還能顯示漢字，做到了信息的全中文顯示。 圖7 RC522電路圖 圖8 LCD顯示電路3 智能視力儀的軟件設(shè)計對于智能視力儀的具體操作，首先采用自助刷卡的形式進(jìn)入系統(tǒng)，同時液晶顯示屏和語音提示操作者查看以前記錄和調(diào)出圖形進(jìn)行當(dāng)前訓(xùn)練，這些功能的實現(xiàn)主要是靠軟件來完成，其程序流程如圖9所示10： 開始系統(tǒng)初始化液晶顯示“刷卡進(jìn)入”是否刷卡

9、？是否有余額？無否選擇按鍵ABCD?A鍵動態(tài)圖形C鍵上一組B鍵靜態(tài)圖形D鍵下一組N返回NNN返回YYYY返回返回圖9 軟件流程圖4 結(jié)束語本文提出了一種基于雙色LED顯示屏的智能視力儀的設(shè)計與實現(xiàn)方法，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中用到的硬件模塊、LED點陣顯示模塊和編程流程圖。本設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單、模塊性好、擴展容易的特點。采用該方法能清晰、靈活的顯示各種動靜態(tài)圖形，滿足了儀器的使用要求。參考文獻(xiàn)：1 馬取,李瑞金,劉會釗.基于ARM在LED屏中的綜合應(yīng)用J. 煤礦械, 2012,33(03):220-223.2 劉凱. ARM嵌入式接口技術(shù)應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.3 劉志龍，吳昊. STM32F103ZET6芯片在LED顯示屏控制應(yīng)用中的探索J. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014,4:30-314吳友明. LED應(yīng)用技術(shù)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.5張玉杰,馬立云,張賀艷. 基于ARM和FPGA的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 計算機測量與控制，2009,17(12):2429-2431.6鄭雅偉. LED電子顯示屏的設(shè)計J. 山西科技，2012,27(2):75-76.7李曉穎,蔣東方,李云嬌.儀器儀表點陣式LED顯示屏設(shè)計J. 液晶與顯示，2011,26(6):764-767.8彭赟,鄧志良. 基于2.4G射頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離考勤讀卡器