基于STM32的多功能畫板設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)綜合實(shí)踐報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于STM32的多功能畫板設(shè)計(jì)專 業(yè)： 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：摘要Cortex-M3是ARM公司為要求高性(1.25DhrystoneMIPS/MHz)、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的內(nèi)核。STM32 系列產(chǎn)品得益于Cortex-M3在架構(gòu)上進(jìn)行的多項(xiàng)改進(jìn)，包括提升性能的同時(shí)又提高了代碼密度的Thumb-2指令集和大幅度提高中斷響應(yīng)的緊耦合嵌套向量中斷控制器，所有新功能都同時(shí)具有業(yè)界最優(yōu)的功耗水平。本系統(tǒng)是基于 Cortex-M3 內(nèi)核的 STM32 微控制器的畫板設(shè)計(jì)，在硬件方面主要有最小系統(tǒng)板和TFTLCD液晶屏

2、，在軟件方面主要有TFTLCD液晶屏的驅(qū)動(dòng)，觸摸功能的驅(qū)動(dòng)，及濾波算法設(shè)計(jì)。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程包括電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)及調(diào)試技術(shù)，包括需求分析，原理圖的繪制，pcb 板的繪制，制板，器件采購(gòu)，安裝，焊接，硬件調(diào)試，軟件模塊編寫，軟件模塊測(cè)試，系統(tǒng)整體測(cè)試等整個(gè)開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程。關(guān)鍵字：STM32，TFTLCD液晶屏，畫板目錄1.系統(tǒng)描述41.1綜述41.2系統(tǒng)框圖51.3功能實(shí)現(xiàn)52.硬件設(shè)計(jì)62.1總體框架62.2STM32微控制器72.2.1芯片介紹72.2.2管腳圖72.2.3電路原理圖82.2.3.1STM32外圍電路82.2.3.2按鍵82.3液晶屏92.3.1TFT彩屏簡(jiǎn)介92.3.2原理圖

3、93.軟件設(shè)計(jì)103.1系統(tǒng)流程圖103.2主要函數(shù)介紹123.2.1主函數(shù)123.2.2觸摸屏函數(shù)介紹143.2.3LCD函數(shù)介紹154. 開(kāi)發(fā)與測(cè)試164.1開(kāi)發(fā)環(huán)境164.1.1硬件設(shè)備164.1.2軟件環(huán)境164.2開(kāi)發(fā)步驟164.2.1需求分析164.2.2芯片選擇174.2.3電路圖設(shè)計(jì)174.2.4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與測(cè)試174.3成果展示175.心得體會(huì)186.參考文獻(xiàn)191. 系統(tǒng)描述1.1 綜述本系統(tǒng)是基于STM32微控制器所設(shè)計(jì)的多功能畫板，該畫板具有基本的繪畫功能及畫布顏色的選擇，觸摸屏校正等功能。 整個(gè)系統(tǒng)模塊分為三個(gè)模塊：MCU 主芯片最小板、液晶顯示。MCU 是 STM

4、32 主芯片的最小板，上面有芯片工作需要的最少資源：時(shí)鐘控制電路、復(fù)位電路、JTAG 控制口以及與外圍電路相連的接口。液晶屏采用的是顯尚光電的DST2001PH TFTLCD，DST2001PH 的控制器為 ILI9320，采用26萬(wàn)色的TFTLCD屏，分辨率為320×240，采用16位的80并口。1.2 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)采用STM32F103RBT6作為微控制器，其外圍硬件模塊主要包括電源模塊微處理器模塊按鍵及液晶顯示屏接口。電源采用USB供電，在設(shè)計(jì)過(guò)程中用PC供電。其系統(tǒng)框圖如圖1.2所示。1.3 功能實(shí)現(xiàn)1. 基本繪畫功能，可以用手寫筆在液晶屏畫出一些簡(jiǎn)單的圖形；2. 屏幕矯正

5、，當(dāng)按下KEY0時(shí)即進(jìn)入屏幕矯正模式，按照指示用手寫筆點(diǎn)擊矯正標(biāo)志，四次后如果矯正成功則進(jìn)入繪畫模式，否則顯示誤差并繼續(xù)矯正；3. 畫布顏色選擇，每次進(jìn)入繪畫模式前都要進(jìn)行畫布顏色選擇，在按RST標(biāo)志后也可選擇畫布顏色；4. 畫筆顏色選擇；在繪畫模式下，可隨時(shí)點(diǎn)擊下方的畫筆顏色選擇區(qū)以選擇畫筆顏色。2. 硬件設(shè)計(jì)2.1 總體框架圖2.1為硬件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框架圖，核心板主要有微控器及其必要的外圍電路，還提供LCD的接口。2.2 STM32微控制器2.2.1 芯片介紹STM32F103RBT6增強(qiáng)型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器

6、(高達(dá)128K 字節(jié)的閃存和 20K 字節(jié)的 SRAM)，豐富的增強(qiáng) I/O 端口和聯(lián)接到兩條 APB 總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含 2 個(gè) 12 位的 ADC、3個(gè)通用 16 位定時(shí)器和一個(gè) PWM 定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè) I2C 和 SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè) CAN。其管腳圖如圖2.2.2所示：2.2.2 管腳圖圖2.2.2 STM32F103RBT6增強(qiáng)型LQFP管腳2.2.3 電路原理圖2.2.3.1 STM32外圍電路STM32微控制器的工作電路如圖2.2.3.1所示：2.2.3.1 STM32外圍電路原理圖2.2.3.2 按鍵WK_UP為電

7、路板的復(fù)位鍵連接PA0引腳，KEY0和KEY1分別接到芯片的PA13、PA15引腳。連接電路如圖2.3.2所示：圖2.3.2 按鍵電路2.3 液晶屏2.3.1 TFT彩屏簡(jiǎn)介TFT-LCD 即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT -LCD 與無(wú)源 TN-LCD、STN-LCD 的簡(jiǎn)單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無(wú)關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT -LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。該模塊有如下特點(diǎn)：

8、1. 2.4/2.8兩種大小的屏幕可選；2. 320×240 的分辨率；3. 16位真彩顯示；4. 自帶觸摸屏，可以用來(lái)作為控制輸入；5. 通用的接口。本設(shè)計(jì)采用2.8寸TFTLCD屏。2.3.2 原理圖TFTLCD工作電路原理圖如圖2.3.2.1和圖2.3.2.2所示：圖2.3.2.1 2.8寸TFTLCD模塊原理圖圖2.3.2.2 2.8寸TFTLCD模塊接口圖3. 軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后工作的流程圖如圖3.1所示：3.2 主要函數(shù)介紹3.2.1 主函數(shù)int main(void)u8 key;/變量定義u8 i=0; Stm32_Clock_Init(9);/系統(tǒng)

9、時(shí)鐘初始化delay_init(72);/延時(shí)初始化LCD_Init();/液晶屏初始化 KEY_Init();/按鍵初始化LED_Init(); /LED初始化 POINT_COLOR=BLUE;/畫筆顏色初始化Touch_Init();/觸摸功能初始化 Load_Drow_Dialog();/準(zhǔn)備桌面FillColorPad();/填充可選顏色面板 while(1) key=KEY_Scan();/掃描按鍵ScanColorPad();/掃描色板if(Pen_Point.Key_Sta=Key_Down)/如果觸摸屏被按下Pen_Int_Set(0);/關(guān)閉觸摸屏中斷doConvert_P

10、os();/AD轉(zhuǎn)換Pen_Point.Key_Sta=Key_Up;/清除觸摸屏狀態(tài)if(Pen_Point.X0>216&&Pen_Point.Y0<16)/RST被按下Load_Drow_Dialog();FillColorPad();/填充可選顏色面板e(cuò)lse Draw_Big_Point(Pen_Point.X0,Pen_Point.Y0);/畫圖GPIOC->ODR|=1<<1; /PC1上拉 while(PEN=0);/如果PEN一直有效，則一直執(zhí)行Pen_Int_Set(1);/打開(kāi)中斷else delay_ms(10);/延時(shí)10

11、msif(key=1)/KEY0被按下LCD_Clear(WHITE);/清屏 Touch_Adjust(); / 屏幕校準(zhǔn)Save_Adjdata(); /保存較準(zhǔn)過(guò)數(shù)據(jù)Load_Drow_Dialog();/初始化桌面FillColorPad();/填充色板i+;if(i=20)i=0;LED0=!LED0;/LED0閃爍; 3.2.2 觸摸屏函數(shù)介紹1. void Touch_Init(void)；外部中斷初始化函數(shù)2. void Touch_Adjust(void)；觸摸屏校正函數(shù)，得到四個(gè)校正參數(shù)3. void Save_Adjdata(void)；4. 保存較正參數(shù)；5. void

12、 Convert_Pos(void)；轉(zhuǎn)換結(jié)果，根據(jù)觸摸屏的校準(zhǔn)參數(shù)來(lái)決定轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，保存在X0，Y0中6. u16 ADS_Read_AD(u8 CMD)；SPI讀數(shù)據(jù)，從7843讀取ADC的值。3.2.3 LCD函數(shù)介紹1. void LCD_Init(void);初始化LCD2. void LCD_Clear(u16 Color);LCD清屏；3. void LCD_DrawPoint(u16 x,u16 y);畫點(diǎn)；4. void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2);畫線；5. void LCD_DrawRectangle(u16

13、 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2);畫一個(gè)矩形；6. void LCD_Fill(u16 sx,u16 sy,u16 ex,u16 ey,u16 color);在一個(gè)矩形中填充為color的顏色；7. void LCD_ShowString(u16 x,u16 y,const u8 *p);在某個(gè)坐標(biāo)位置顯示字符串。4. 開(kāi)發(fā)與測(cè)試4.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境4.1.1 硬件設(shè)備1. ULINK仿真器；2. 示波器；3. 萬(wàn)用表。4.1.2 軟件環(huán)境1. Altium Designer 13.1.2；2. mcuisp；3. Keil4 for MDK；4. 串口調(diào)試軟件 SSCOM

14、32.EXE4.2 開(kāi)發(fā)步驟4.2.1 需求分析根據(jù)本次的課程設(shè)計(jì)題目，為了與實(shí)際結(jié)合，同時(shí)增加趣味性和實(shí)用性，我們決定設(shè)計(jì)一款基于STM32的多功能畫板，除了完成基本的畫板功能外還可以實(shí)現(xiàn)許多拓展。4.2.2 芯片選擇l 微處理器方面選擇了 stm32f103RBT6 這款芯片，因?yàn)樗哂凶銐虼蟮拈W存和內(nèi)存，同時(shí)外圍接口豐富，便于擴(kuò)展功能。l TFTLCD方面選擇了2.8寸的帶有觸摸功能的顯示屏。，該模塊采用的是顯尚光電的DST2001PH TFTLCD，DST2001PH的控制器為ILI9320，采用26萬(wàn)色的TFTLCD 屏，分辨率為320×240，采用16位的80并口。因?yàn)檫@

15、是一款主流的而且不至于太昂貴的顯示屏。4.2.3 電路圖設(shè)計(jì)這一部分熟悉了 AltiumDesigner 的使用，包括原理圖的繪制以及 pcb 的繪制。同時(shí)也接觸到了一些基本元件，包括特性，封裝等。4.2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與測(cè)試首先在開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了一些基本功能，最后把所有用到的功能組合在一起，經(jīng)過(guò)調(diào)試就成功做出了預(yù)測(cè)的功能。4.3 成果展示作品在繪圖模式下屏幕顯示分為三大部分，其中包括RST按鍵區(qū)、繪畫區(qū)及畫筆顏色選擇區(qū)，具體如圖4.3所示：圖4.3 作品展示5. 心得體會(huì)首先非常感謝老師給了這樣一個(gè)題目，讓我們接觸到 Cortex-M3 這樣比較新的技術(shù)，讓我們有機(jī)會(huì)把課堂學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際過(guò)程中，而且在這過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)我對(duì)原先學(xué)到的理論知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)。雖然設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，每一步都會(huì)遇到許多挫折，時(shí)常被一些奇怪的問(wèn)題弄的暈頭轉(zhuǎn)向，但在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，以及成功后帶來(lái)的巨