基于stm32单片机的电子相册

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基于stm32单片机的电子相册

作者：张志成 王鹏飞

来源：《电子技术与软件工程》2016年第04期

摘 要 电子相册是结合了液晶显示技术、电视技术和数字存储技术的电子产品。它彻底改

变了传统纸质静态照片的单一显示方式，成为一款很受欢迎的新型个性电子产品。本论文设计

了一款电子相册，STM32控制模块用来操作SD卡的读写，驱动LCD液晶屏的显示；SD卡用

做图片资料的储存；LCD 液晶屏进行图片的显示。该设计通过CPU对SD卡中BMP、GIF、

JPG格式的图片进行处理，实现了由按键控制图片的切换，并以幻灯片形式在液晶屏上播放图

片的效果。

【关键词】电子相册 STM32单片机 液晶显示

1 引言

电子相册也叫做数码相框，是指可以不借助计算机能在LCD 液晶屏上显示图片的一种电

子产品。电子相册结合了数字电视技术、数字信号存储技术和LCD液晶显示技术，即将成为

最受欢迎的个性化数码产品之一。电子相册继承了相框的温情和数码的时尚，给人类的生活带

来了无穷的乐趣。鉴于电子相册广泛的用途，电子相册的开发具有重要的意义和市场价值。虽

然目前电子相册还没能普及，但随着数码照相机的普及，电子相册将成为必不可少的配套产

品，它也将会成为继电视机、计算机之后人们生活中不可或缺的第三类显示器件！本文提出了

一种基于STM32系列单片机 STM32F103RCT6的低功耗、低成本设计方案，该方案外围电路

简单，主要依靠软件实现各项功能。而STM32 更是具有价格低、自身外设丰富、实时性能

强、功耗低等特点。因此，进行基于STM32平台的电子相册的设计具有重要的实用价值和理

论意义。

2 硬件电路

本系统采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32作为主控制器，外扩SD卡、TFT彩屏以

及按键。STM32主控模块：主要用来读取存储模块中的数据，并且驱动LCD显示。液晶显示

模块：主要用来显示BMP、JPG等格式的图片。存储模块：主要用来存放BMP、JPG等格式

的图片。按键模块：主要用来对图片进行翻页。

2.1 STM32主控模块

本设计选用的STM32系列单片机 STM32F103RCT6 ，该芯片具有256KB闪存、48KB

RAM、8个定时器、3个SPI、5个串口、1个FSMC接口以及64个通用IO口。该芯片是基于

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ARM Cortex-M3内核的嵌入式处理器，其特点是高性能、低功耗、低成本。基于以上优点，

该设计采用此单片机作为主控芯片。

2.2 显示模块

本设计采用2.8英寸TFT-LCD屏作为显示模块，TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，该

显示屏具有亮度好、层次感强、颜色鲜艳、对比度高等特点，在手机、MP4等产品中得到了

广泛的应用。该显示屏采用ILI9341作为控制器，采用16位80并口与外部连接，选用触摸屏

专用芯片XPT2046，可实现触摸操作。

2.3 存储模块

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，已

经被广泛应用于许多电子产品中。例如数码相机、PDA和多媒体播放器等。SD卡体积小、重

量轻，但却有容量大、数据传输率快、移动灵活以及安全性高等特点。SD卡只能使用3.3V的

输入输出电平，故控制器一定要能够支持3.3V电压。设计中使用SPI模式，在SD卡收到复位

信号，同时CS为低电平时启用SPI模式。在SD卡初始化的时候，时钟周期最大不能超过

400KHZ。

3 系统的软件设计

该设计通过CPU对SD卡中的BMP、JPG等格式图片进行处理、读取，然后以幻灯片的

形式在TFT彩屏上显示出来，并通过按键控制图片的切换。该设计的总体流程图如图1所

示。

3.1 SD卡的读取

常用的文件系统有FAT12/16/32等，FAT12管理8M左右的空间， FAT16管理2G的空

间， FAT32管理2TB的空间。由于FAT32采用了更小的簇，这样就可以更有效的保存数据，

不会造成浪费。通常SD卡上的数据信息由MBR（有的也没有MBR）、DBR、FAT、FDT和

数据区5个部分组成。MBR称为主引导记录区， DBR为操作系统引导记录区，FAT称为文件

分配表，FDT称为文件根目录表。

SD卡在进行读写操作之前都必须首先对SD卡进行的初始化。初始化SD卡时，SPI的时

钟不能太快。在初始化之后，再提高SPI的速率。刚开始要先发送至少74个时钟信号，随后

就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式。SD卡的读写操作是通过发送SD

卡命令完成的。SPI总线模式支持单块（CMD24）和多块（CMD25）写操作，在需要读取SD

卡中的数据时，执行命令字CMD17，首先接收到第一个响应命令字节（0xFE），接着接收到

512个字节的SD卡数据，最后接收到2个字节的CRC验证码。

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3.2 液晶显示屏的控制

ILI9341液晶控制器的主要使用6个重要的命令：0XD3，是读ID4指令，用于读取LCD

控制器的ID；0X36，是存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向；0X2A，是

列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置横坐标；

0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置纵

坐标；0X2C，是写GRAM指令，在发送该指令之后，便可以往LCD的GRAM里面写入颜色

数据了，该指令支持连续写；0X2E，是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存

（GRAM）。

3.3 图片解码

我们常用的图片格式有很多，最常用的有三种：JPEG（或JPG）、BMP和GIF。其中

JPEG（或JPG）和BMP是静态图片，而GIF则是可以实现动态图片。

BMP（全称Bitmap）是Window操作系统中的标准图像文件格式。它采用位映射存储格

式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，故此，BMP图片文件占用的空间较大，

但是没有失真。BMP格式文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺

序。对于BMP格式的图片，我们采取从SD卡中边读取边解码显示的方式进行解码，一般

FAT32文件簇的大小都是512字节，所以我们以簇为单位读取图片信息，之后解码显示，接着

读取下一簇信息并在液晶上显示，直到读完最后一簇，我们的图片也就解码显示完毕

JPEG是Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组）的缩写，同BMP格式不同，

JPEG是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间。JPEG压缩技术非常先进，它

使用有损压缩方式除去多余的数据。而且JPEG是一种灵活的图像格式，可以调节图像的质

量，压缩比率通常可以处于在10∶1到40∶1之间，压缩率越高，图像的品质越差，反之，图

像品质就越高。JPEG格式主要压缩高频信息，同时较好的保留了色彩的信息，它可以支持

24bit真彩色，主要适用于互联网和连续色调的图像。JPEG的解码是一个很复杂的过程，该设

计中用到了FATFS的作者提供的一个的JPG/JPEG解码库：TjpgDec，只需3.5KB的FLASH

和3KB的RAM即可实现JPG/JPEG解码。JPEG/JPEG图像文件解码过程如下：首先从文件头

开始读出文件的相关信息；接着从图像数据流中读取一个编码单元（MCU） ，并提取里边的

各个颜色分量；将颜色分量从数据流恢复成矩阵数据；接下来对8×8 的数据矩阵进一步解码；

最后颜色系统YCrCb 向RGB 转换，排列整合各个MCU 的解码数据。

4 结论

本论文设计了一款基于STM32单片机的电子相册，该设计的主控芯片具有256KB闪存和

48KB RAM，时钟频率可达72MHz，并且集成了丰富的片内外设，功耗低，价格便宜。TFT

液晶触摸屏具有亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳等特点。该系统的硬件电路很简单，

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主要通过软件来实现具体的功能，最终设计了一款具有价格便宜，功能齐全，显示效果良好，

模块化结构的电子相册。

参考文献

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[5]刘军.例说STM32[J].北京：北京航空航天大学，2011（10）.

[6]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

作者单位

河西学院物理与机电工程学院 甘肃省张掖市 734000

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