一種低功耗的便攜式人機界面系統(tǒng)

在全站儀應(yīng)用于飛機的測量過程中，常會涉及到計算，以滿足不同的應(yīng)用環(huán)境與測量要求。本文選用了意法半導(dǎo)體公司基于ARM最新Cortex—M3內(nèi)核的STM32F103RB作為主控芯片，通過選擇合適的液晶模塊，構(gòu)建了一個高性能低功耗的中文人機界面系統(tǒng)。根據(jù)在全站儀應(yīng)用于飛機的測量過程中的實際需要，設(shè)計了用于測量計算的人機界面系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，采用的處理器內(nèi)核為ARM最新的Cortex—M3，它基于最新ARMv7架構(gòu)，采用了至今為止最小的ARM內(nèi)核，有效地降低了系統(tǒng)功耗。

　　1 系統(tǒng)的工作原理

　　本系統(tǒng)以STM32F103RBT6為核心，采用晶彩光電的AM240320TFT液晶屏作為顯示器，完成內(nèi)容的顯示，由于STM32F103RBT6內(nèi)部Flash為128 K，如果用來儲存漢字字庫，對芯片資源是一種極大的浪費，所以本文中采用微控制器外掛SPI接口Flash的設(shè)計思路，將不用重復(fù)改變的中文字庫存放在外部Flash芯片里面，需要時再通過SPI口調(diào)入處理器。由于STM32F103RBT6不帶有FSMC，所以采用軟件模擬總線的方法，完成對液晶模塊的驅(qū)動。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 供電部分電路

　　由于整個系統(tǒng)采用3.3 V供電，所以必須外部穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定到3.3 V，本設(shè)計中采用三端穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3，將外部電池電壓穩(wěn)定為3.3 V位系統(tǒng)提供電源，為處理器、液晶顯示器、SPI Flash供電，采用二極管IN4007串接在電源正極，為系統(tǒng)提供電源反接保護。供電部分原理圖如圖1所示。

　　2.2 液晶顯示部分電路設(shè)計

　　液晶顯示部分主要由微控制器驅(qū)動液晶顯示模塊完成人機界面狀態(tài)的顯示，通過發(fā)送命令字，完成液晶模塊的初始化以及漢字的顯示。

　　2.2.1 STM32F系列ARM微控制器的特點

　　STM32處理器采用ARM公司最新的V7體系架構(gòu)的內(nèi)核Cortex—M3，它的速度比ARM7快三分之一，功耗低四分之三，同時集成了分支預(yù)測，單周期乘法，硬件除法等功能，大大地提高了處理器的數(shù)據(jù)處理能力，同時采用最新的Thumb-2指令集，有效地降低了代碼的密度，提高了程序的執(zhí)行效率，通過對功耗和性能的分析，本文中采用的處理器為STM32F103RBT6，該處理器工作頻率為72 MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達128 K字節(jié)的閃存和20 K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到2條APB總線的外設(shè)。供電電壓2.0～3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求，達到了性能和功耗的平衡。

　　2.2.2 TFT液晶顯示模塊的特點

　　TFT液晶顯示屏是薄膜晶體管型液晶顯示屏。TFT液晶為每個像素都設(shè)有一個半導(dǎo)體開關(guān)，每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而每個節(jié)點都相對獨立，并可以連續(xù)控制。不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時可以精確控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更真。

　　由于大多數(shù)帶有LCD控制器的ARM處理器都沒有內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，而一般的Cortex—M3內(nèi)核微控制器都不帶有專門的LCD控制器，對于不帶有LCD控制器的系統(tǒng)，一般長常用Intel 8080接口或者Motorola的6800接口，本系統(tǒng)中采用STM32高速的IO口模擬8080接口時序。綜上所述，選用的TFT液晶必須滿足兩個條件，第一，帶有獨立的顯存。第二，帶有8080接口。設(shè)計中采用了臺灣采用晶彩光電的AM2403 20TFT液晶屏，它的主控制芯片為ILI9320，自帶總大小為172 820(24Ox320x18/8)的顯存，模塊的16位數(shù)據(jù)線與顯寸的對應(yīng)關(guān)系為565方式，它支持包括8080接口在內(nèi)多種控制輸入信號。

　　STM32采用外部8 MHz的晶振作為輸入時鐘，內(nèi)部鎖相環(huán)將時鐘倍頻到72MHz作為系統(tǒng)時鐘，采用GPIO口模擬8080時序并行驅(qū)動2.8寸TFT屏，顯示部分的處理器和液晶顯示器的硬件電路接口電路如圖2所示。

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