数码相框的设计与实现
【摘要】本课题以MCS-51单片机为开发平台，针对SD卡移植一种开源的FATFS 文件系统，能自动对SD卡上的文件进行枚举，并对符合格式要求的图像文件进行读取操作。
本系统采用软件解码技术，实现对通用图像文件格式BMP进行解码操作，并使图像在彩色LCD显示屏上显示，同时通过按键控制图像播放模式，包括图片的切换以及循环显示。
该设计方案制作成本低，硬件构成简单，易于扩展和升级，其解码功能是通过软件模拟实现，这样使系统具有良好的灵活性、适应性以及实用性。
【关键词】STC12C5A60S2单片机，FAT FS文件系统，BMP软件解码，SD卡
Design and Realization of Digital
Photo Frame
【Abstract】Based with MCS-51 MCU Development Platform,the system transfers an open source file system named FATFS for the SD card.This file system can automatically enumerate the files of SD card and achieve read operation of the image file which meets the requirements of format. At the same time the system uses the software decoding to achieve the decoding operation of the common image file formats BMP. While the image can be displayed on the color LCD, through the key buttons,the system also can control the image playback mode,including the switch and cycle display. With low production costs and simple hardware ,this design is easy to expand and upgrade. Also the decoding function is achieved through software simulation, so that the system has good flexibility, adaptability and practicality.
【Key Words】STC12C5A60S2 MCU，FATFS FileSystem，BMP Software decoder，SD Card
目录
第1章绪论 (1)
1.1 选题背景 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.3 论文主要研究内容 (2)
第2章数码相框的硬件设计 (3)
2.1 系统总体硬件设计 (3)
2.2 单片机处理器模块 (4)
2.2.1 单片机小系统设计 (4)
2.3 SD卡模块 (5)
2.3.1 SD卡接口设计电路 (6)
2.4液晶彩屏显示模块 (6)
2.5按键模块 (7)
2.6 串口模块 (8)
2.7 电源电路 (8)
第3章数码相框的软件设计 (10)
3.1软件总体设计结构 (10)
3.2图像文件读取设计 (11)
3.2.1 SD卡初始化 (12)
3.2.2 SPI数据传输 (13)
3.2.3 FAT FS文件系统移植设计 (14)
3.3图像文件解码设计 (18)
3.3.1 BMP图像解码 (18)
3.4图像文件显示设计 (20)
3.4.1液晶彩屏初始化 (20)
3.4.2彩屏点阵显示设计 (21)
3.5控制模块 (23)
3.51 定时器初始化 (23)
3.5.2按键程序设计 (24)
第4章制作成果展示及分析 (26)
4.1 数码相框硬件制作成果及分析 (26)
4.2 图像显示结果及分析 (26)
结论 (28)
参考文献 (29)
附录A (30)
致谢 (31)
图目录
图2.1数码相框系统硬件设计结构 (3)
图2.2单片机小系统时钟电路设计结构.................................... 错误！未定义书签。
图2.3单片机小系统复位电路设计 (5)
图2.4 SD卡接口设计电路 (6)
图2.5单片机与SD卡接口连接电路 (6)
图2.6液晶彩屏设计电路 (7)
图2.7按键设计电路 (7)
图2.8串口设计电路 (8)
图2.9电源设计电路 (9)
图3.1主程序流程图 (11)
图3.2 SD卡初始化流程图 (12)
图3.3 SD卡图像数据读取流程 (14)
图3.4 FAT文件系统存储结构 (15)
图3.5 FAT FS读取文件流程图 (17)
图3.6点阵显示设计流程图 (23)
图4.1数码相框硬件制作成果图 (26)
图4.2 BMP图像解码前后对比图 (27)
第1章绪论
1.1 选题背景
近几年来，数码相机由于具有使用简便，拍摄效果好，可立刻观赏拍摄的照片，而且拍摄过程几乎不产生任何成本等优点，已经完全取代了传统相机。
而随着数码相机的普及，所拍摄的数码照片数量也越来越多。
大多数人都喜欢用存储器对数码相片进行保存，一是因为这些照片的打印成本要高于传统的照片，二是这些照片可以随时地放到电脑上进行修改和观赏。
但是随着相片数量的增加以及对这些相片的频繁使用，人们发现只能使用电脑工具处理这些照片变得十分局限。
因此，为了能够更方便的保存并观赏数码相机拍摄的照片，与之相对应的数码相框就应运而生了。
数码相框就是一个相框，不过它不用放进相片的方式来展示，它可以通过读卡器的接口从SD、MMC、CF、MS卡获取相片，然后通过一个液晶屏幕显示，并且它还具有保存、回放和循环浏览相片等功能。
它比普通的相框更灵活多变，也给现在日益使用的数码相片一个新的展示空间，是观看和分享数码照片的专用设备。
数码相框主要由CPU操作系统、存储器、解码器、显示屏和微控制器组成。
它的主要工作原理是通过CPU操作系统对外部或内部存储器中的图像信息进行解码，然后通过微控制器在显示器上显示图像。
1.2 国内外研究现状
2003年，国内第一款自主研发的“捷硕数码相框”在沪面市。
当时它可存储60幅图片，可定时、间隔、循环地以静态或动态的形式显示10英寸LCD照片，并具有放大、缩小、旋转等多种图片显示功能。
相框内还含有MP3播放功能。
这款数码相框的面世，为人们带来全新的数码理念。
随着数字科技技术的进步，数
码相框的技术发展也日趋成熟。
目前在国内外，数码相框系统设计的主流方案大概有三类[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。
总体来讲其性能普遍比较全面，在静态图片处理，动态影像处理，音频处理，存储卡的支持，USB以及扩展功能上基本都做到了全覆盖，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。
这类相框成本比较低廉，但在图片显示效果上存在的问题是对高像素图片的不支持，一般不高于600万像素。
(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，图像处理速度快，支持图像的像素也很高。
但与第一类方案相比相比，在扩展功能方面比较单一。
在国内，数码相框产品更多的是强调多功能，而国外特别是欧美的用户，对简洁、实用的产品更为青睐。
比如爱国者的“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”特性发挥到极限。
事实证明，这类数码相框产品也越来越受人们喜爱，随之而然，数码相框的发展也在朝这方面不断地创新和进化。
1.3 论文主要研究内容
本课题设计的数码相框主要以MCS-51单片机作为控制核心，采用软件解码功能，嵌入以FATFS文件系统，实现对存储在SD卡内的图像文件进行读取操作，并编写算法对通用的图像文件格式，例如BMP进行解码操作，然后通过MCS-51单片机驱动液晶显示屏，对解码后的图像进行显示。
此方案的优点在于两个方面。
一是制作成本低，硬件构成简单，设计方便。
二是易于扩展和升级。
其中的解码功能是通过软件模拟实现，这样使系统具有良好的灵活性和适应性。