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)。

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128K，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3．3V供電，所以必須外部穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定到3．3V，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3．3V位系統(tǒng)提供電源，為處理器、液晶顯示器、SPIFlash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。

圖1系統(tǒng)供電部分原理圖

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72MHz，內(nèi)置高速存儲器（高達128K字節(jié)的閃存和20K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Intel8080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AM240320TFT液晶屏，它的主控制芯片為ILI9320，自帶總大小為172820（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8MHz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。

圖2系統(tǒng)液晶接口原理圖

2．3、SPI接口Flash存儲疊的特點

由于在本系統(tǒng)中整個的漢字字庫需要存儲在外部Flash中，所以需要選擇一種Flash存儲芯片，F(xiàn)lash芯片選擇需要滿足以下要求。第一，盡量占用少的IO口，因為液晶顯示器已經(jīng)采用了并行接口，如果繼續(xù)選用并行接口的Flash，對芯片的IO消耗較大，這樣勢必要選用IO更多的芯片，對于便攜式設(shè)備來說，這是不合理的，所以本系統(tǒng)的設(shè)計過程中選用的Flash為SST公司的SST25VF080B，它采用SPI接口，SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，本文中的SPIFlash采用美國SST公司的SST25VF080B芯片，容量為8M位，它工作電壓范圍為2．7～3．6V，工作在SPI模式0或者模式3，最高工作在50MHz，最小擦除單位為4K字節(jié)的扇區(qū)，可擦寫10萬次，數(shù)據(jù)保持100年以上。而STM32F103RBT6帶有高速的硬件SPI接口，可以很方便與SST25VF080B連接通信。所以我們采用SPIFlash來完成對漢字字庫的存儲，字庫存儲部分的硬件電路接口圖如圖3所示。

圖3SPIFlash接口部分原理圖

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件包括字庫的調(diào)用和TFT液晶顯示軟件設(shè)計兩個部分，字庫調(diào)用主要是通過STM32F103RBT6的SPI接口調(diào)用存儲在SST25VF080B中的中文字庫。TFT液晶顯示部分主要是通過STM32F103RBT6通用I／O口模擬16位的8080并口，實現(xiàn)對液晶顯示器的驅(qū)動，在軟件設(shè)計的過程中需要注意一個問題。就是不同字庫編碼的標(biāo)準(zhǔn)時不一樣的，所以在解碼時略有不同，常用的漢字字庫有GB2312字庫和GBK字庫兩種。

3．1、GB2312字庫和GBK字庫

GB2312收錄簡化漢字及符號、字母、日文假名等共7445個圖形字符，其中漢字占6763個。GB2312規(guī)定“對任意一個圖形字符都采用兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)均采用七位編碼表示”，習(xí)慣上稱第一個字節(jié)為“高字節(jié)”，第二個字節(jié)為“低字節(jié)”。GB2312—80包含了大部分常用的一、二級漢字，和9區(qū)的符號。該字符集是幾乎所有的中文系統(tǒng)和國際化的軟件都支持的中文字符集，這也是最基本的中文字符集。其編碼范圍是高位0xa1～0xfe，低位也是0xa1～0xfe；漢字從0xb0a1開始，結(jié)束于0xf7fe。GB2312將代碼表分為94個區(qū)，對應(yīng)第一字節(jié)（0xa1～0xfe）；每個區(qū)94個位（0xa1～0xfe），對應(yīng)第二字節(jié)，兩個字節(jié)的值分別為區(qū)號值和位號值加32（20H），因此也稱為區(qū)位碼。01～09區(qū)為符號、數(shù)字區(qū)，16～87區(qū)為漢字區(qū)（0xb0～0xf7），10～15區(qū)、88～94區(qū)是有待進一步標(biāo)準(zhǔn)化的空白區(qū)。GB2312將收錄的漢字分成兩級：第一級是常用漢字計3755個，置于16～55區(qū)，按漢語拼音字母／筆形順序排列：第二級漢字是次常用漢字計3008個，置于56～87區(qū)，按部首／筆畫順序排列。故而GB2312最多能表示6763個漢字。

而GBK內(nèi)碼完全兼容GB2312，同時支持繁體字，總漢字數(shù)有2萬多個，編碼格式如下，每個GBK碼由2個字節(jié)組成，第一個字節(jié)為0X81～0XFE，第二個字節(jié)分為兩部分，一是0X40～0X7E，二是0X80～0XFE。其中與GB2312相同的區(qū)域，字完全相同。把第一個字節(jié)代表的意義稱為區(qū)，那么GBK里面總共有126個區(qū)（0XFE～0X81+1），每個區(qū)內(nèi)有190個漢字（0XFE～0X80+0X7E～0X40+2），總共就有126x190=23940個漢字。點陣庫只要按照這個編碼規(guī)則從0X8140開始，逐一建立，每個區(qū)的點陣大小為每個漢字所用的字節(jié)數(shù)乘以190。這樣，就可以得到在這個字庫里面定位漢字的方法：

當(dāng)GBKL《0X7F時：Hp=（（GBKH-0x81）&TImes;190+GBKL-0X40）&TImes;（sizex2）；

當(dāng)GBKL》0X80時：Hp=（（GBKH-0x81）&TImes;190+GBKL-0X41）&TImes;（sizex2）；

其中GBKH、GBKLL分別代表GBK的第一個字節(jié)和第二個字節(jié)（也就是高位和低位），size代表漢字字體的大?。ū热?6字體，12字體等），Hp則為對應(yīng)漢字點陣數(shù)據(jù)在字庫里面的起始地址。