STM32的雙模時(shí)間同步系統(tǒng)顯示方法研究＊

楊會(huì)玲，張福第，王磊

（1.蘇州科技學(xué)院，蘇州215009；2.中國(guó)人民解放軍63861部隊(duì)）

楊會(huì)玲（講師），主要研究方向?yàn)楣怆姕y(cè)控與數(shù)字圖像處理。

引 言

時(shí)間同步系統(tǒng)多采用模式單一的GPS 接收衛(wèi)星信號(hào)［1］。雖然GPS衛(wèi)星覆蓋范圍寬、使用領(lǐng)域廣，但是由于其受美國(guó)控制，導(dǎo)致安全性、自主性較差。此外，時(shí)間同步系統(tǒng)大多采用12 864點(diǎn)陣屏顯示，分辨率為128×64，顯示內(nèi)容少（只夠顯示時(shí)間信息），色彩單調(diào)，已無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)需求。因此，本文提出一種基于720P 大分辨率TFTLCD的北斗／GPS時(shí)間同步系統(tǒng)液晶顯示方法。

1 系統(tǒng)顯示方案

系統(tǒng)顯示方案包含4個(gè)模塊：衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接收、時(shí)間信息解碼、信息顯示和用戶(hù)按鍵選擇。系統(tǒng)框圖如圖1所示。北斗／GPS模塊接收到衛(wèi)星信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信息傳送給STM32主控制器，主控制器通過(guò)解碼模塊解出時(shí)間、定位等信息并發(fā)送給液晶模塊顯示［2－4］，用戶(hù)可以通過(guò)外置按鍵來(lái)選擇系統(tǒng)工作方式。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主控制器采用ST 公司的STM32F103系列，基于32位的ARM Cortex－M3內(nèi)核，最高工作頻率可達(dá)72 MHz，存儲(chǔ)器最高可達(dá)512KB，具有2個(gè)直接內(nèi)存訪問(wèn)控制器（DMA）、7個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADCI、SPI、5個(gè)UART 接口，采用串行單線（SWD）和JTAG 接口調(diào)試。北斗／GPS導(dǎo)航芯片采用UniStrong的XDXP50－BG，具有靈敏度高、功耗低等特點(diǎn)，能夠完成高精度定位、測(cè)定速率、提供時(shí)間等功能，模塊支持北斗和GPS雙頻點(diǎn)，雙32通道運(yùn)行，數(shù)據(jù)輸出符合NMEA0183，數(shù)據(jù)每1s刷新1次，模塊與主控制器采用異步通信接口。液晶使用TFT－LCD，其型號(hào)為MD050SD，采用8080時(shí)序16位并行總線接口，分辨率達(dá)1280×720P，顯示面板16M 色彩，集成8頁(yè)顯存。模塊內(nèi)部采用CPLD＋SDRAM 方式驅(qū)動(dòng)RGB接口顯示屏，具有超強(qiáng)抗干擾能力，可滿(mǎn)足工業(yè)級(jí)要求。此外系統(tǒng)輸入采用按鍵方式，連線方便，編程簡(jiǎn)單。系統(tǒng)硬件連接如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件示意圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 時(shí)間解碼程序設(shè)計(jì)

北斗／GPS模塊可提供標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183數(shù)據(jù)信息，主控制器STM32F103通過(guò)設(shè)置北斗／GPS模塊參數(shù)使模塊輸出GPRMC格式信息，格式如表1所列。

表1 XDXP50－BG輸出幀格式

主控制器解析數(shù)據(jù)幀主要根據(jù)狀態(tài)機(jī)的檢測(cè)方法，當(dāng)檢測(cè)到＄GPRMC幀頭時(shí)，進(jìn)入解碼狀態(tài)機(jī)；檢測(cè)到第一個(gè)“，”字符時(shí)，進(jìn)入時(shí)間狀態(tài)機(jī)，將時(shí)分秒賦給時(shí)間變量；檢測(cè)到第二個(gè)“，”字符時(shí)，進(jìn)入定位狀態(tài)機(jī)，根據(jù)字符判斷是否定位成功；檢測(cè)到第三個(gè)“，”字符時(shí)，進(jìn)入緯度狀態(tài)機(jī)，將緯度賦給相應(yīng)變量；之后按照上述思想，檢測(cè)“，”字符從而進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)機(jī)完成信息的提取。時(shí)間解碼流程圖如圖3所示。

3.2 TFT－LCD基本時(shí)序操作程序設(shè)計(jì)

同步時(shí)間系統(tǒng)顯示采用MD050SD 液晶，省去了一般TFT 所需要的煩瑣初始化代碼，僅需一次復(fù)位操作就可以開(kāi)始工作。液晶顯示的本質(zhì)是STM32主控制器對(duì)液晶上坐標(biāo)點(diǎn)的操作，根據(jù)圖4～圖6 的TFT－LCD時(shí)序圖對(duì)其片選（CS）信號(hào)、數(shù)據(jù)／命令（RS）信號(hào)、讀寫(xiě)（WR）信號(hào)進(jìn)行操作，將點(diǎn)的行列坐標(biāo)分別寫(xiě)入行列地址寄存器，確定點(diǎn)的行列坐標(biāo)后，向數(shù)據(jù)通道寫(xiě)入色彩值完成對(duì)液晶點(diǎn)的操作，流程圖如圖7所示。

根據(jù)線的起點(diǎn)終點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算直線的坐標(biāo)增量，設(shè)置直線單步方向，選取基本增量坐標(biāo)，從而計(jì)算出所畫(huà)直線上點(diǎn)的坐標(biāo)，調(diào)用畫(huà)點(diǎn)函數(shù)完成直線的繪畫(huà)，流程圖如圖8所示。利用字模軟件獲得字符編碼，根據(jù)字符編碼以繪點(diǎn)函數(shù)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)化字符顯示程序結(jié)構(gòu)。判斷字符字模數(shù)據(jù)的每個(gè)位，為0時(shí)，不對(duì)此坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行操作，為1時(shí)，調(diào)用畫(huà)點(diǎn)函數(shù)進(jìn)行繪點(diǎn)操作。具體流程圖如9所示。

圖3 時(shí)間解碼流程圖

圖4 TFT－LCD寫(xiě)行地址時(shí)序

圖5 TFT－LCD寫(xiě)列地址時(shí)序

圖6 TFT－LCD寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)時(shí)序

3.3 系統(tǒng)信息顯示程序設(shè)計(jì)

STM32F103通過(guò)對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星定位信息解碼，得到當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、以及經(jīng)緯度等信息，通過(guò)調(diào)用TFT－LCD 字符顯示函數(shù)，在液晶上顯示這些信息。通過(guò)按鍵選擇系統(tǒng)同步時(shí)間方式以及主控制器、紅外、伺服電機(jī)等外觸發(fā)頻率參數(shù)設(shè)置。流程圖如圖10所示。

圖7 畫(huà)點(diǎn)函數(shù)流程圖

圖8 畫(huà)線函數(shù)流程圖

9 顯示字符流程圖

圖10 信息顯示流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)實(shí)物顯示界面如圖11所示，顯示包括時(shí)間、日期、主控制器給時(shí)間同步系統(tǒng)的頻率、時(shí)間同步系統(tǒng)給外部的觸發(fā)頻率和延時(shí)修正，以及當(dāng)前時(shí)間同步系統(tǒng)的GPS、北斗衛(wèi)星連接狀態(tài)，顯示內(nèi)容豐富、色彩多樣，整屏刷新速率可達(dá)30f／s。

圖11 系統(tǒng)實(shí)物顯示界面

結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了北斗／GPS 雙模時(shí)間同步以及STM32F103利用FSMC 接口驅(qū)動(dòng)TFT－LCD 顯示方法，這種顯示方法簡(jiǎn)化了TFT－LCD顯示程序，提高了顯示效率，有效地解決了時(shí)間同步系統(tǒng)顯示內(nèi)容少、顯示刷新延時(shí)長(zhǎng)、色彩單一等問(wèn)題。TFT－LCD 的接口函數(shù)和字庫(kù)具有很高的可移植性，對(duì)液晶顯示開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

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