基于STM32的液晶屏顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)

文/李崇 宋宇寧 欒顯曄 姜淇 李嘉巍

隨著智能化水平不斷提高，越來越多的醫(yī)療設(shè)備開始具備數(shù)據(jù)通信和可視化的功能，以方便現(xiàn)場監(jiān)視和集中監(jiān)控、提高操作安全性。但醫(yī)療康復(fù)設(shè)備操作這種產(chǎn)品的可視化功能設(shè)計還不夠成熟，集中于界面的數(shù)據(jù)及圖片更新無法實現(xiàn)單獨控制，短時間內(nèi)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步更新，及界面更新時刷新速度慢導(dǎo)致拖尾等問題，尚不能滿足人性化需求。

本文設(shè)計了一種基于STM32的液晶屏圖像顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)，對液晶屏顯示窗口分區(qū)劃分處理，區(qū)域之間互不干擾，解決了刷屏速度慢的問題。采用ModBus RTU協(xié)議實時傳輸數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛿?shù)據(jù)處理的靈活性。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

液晶屏圖像顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該電路板采用意法半導(dǎo)體的STM32F103芯片作為主控芯片，通過串口與主控設(shè)備相連，通過操作ILI9341液晶屏控制芯片對LCD模塊進(jìn)行控制。薄膜按鍵采用矩陣式布線方式，應(yīng)用并行IO接口連接。

2 液晶屏顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本文選用的2.4寸液晶顯示屏。控制器型號為ILI9341，該控制器支持8/9/16/18位數(shù)據(jù)總線的MCU接口，6/16/18位數(shù)據(jù)總線的RGB接口，以及3/4線的SPI接口。MCU為主機(jī)，LCD采用并行接口控制模式，和MCU通過IO接口相連接。由于MCU只發(fā)不收，只需要連接片選信號線L_CS、寫使能輸入信號線S_WE、傳輸數(shù)據(jù)類型信號線L_D/C、主設(shè)備輸出線S_Dn（n=0～7）、液晶屏背光控制信號LED-A。本系統(tǒng)薄膜按鍵采用矩陣式布線結(jié)構(gòu)。

3 液晶屏顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本文液晶屏圖像顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)軟件設(shè)計如下：首先對液晶屏參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)模塊的功能以及對應(yīng)的MCU接口初始化，4*4矩陣分布按鍵逐行逐列掃描，根據(jù)鍵值切換液晶屏圖片區(qū)的內(nèi)容。模塊間通過判斷全局變量及狀態(tài)標(biāo)志位的值實現(xiàn)主設(shè)備狀態(tài)信息和液晶屏顯示的同步更新。

3.1 液晶屏圖像顯示

本系統(tǒng)中液晶顯示屏尺寸240*320，采用豎屏橫顯示方式。屏幕顯示內(nèi)容包括產(chǎn)品logo、圖片、連接狀態(tài)、剩余電量值和被控設(shè)備當(dāng)前的姿態(tài)角度值。為避免切換圖片時或動畫顯示時屏幕出現(xiàn)刷屏拖尾等問題，本文對此采用特殊分屏處理的方式。

首先對液晶屏模塊進(jìn)行初始化，用于功能的設(shè)定、清屏。創(chuàng)建兩個獨立的窗口，圖片窗口——用于圖片和動畫的顯示區(qū)，背景窗口——logo區(qū)和數(shù)據(jù)更新實時顯示區(qū)（除圖片區(qū)以外的區(qū)域即為背景窗口區(qū)）。

背景窗口的設(shè)置函數(shù)為void WM_SetSize()；圖片窗口的設(shè)置函數(shù)WM_HWINWM_CreateWindowAsChild()；在創(chuàng)建新窗口前必須調(diào)用函數(shù)WM_SetCreateFlags()，兩個窗口創(chuàng)建后必須添加窗口分離函數(shù)void WM_DetachWindow()，保持兩個窗口的獨立性，很好地解決了刷屏問題。

背景窗口的數(shù)據(jù)顯示區(qū)使用EDIT文本編輯框小工具進(jìn)行數(shù)值的顯示，并在背景窗口創(chuàng)建1ms定時器對數(shù)值定時更新。圖片區(qū)根據(jù)薄膜按鍵值的不同顯示不同的圖片內(nèi)容。logo區(qū)為產(chǎn)品的個性標(biāo)識。

3.2 ModBus RTU主站設(shè)計

本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸顯示板與上位機(jī)之間的通信采用Modbus RTU協(xié)議。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸顯示板作為主站，上位機(jī)作為從站。數(shù)據(jù)傳輸顯示板通過查詢方式進(jìn)行上位機(jī)數(shù)據(jù)的收集，并將設(shè)置、控制命令發(fā)送下去。上位機(jī)支持0x04、0x06兩種功能碼，分別可以實現(xiàn)讀保持寄存器、寫單個寄存器。

4 結(jié)語

圖1：液晶屏圖像顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本文提出了一種基于STM32的液晶屏圖像顯示及數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。與傳統(tǒng)的液晶屏顯示設(shè)備相比，該系統(tǒng)將液晶屏分成多個獨立的窗口，將固定圖形以及實時顯示數(shù)據(jù)分開處理，應(yīng)用窗口定時器實現(xiàn)文本編輯框內(nèi)數(shù)據(jù)的顯示，采用的Modbus RTU協(xié)議兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與硬件接口的通用性，有效的提高了實時數(shù)據(jù)的刷新速率，解決了液晶屏顯示易出現(xiàn)的拖尾等現(xiàn)象，極大的提升了用戶的體驗，在醫(yī)療康復(fù)設(shè)備的操作手柄中得到了廣泛的應(yīng)用。