STM32的雙模時間同步系統(tǒng)顯示方法研究＊

楊會玲，張福第，王磊

（1.蘇州科技學院，蘇州215009；2.中國人民解放軍63861部隊）

楊會玲（講師），主要研究方向為光電測控與數(shù)字圖像處理。

引 言

時間同步系統(tǒng)多采用模式單一的GPS 接收衛(wèi)星信號［1］。雖然GPS衛(wèi)星覆蓋范圍寬、使用領域廣，但是由于其受美國控制，導致安全性、自主性較差。此外，時間同步系統(tǒng)大多采用12 864點陣屏顯示，分辨率為128×64，顯示內(nèi)容少（只夠顯示時間信息），色彩單調(diào)，已無法滿足工業(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個模塊：衛(wèi)星導航信號接收、時間信息解碼、信息顯示和用戶按鍵選擇。系統(tǒng)框圖如圖1所示。北斗／GPS模塊接收到衛(wèi)星信號，將標準時標信息傳送給STM32主控制器，主控制器通過解碼模塊解出時間、定位等信息并發(fā)送給液晶模塊顯示［2－4］，用戶可以通過外置按鍵來選擇系統(tǒng)工作方式。

2 系統(tǒng)硬件設計

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72 MHz，存儲器最高可達512KB，具有2個直接內(nèi)存訪問控制器（DMA）、7個定時器、2個ADCI、SPI、5個UART 接口，采用串行單線（SWD）和JTAG 接口調(diào)試。北斗／GPS導航芯片采用UniStrong的XDXP50－BG，具有靈敏度高、功耗低等特點，能夠完成高精度定位、測定速率、提供時間等功能，模塊支持北斗和GPS雙頻點，雙32通道運行，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，其型號為MD050SD，采用8080時序16位并行總線接口，分辨率達1280×720P，顯示面板16M 色彩，集成8頁顯存。模塊內(nèi)部采用CPLD＋SDRAM 方式驅動RGB接口顯示屏，具有超強抗干擾能力，可滿足工業(yè)級要求。此外系統(tǒng)輸入采用按鍵方式，連線方便，編程簡單。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)軟件設計

3.1 時間解碼程序設計

北斗／GPS模塊可提供標準的NMEA0183數(shù)據(jù)信息，主控制器STM32F103通過設置北斗／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)機的檢測方法，當檢測到＄GPRMC幀頭時，進入解碼狀態(tài)機；檢測到第一個“，”字符時，進入時間狀態(tài)機，將時分秒賦給時間變量；檢測到第二個“，”字符時，進入定位狀態(tài)機，根據(jù)字符判斷是否定位成功；檢測到第三個“，”字符時，進入緯度狀態(tài)機，將緯度賦給相應變量；之后按照上述思想，檢測“，”字符從而進入相應的狀態(tài)機完成信息的提取。時間解碼流程圖如圖3所示。

3.2 TFT－LCD基本時序操作程序設計

同步時間系統(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，僅需一次復位操作就可以開始工作。液晶顯示的本質是STM32主控制器對液晶上坐標點的操作，根據(jù)圖4～圖6 的TFT－LCD時序圖對其片選（CS）信號、數(shù)據(jù)／命令（RS）信號、讀寫（WR）信號進行操作，將點的行列坐標分別寫入行列地址寄存器，確定點的行列坐標后，向數(shù)據(jù)通道寫入色彩值完成對液晶點的操作，流程圖如圖7所示。

根據(jù)線的起點終點坐標，計算直線的坐標增量，設置直線單步方向，選取基本增量坐標，從而計算出所畫直線上點的坐標，調(diào)用畫點函數(shù)完成直線的繪畫，流程圖如圖8所示。利用字模軟件獲得字符編碼，根據(jù)字符編碼以繪點函數(shù)為基礎，簡化字符顯示程序結構。判斷字符字模數(shù)據(jù)的每個位，為0時，不對此坐標點進行操作，為1時，調(diào)用畫點函數(shù)進行繪點操作。具體流程圖如9所示。

圖3 時間解碼流程圖

圖4 TFT－LCD寫行地址時序

圖5 TFT－LCD寫列地址時序

圖6 TFT－LCD寫顯示數(shù)據(jù)時序

3.3 系統(tǒng)信息顯示程序設計

STM32F103通過對導航衛(wèi)星定位信息解碼，得到當前標準時間、以及經(jīng)緯度等信息，通過調(diào)用TFT－LCD 字符顯示函數(shù)，在液晶上顯示這些信息。通過按鍵選擇系統(tǒng)同步時間方式以及主控制器、紅外、伺服電機等外觸發(fā)頻率參數(shù)設置。流程圖如圖10所示。

圖7 畫點函數(shù)流程圖

圖8 畫線函數(shù)流程圖

9 顯示字符流程圖

圖10 信息顯示流程圖

4 實驗結果

系統(tǒng)實物顯示界面如圖11所示，顯示包括時間、日期、主控制器給時間同步系統(tǒng)的頻率、時間同步系統(tǒng)給外部的觸發(fā)頻率和延時修正，以及當前時間同步系統(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30f／s。

圖11 系統(tǒng)實物顯示界面

結 語

本文介紹了北斗／GPS 雙模時間同步以及STM32F103利用FSMC 接口驅動TFT－LCD 顯示方法，這種顯示方法簡化了TFT－LCD顯示程序，提高了顯示效率，有效地解決了時間同步系統(tǒng)顯示內(nèi)容少、顯示刷新延時長、色彩單一等問題。TFT－LCD 的接口函數(shù)和字庫具有很高的可移植性，對液晶顯示開發(fā)具有一定的參考價值。

［1］黃翔，江道灼.GPS同步時鐘的高精度守時方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34（18）：75－77.

［2］黃有源，蔡超，林培杰.基于SOPC 技術的TFT－LCD 顯示系統(tǒng)的設計［J］.中國集成電路，2011（9）：53－56.

［3］湯莉莉，黃偉.基于STM32的FSMC 接口驅動TFT 彩屏設計［J］.現(xiàn)代電子技術，2013，36（20）：140－144.

［4］梁文禎.基于STM32的TFT－LCD 檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.機電工程技術，2011（6）：36－37.