摘要隨著芯片信息技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，便攜式電子設(shè)備在日常生活中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是在移動(dòng)閱讀領(lǐng)域。尤其是電子小說(shuō)閱讀器更受到用戶青睞。本次畢設(shè)主要圍繞以STM32微控制器為核心的嵌入式控制元件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款具有基本閱讀功能的小說(shuō)閱讀器。該項(xiàng)目旨在為用戶提供一種簡(jiǎn)潔、低功耗、可隨身攜帶的小說(shuō)閱讀器，主要適用于碎片化閱讀需求和可以保護(hù)眼睛的輕量級(jí)文本處理場(chǎng)景。本畢設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)以STM32F103RCT6單片機(jī)為主控芯片，外設(shè)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建了包括墨水屏顯示模塊、SPI_Flash存儲(chǔ)模塊、SD讀卡模塊，按鍵輸入模塊以及電源管理模塊在內(nèi)的完整硬件架構(gòu)。在編寫軟件方面，采用C語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)，基于HAL庫(kù)或者標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)底層驅(qū)動(dòng)，同時(shí)結(jié)合FatFs文件系統(tǒng)進(jìn)行文本數(shù)據(jù)的讀寫處理。為了提升用戶的閱讀和交互體驗(yàn)，小說(shuō)閱讀器也設(shè)計(jì)了翻頁(yè)、章節(jié)選擇等基礎(chǔ)功能，并配合中斷機(jī)制響應(yīng)用戶操作，確保系統(tǒng)運(yùn)行流暢穩(wěn)定。本項(xiàng)目從硬件架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模塊化等多個(gè)方面進(jìn)行全面組合。硬件部分重點(diǎn)分析了各模塊的接口和芯片的連接與電路的連線；軟件部分則介紹了程序框架、模塊化處理和各個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)實(shí)物仿真測(cè)試與各個(gè)功能驗(yàn)證，結(jié)果表明該小說(shuō)閱讀器能夠穩(wěn)定地讀取并顯示小說(shuō)的文本內(nèi)容，具有良好的可擴(kuò)展性和用戶友好性。關(guān)鍵詞：STM32；小說(shuō)閱讀器；嵌入式系統(tǒng)；文本顯示[14]。圖3.3晶振電路工作原理圖3）下載電路如圖3.6下載電路工作原理圖，此下載電路為基于SWD協(xié)議的調(diào)試接口，核心器件的引腳中，VCC和GND分別代表電壓和接地，為目標(biāo)芯片與調(diào)試器提供電源及基準(zhǔn)地；10kΩ上拉電阻R3、R4跨接于SWDIO和SWCLK信號(hào)端，將兩條通信線電平穩(wěn)定上拉至3.3V，抑制信號(hào)噪聲干擾并增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，確保調(diào)試器與目標(biāo)MCU間通信穩(wěn)定性。芯片接口的SWDIO和SWCLK直接連接MCU的對(duì)應(yīng)調(diào)試引腳，通過(guò)兩線制實(shí)現(xiàn)程序燒錄、在線調(diào)試及寄存器訪問(wèn)功能。圖3.4下載電路工作原理圖3.2.2文件模塊模塊電路設(shè)計(jì)SD讀卡器就是讀取sd存儲(chǔ)卡的設(shè)備。在市面上最常見的存儲(chǔ)卡SDMemory（SD卡），該存儲(chǔ)卡現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、\t"/item/SD%E8%AF%BB%E5%8D%A1%E5%99%A8/_blank"DV、MP4、MP3隨身聽、PDA掌上電腦、\t"/item/SD%E8%AF%BB%E5%8D%A1%E5%99%A8/_blank"多媒體手機(jī)，為了便于使存儲(chǔ)卡所攜帶資料能夠被更多人使用，讀卡器隨之產(chǎn)生REF_Ref17398\r\h[7]。讀卡器在本項(xiàng)目中，主要擔(dān)當(dāng)?shù)穆氊?zé)，只是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵陌逯校尯谙０婵梢詸z測(cè)到小說(shuō)數(shù)據(jù)，進(jìn)行在墨水屏顯示。如圖3.7所示:圖3.5讀卡器實(shí)物圖圖3.6讀卡器電路圖3.2.3顯示模塊電路設(shè)計(jì)微雪墨水顯示屏主要技術(shù)參數(shù)（1）分辨率為:296x128,灰度等級(jí)為2,其顯示內(nèi)容的顯示尺寸為66.89x29.05mm;（2）微雪墨水屏的工作電壓為：3.3V；（3）墨水屏的其局部刷新時(shí)間為0.3秒；全局刷新時(shí)間為2秒；刷新功耗為：26.4mW；（4）分別有黑，白兩種顯示顏色。微雪墨水顯示屏的引腳說(shuō)明表3.1：微雪顯示引腳引腳說(shuō)明引腳位置DINPA7CLKPA5CSPA4DCPA2RSTPA1BUSYPA3GND_1GNDVCC_13.3VPWRPA6如圖3.9所示:圖3.7微雪墨水顯示屏電路圖從上圖3.9可看到微雪墨水顯示屏模塊共有9個(gè)引腳，其中GND_1：連接系統(tǒng)電源地線。VCC_1：直連系統(tǒng)3.3V穩(wěn)壓電源，為微雪墨水顯示屏供電（注意不可接5V以防損壞）。CS:微雪顯示屏的從設(shè)備片選信號(hào)，由主設(shè)備控制。它的功能是選擇指定的從設(shè)備，讓主設(shè)備可以單獨(dú)地與特定從設(shè)備通訊，避免數(shù)據(jù)線上的沖突。CLK：串行時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生。DIN：數(shù)據(jù)線。該引腳在主模式下發(fā)送數(shù)據(jù)，在從模式下接收數(shù)據(jù)。BUSY:作為微雪顯示屏傳輸?shù)拿π盘?hào)處理。RST:作為顯示屏的復(fù)位引腳。DC：則是微雪顯示屏進(jìn)行發(fā)送命令或者數(shù)據(jù)的引腳。3.2.4供電電源電路設(shè)計(jì)供電電源電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。SW2作為機(jī)械式按鍵開關(guān)，常態(tài)下通過(guò)10KΩ限流電阻R5將PB9-PB4等GPIO引腳電平拉高至VCC_3V3（3.3V系統(tǒng)電源），當(dāng)按鍵按下時(shí)對(duì)應(yīng)引腳經(jīng)SW2接地產(chǎn)生低電平信號(hào)，形成高低電平轉(zhuǎn)換機(jī)制；R5限制開關(guān)導(dǎo)通電流防止IO口過(guò)流，通過(guò)檢測(cè)這些電壓變化實(shí)現(xiàn)狀態(tài)讀取。電路圖如圖3.10所示：圖3.8電源電路圖4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)程序環(huán)境分析本設(shè)計(jì)的基于STM32的小說(shuō)閱讀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的軟件開發(fā)平臺(tái)，本項(xiàng)目選擇使用Keil5，STM32CubeMX和VSCode等軟件搭配使用。Keil5軟件雖然是英文界面，且大多數(shù)操作界面比較讓人望而卻步，但是本人覺得Keil的價(jià)值，是任何其他編譯器無(wú)法替代的。其優(yōu)秀的編譯和仿真功能，是讓嵌入式工作最方便簡(jiǎn)潔的功能。本人認(rèn)為，只要熟練掌握了Keil這個(gè)軟件，才會(huì)讓它產(chǎn)生其應(yīng)有的價(jià)值。所以，本次項(xiàng)目依然會(huì)選擇Keil為主要編譯下載的選擇。整個(gè)程序的開發(fā)過(guò)程大概流程是先對(duì)各個(gè)硬件模塊進(jìn)行逐個(gè)仿真編譯下載，并且觀察其是否正常展示正常結(jié)果。再依次對(duì)各個(gè)硬件模塊進(jìn)行程序編寫，編寫出該項(xiàng)目的功能后，再根據(jù)各個(gè)模塊的先后順序，依次編譯下載。通過(guò)觀察現(xiàn)象，來(lái)反應(yīng)軟件編寫是否出現(xiàn)邏輯性問(wèn)題。4.2主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目選擇的是將所有功能串聯(lián)，分模塊編寫，最后再進(jìn)行封裝，最后形成主程序項(xiàng)目。本項(xiàng)目主要的是：利用SD卡讀卡模塊進(jìn)行讀取SD卡信息，再讀取文件，來(lái)在微雪顯示屏進(jìn)行顯示。系統(tǒng)的主程序流程序如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖4.3SD讀卡模塊流程圖開啟開關(guān)電源后，該模塊開始初始化，并從SD卡讀取小說(shuō)文件。STM32采用SPI方式進(jìn)行讀取SD卡的文件系統(tǒng)。通過(guò)獲取SD卡的文件，將文件中的漢字，打印出來(lái)。如圖4.2所示：圖4.2SD讀卡模塊流程圖SD讀卡模塊接口：voidGet_SDCard_Capacity(void)得到使用內(nèi)存并選擇格式化。首先，對(duì)SD卡進(jìn)行初始化；然后對(duì)SD卡進(jìn)行掛載；找出根目錄，并計(jì)算還有多少剩余空間voidWritetoSD(BYTEwrite_buff[],uint8_tbufSize)寫入SD卡。首先，對(duì)SD卡進(jìn)行初始化；然后對(duì)SD卡進(jìn)行掛載；打開文件，并查找文件指針，進(jìn)行文件寫入；關(guān)閉文件，并取消掛載。4.4微雪墨水顯示流程圖開啟開關(guān)電源后，顯示屏開始開機(jī)動(dòng)畫顯示。接著屏幕到達(dá)開始界面。通過(guò)主界面的應(yīng)用調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到小說(shuō)界面。打開小說(shuō)文件，進(jìn)行閱讀小說(shuō)。如圖4.2所示：圖4.3微雪顯示屏顯示流程圖SD讀卡模塊接口：intBoot_animation(void)開機(jī)動(dòng)畫接口。先初始化屏幕；創(chuàng)建一個(gè)圖像緩存，用來(lái)儲(chǔ)存圖片數(shù)據(jù)；創(chuàng)建一個(gè)顯示圖片的畫布；清屏；將圖片數(shù)據(jù)顯示在畫布上。VoidMain_interface(void)主界面接口。創(chuàng)建一個(gè)圖像緩存，用來(lái)儲(chǔ)存圖片數(shù)據(jù)；創(chuàng)建一個(gè)顯示圖片的畫布；清屏；將主界面的圖標(biāo)顯示在畫布上。

5實(shí)物制作和調(diào)試5.1硬件的焊接5.1.1焊接前的籌備工作焊接前，本項(xiàng)目先建立所需硬件的元器件清單表格，包含元器件的型號(hào)和規(guī)格以及數(shù)量。如表格5.1所示:表5.1：元器件表格元件位號(hào)名稱數(shù)量BUZZER1有源蜂鳴器1C1,C3,C6,C8,C9,C14,C16,C18,C21,C231uF電容10C2,C4,C5,C7,C10,C13,C17,C19,C20,C2210nF電容10C11,C12,C25,C2620pF電容4C15,C24100nF電容2U224C022LCD微雪墨水屏1R1,R121M電阻2R2,R5,R6,R7,R8,R910K電阻6STM32F103RCT6STM32F103RCT62KEY1,KEY2,KEY3按鍵2X1,X28MHz晶振2萬(wàn)用板2焊錫，導(dǎo)線，杜邦線若干電源線若干在焊接前，本人需要通過(guò)了解相關(guān)硬件相匹配的硬件資料以及芯片資料或者學(xué)習(xí)每個(gè)模塊的內(nèi)部電路圖，并了解各個(gè)模塊的功能，并結(jié)合整體的電路圖的圖紙，并且核對(duì)著電子元器件的要求，并與標(biāo)注的引腳進(jìn)行一對(duì)一焊接，確保每個(gè)焊接的焊盤與引腳之間的的準(zhǔn)確性和完整性。除此之外，本項(xiàng)目還要針對(duì)每個(gè)模塊的的連接的杜邦線連接線是否正確，有問(wèn)題的及時(shí)修改后再進(jìn)行重新焊接。5.1.2焊接布置本項(xiàng)目在焊接過(guò)程中，按照一個(gè)模塊一個(gè)模塊的順序依次進(jìn)行，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是多模塊的集成模塊，所以依次焊接完成即可。5.1.3器件焊接工作論述各個(gè)模塊的元器件的焊接，需要根據(jù)各模塊的區(qū)域，依次焊接。焊接的焊盤和連接點(diǎn)，必須焊接到位。本項(xiàng)目的焊接過(guò)程中，盡量避免虛焊或者將焊盤，元器件焊壞的情況。焊接完成后，通過(guò)肉眼觀察，是否有虛焊漏焊現(xiàn)象。5.1.4系統(tǒng)硬件調(diào)試在本項(xiàng)目焊接時(shí)，來(lái)檢查電路問(wèn)題的最常規(guī)的工具是：萬(wàn)用表。本項(xiàng)目可以用萬(wàn)用表來(lái)檢查電路中的電壓值，電流值和電阻值，也可以通過(guò)檢查電壓電流的大小是否合理，來(lái)檢查電路的元器件是否工作正常。當(dāng)元器件的電壓電流正常，在合理的范圍內(nèi)，才會(huì)讓元器件在正常情況下工作。如圖，可以真唱讓顯示屏出現(xiàn)合理的字體。如圖5.1所示:圖5.1硬件調(diào)試圖5.1.5系統(tǒng)軟件調(diào)試在編寫代碼時(shí)，本項(xiàng)目可以通過(guò)一種方式來(lái)判斷自己編寫代碼的正確性。軟件調(diào)試，在keil這款軟件中，一般可以通過(guò)上電調(diào)試和模擬調(diào)試。當(dāng)然，本項(xiàng)目采用先進(jìn)行Debug模擬調(diào)試，對(duì)基本邏輯進(jìn)行梳理，并能正確將代碼跑通；再進(jìn)行上電測(cè)試，接入電壓后，觀察各模塊是否可以在額定電壓下，正常運(yùn)行。Debug模擬調(diào)試時(shí)，本項(xiàng)目常借用的工具是，keil5的仿真功能。Keil5擁有強(qiáng)大的仿真功能，和各種數(shù)據(jù)采集處理工具。使用仿真模擬本項(xiàng)目的代碼，可以讓本項(xiàng)目對(duì)所有數(shù)據(jù)了然于胸。上電調(diào)試時(shí)，本項(xiàng)目最好借用有效的穩(wěn)壓電源。通過(guò)上電以后，測(cè)試出最真實(shí)的數(shù)據(jù)。在接入穩(wěn)壓電源時(shí)，最佳方案是，將電流控制在可靠的有效范圍內(nèi)，防止因?yàn)橐馔馐鹿驶蛘呓泳€錯(cuò)誤，導(dǎo)致電流過(guò)飽和，導(dǎo)致的過(guò)流燒壞各模塊的元器件。如圖5.4所示:圖5.2軟件調(diào)試圖5.2實(shí)物調(diào)試5.2.1核心板上電功能測(cè)試單片機(jī)上電以后，檢查核心板的所有模塊是否可以正常工作。檢查下載的端口，插上USB-JTAG下載線，或者ST-link線，來(lái)通過(guò)上電來(lái)測(cè)試核心板的下載功能。通過(guò)項(xiàng)目的測(cè)試代碼，在keil中點(diǎn)擊“Build”對(duì)代碼進(jìn)行編譯；再點(diǎn)擊“Download”將測(cè)試代碼下載到核心板，測(cè)試下載端口是否可以正常使用。當(dāng)下載端口正常時(shí)，本項(xiàng)目通過(guò)用手和肉眼觀察，來(lái)檢查對(duì)各芯片的引腳是否焊接正常。焊接后的實(shí)物圖如5.3所示:圖5.3小說(shuō)閱讀器實(shí)物5.2.2SD讀卡模塊功能測(cè)試SD讀卡模塊是小說(shuō)閱讀器的重要環(huán)節(jié)。只有這樣才可以正常讀取小說(shuō)，進(jìn)行閱讀。在測(cè)試過(guò)程中，本項(xiàng)目需要能準(zhǔn)確測(cè)試核實(shí)核心板能夠通過(guò)SPI來(lái)讀取，獲取到小說(shuō)文件。測(cè)試過(guò)程中，本項(xiàng)目更是詳細(xì)地將文件內(nèi)容進(jìn)行寫入，讀出。確保功能模塊正常。如圖5.4所示:圖5.4sd讀卡模塊測(cè)試5.2.3微雪顯示屏顯示模塊測(cè)試微雪顯示屏顯示是該項(xiàng)目重要的表示環(huán)節(jié)。顯示開機(jī)動(dòng)畫，時(shí)間，主界面和小說(shuō)，都離不開顯示屏。開機(jī)動(dòng)畫，是該項(xiàng)目的開機(jī)的一個(gè)標(biāo)志。后續(xù)項(xiàng)目，本項(xiàng)目也可以利用開機(jī)動(dòng)畫，做非常多的有用的事情。時(shí)間顯示和主界面，是該項(xiàng)目的進(jìn)入硬件的開始。當(dāng)顯示時(shí)間的時(shí)候，就說(shuō)明進(jìn)入主界面?？梢蚤_始使用主界面，來(lái)開始使用小說(shuō)閱讀功能模塊當(dāng)進(jìn)入小說(shuō)閱讀模塊，就可以選擇想閱讀的小說(shuō)文件，通過(guò)按鍵選擇過(guò)后，就可以閱讀小說(shuō)。主界面的結(jié)果展示，如圖5.5所示:圖5.5顯示屏主機(jī)頁(yè)面5.2.4按鍵模塊測(cè)試按鍵，作為本項(xiàng)目的硬件操控手。因?yàn)楸卷?xiàng)目的顯示屏，不是高級(jí)的觸摸屏。所以本項(xiàng)目的應(yīng)用調(diào)節(jié)畫面，主要靠按鍵來(lái)操控。如圖5.6所示:圖5.6按鍵模塊測(cè)試通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵，可以來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示主頁(yè)面何小說(shuō)閱讀功能。并通過(guò)按鍵key3，來(lái)實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)效果。如圖 圖5.7微雪顯示屏模塊測(cè)試以上功能測(cè)試，在本項(xiàng)目中，都是先進(jìn)行分模塊測(cè)試，將每個(gè)模塊分開，互不干擾。從而降低模塊干擾的可能性。最后，再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。通過(guò)整機(jī)調(diào)試，來(lái)將各模塊的功能按調(diào)度順序進(jìn)行正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，本項(xiàng)目可以正常的合理運(yùn)行。

6結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于STM32的小說(shuō)閱讀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過(guò)分模塊程序設(shè)計(jì)，軟件和硬件結(jié)合，進(jìn)行嵌入式開發(fā)，設(shè)計(jì)得一款小說(shuō)閱讀器。硬件部分包括了，STM32單片機(jī)，微雪墨水顯示屏，SD讀卡器，SD卡等重要模塊硬件。軟件部分主要采用了分模塊設(shè)計(jì)，再按時(shí)間片調(diào)度思想，優(yōu)先級(jí)高低進(jìn)行任務(wù)運(yùn)行。整機(jī)調(diào)試，再通過(guò)分模塊調(diào)試，再整機(jī)聯(lián)調(diào)，使每個(gè)功能都完美運(yùn)行在本項(xiàng)目中。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)本人大量測(cè)試，并借鑒了前輩的經(jīng)驗(yàn)，成功獲得啟發(fā)，成功設(shè)計(jì)出本次設(shè)計(jì)。主要能給平時(shí)喜愛閱讀小說(shuō)的愛好者們，可以隨時(shí)隨地地通過(guò)本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品，來(lái)進(jìn)行閱讀自己喜愛地書籍小說(shuō)。你可以把它叫作“掌上閱讀器”。相較于手機(jī)，它的優(yōu)勢(shì)也顯而易見。本產(chǎn)品的微雪顯示屏，具有極強(qiáng)的保護(hù)眼睛的功能。墨水屏，具有保護(hù)眼睛的功能，而且還極其省電。相信這個(gè)優(yōu)勢(shì)，本項(xiàng)目，具有極其好的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)本設(shè)計(jì)，未來(lái)還有可以改進(jìn)的方案：第一，是引入升級(jí)系統(tǒng)。通過(guò)升級(jí)，來(lái)讓每個(gè)版本迭代，更加清晰明朗。通過(guò)升級(jí)程序，也可以讓本設(shè)計(jì)的代碼，能實(shí)現(xiàn)安全隱藏，不會(huì)被盜用。第二，小說(shuō)閱讀器的屏幕，因?yàn)榻?jīng)費(fèi)有限，選擇得是小屏幕。不方便于其他形式的閱讀。例如漫畫閱讀。對(duì)于本產(chǎn)品，若想更實(shí)際化，更應(yīng)選擇方便寬泛的顯示屏。

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