论文总字数：22449字

摘 要

随着现代计算机半导体技术的发展，传统的纸媒业务逐渐被数字化业务取代，实体相片逐渐向着电子化、数字化的趋势发展。在日常生活中，人们通常使用特定的图像格式来存储数字化的图像，其中BMP图像由于是Windows环境设置下的标准图像格式，且具有无失真压缩编码格式，能较好的保存、还原高清图像，在实际应用中得到了广泛运用。而传统的基于PC机使用的图像显示和处理系统由于其实现设备价格高昂，且不便于携带，在许多应用场景下受限，而且随着芯片集成度的提高，逐渐出现了许多基于ARM的嵌入式开发系统，其运算处理能力可以满足大部分图像处理系统的要求，其低廉的开发成本、良好的便携性及丰富的片上资源为其开拓了广阔的市场前景。

本课题旨在设计制作一款基于STM32的BMP图像显示器，以FireBull STM32F103开发板作为硬件平台，通过USB接口获取U盘文件数据，并在LCD屏上显示目录信息，并根据用户选择，对BMP图像文件进行解码，在LCD屏上显示相关图像信息。实际设计中，首先对具体需求进行分析，选择合适的软件实现方案，分具体的各模块设计，对各模块工作原理进行分析，再介绍系统整体的工作流程以及实际调试工作。

关键词：BMP图像 STM32 液晶显示 USB接口 嵌入式系统

Software design of BMP image display

Abstract

With the development of modern computer semiconductor technology, the traditional paper media business is gradually replaced by digital business, and the physical photos are gradually developing towards the trend of electronic and digital. In daily life, people usually use specific image format to store digital images, among which BMP image is the standard image format set in Windows environment, and has no distortion compression coding format, which can better save and restore high-definition images, and has been widely used in practical applications. However, the traditional image display and processing system based on PC is limited in many application scenarios because of its high price and inconvenient to carry. With the improvement of chip integration, many embedded development systems based on arm have emerged gradually. Its operation and processing ability can meet the requirements of most image processing systems, and its low development cost and good performance Good portability and abundant on-chip resources open up a broad market prospect for it.

The purpose of this project is to design and make a BMP image display based on STM32. Taking the firebull STM32F103 development board as the hardware platform, the USB interface is used to obtain the U disk file data, and the directory information is displayed on the LCD screen. According to the user's choice, the BMP image file is decoded, and the relevant image information is displayed on the LCD screen. In the actual design, first of all, analyze the specific requirements, select the appropriate software implementation scheme, divide the specific module design, analyze the working principle of each module, and then introduce the overall workflow of the system and the actual debugging work.

Key Words: Bmp image; STM32; LCD; USB interface; Embedded system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 研究现状 2

1.3 论文的主要内容 3

1.4 论文的组织结构 3

第二章 需求分析及开发环境介绍 5

2.1 需求分析 5

2.2 ARM微控制器 5

2.3 Keil uvision MDK pro 6

2.4 系统设计方案 8

2.5 本章小结 9

第三章 系统软件设计 10

3.1 系统软件结构 10

3.2 U盘文件系统 12

3.3 BMP图像文件解码原理及程序设计 15

3.4 LCD显示模块软件设计 19

3.5 按键操作系统软件设计 23

3.6 系统整体工作流程图 25

3.7 本章小结 26

第四章 系统调试 27

4.1 软件仿真调试 27

4.2 硬件功能调试 27

4.3 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

5.1 课题总结 30

5.2 工作展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

报纸业是数字图像处理的最早应用的领域之一。早在20世纪20年代初期，Bartlane电缆图片传输系统（纽约和伦敦之间海底电缆，经过大西洋）就能够实现数字图像的远距离传输，并将之前需要耗费一周多的传输周期缩短到3个小时以内。依托电缆传输数字图像，首先要在发送端对其进行编码，通过电缆传输后，在输出端利用打印设备对其进行重构。二十世纪20年代，为能够简单显示图形，麻省理工学院(MIT)旋风一号计算机设计了一款阴极射线管(CRT)来模仿示波器作为附件显示器。到50年代后期年美国Calcomp公司在此基础上做出进一步改进，在已有的联机数字记录仪的基础上，改进出新式的滚筒式绘图仪，同一时期GerBer公司也在数控机床的基础上设计出平板式绘图仪。在这近十年中，依托于计算机配置的图形相关设备主要使用电子管计算机，采用机器语言编程，主要应用在科学研究、数据计算场合，大部分只具有显示输出功能缺乏实用性。这一时期的计算机图形学还不完善，还没有具体的研究体系，但已经具备一定的应用前景，这一阶段被称之为：“被动式”图形学。到了70年代，计算机图形学迎来了发展过程中的一个重要的历史时期。早在60年代就已初具萌芽的光栅图形学算法，依靠光栅显示器的发明，迅速发展起来，许多基本图形概念如图像填充、缩放、裁剪等及其相应算法纷纷诞生，许多图形相关软件的发展带动了关于制定图形软件功能的标准化问题的提出，并出现了实用的CAD图像系统 。1970年左右，美国国家标准化局(ANSI)提出对图形软件规范化的要求，在此之后不久，ACM专门成立一个图像标准化委员会，用于制定相关图形标准，该委员会与1977，1979年先后制定和修改“核心图形系统”(Core Graphics System)。这些标准的制定，为推广数字图形的应用，共享起到了重要作用^[1]。到20世纪中后期，数字图像处理的研究应用日渐完善，数字图像质量得到了调高，同时增加了图像的灰度等级，提高分辨率、清晰度，并逐渐应用于航天、医学、多媒体及电子商务等多领域。

现如今，随着计算机半导体技术的发展，使用简单轻便的数字图像代替传统的纸质图像已逐渐成为一种趋势，相较于传统纸质图像难于携带保存，数字图像具有便于保存，保存周期长，易于传递、携带等优点，并在实际应用中得到普及，数字图像逐渐融入到人们的日常生活中去。在所有数字图像中，开发成本低且能够显示高质量的BMP图像是一种应用十分广泛的图像格式。BMP图像本身是一种无损图像格式，因此其输出的图像质量不会受到任何影响。因此，如果人们想以较低廉的价格获取高质量的图像显示，BMP图像不失为一种很好的选择。随着处理器技术的进步和软件设计环境的发展，嵌入式系统的设计也不再像以前那样复杂、单一。具有良好计算性能的ARM等处理器在嵌入式开发人员中越来越受欢迎，并且其价格也十分低廉。

1.2 研究现状

数字图像的处理起先主要是基于PC机的纯软件的图像处理系统，该系统研究的主要方面在于优化图像算法，当然也存在明显缺点，对实时图像处理较慢且不便于携带。随着半导体处理器技术的进步以及相关软件设计算法的发展，出现了许多集成度高，便携性好的嵌入式图像处理平台，包括数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)、高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines, ARM)三种^[2]。DSP的优势在于其数据运算方面功能比较强大，数据流和指令流互相独立，有利于处理含较大数据量的信息。但考虑到DSP的哈佛结构以及其单项传输的指令流，不利于实时处理BMP图像数据。FPGA是近些年来基于超大规模集成电路发展产生的，与硬件密切相关，其硬件功能也可以像编程软件一样按需修改，具有灵活的可编程门电路。FPGA处理视频图像采用并行传输模式，能较快处理数据流，但其速度的提升主要依靠于集成度的增加，也会带来功耗增大，成本提高，体积增大的负面问题。ARM是一款包含为其单独设计的高性能，低耗能，低成本的精简指令集的处理器，设计之初，本身就是面向低预算市场，故而对其成本进行限制，又考虑到用户不同需求及应用场景的不同，最终设计了许多不同款式但软件体系通用的ARM芯片^[3]。虽然其芯片内部模块不同，但其整体框架及底层代码是通用的，可在不同芯片上做简单修改调试进行移植，降低开发时间、研发成本^[4]。国内外也出现了许多基于ARM芯片的图像处理技术。

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