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1、. . .基于ADSPBF533的数码相框系统的设计与实现毕业论文目 录前 言1第一章绪论2第一节 选题背景2第二节 国外研究现状2第三节 论文的主要工作4第二章 数码相框系统设计基础4第一节数字图形基础5一、图像数字化5二、颜色模型5三、图像压缩5四、图像文件格式8第二节 数字音频基础10一、音频信号的采样和量化10二、波形音频11三、硬件设计基础12四、软件设计基础16第三章 数码相框系统的硬件设计21第一节 系统硬件结构21第二节 核心处理器模块21第三节 SD卡接口23第四节 TFT-LCD接口24一、PPI接口介绍24二、TFT-LCD与ADSP-BF533的连接24第五节 外部存储
2、器接口25一、SDRAM与ADSP-BF533的连接25二、Flash与ADSP-BF533的连接26第六节 音频接口27一、SPORT接口介绍27二、ADl836与ADSP-BF533的连接28第四章 数码相框系统的软件设计30第一节主程序模块30第二节中断模块31第三节图像文件读取模块31一、SPI数据传输31二、SD卡驱动33三、FATl6文件系统的读取35第四节音频数据传输模块41一、配置ADl836部寄存器41二、SPORT口初始化42三、DMA初始化42第五节图像文件解码模块43一、BMP解码43二、JPEG解码44第六节图像显示模块50一、TFT-LCD时序介绍50二、PPI初始
3、化50三、定时器初始化51四、DMA初始化52第七节图像解码及显示结果分析52结束语53致 谢54参考文献54.参考资料.前 言20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇
4、到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。 近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的部结构以及工作原理。由555振荡器作为数字钟的核心部分，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经计数器和译码器输出，利用数码管显示出来。通过开关可以进行定时、校时功能。数字钟是一种用数
5、字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，节省了电能。因此得到了广泛的使用。数字钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序电路。 .参考资料.第一章 绪论第一节 选题背景数码相机的普及，使得拍摄下来的数码相片呈现出了几何级数的增长，用各种存储器保存照片已成为大家习惯的做法。有资料显示，全世界拍摄的数码照片，只有不到35的被打印出来，而超过65的都被保存在硬盘、光盘、存储卡等存储介质当中。浏览存储器中的照片最常用的方法是通过电脑、电视等产品，它们能够清晰地显示照片，但不方便携带。随着嵌入式技术、液晶显示技术、数字存储技术
6、的发展，出现了一种以数码照片的保存、回放和浏览为核心功能的产品数码相框，给数码照片提供了一个新的展示平台。数码相框主要由存储器、液晶显示器、解码器和微控制器组成，它利用解码芯片实现对图像的解码，并在液晶屏上显示图像。本文设计实现了一个基于嵌入式处理器ADSPBF533的数码相框系统，其结构框图如图1.1所示。图1.1 数码相框系统结构框图系统以ADSP-BF533为核心处理器，利用ADl836对PCM音频数据流进行D/A转换，采用SD卡存储图像文件和音频文件，并利用TFT-LCD显示照片。实现了SD卡FATl6文件的读取、JPEG文件的解码、图像数据的显示以及音频数据的播放。第二节 国外研究现
7、状2002年，美国旧金山太平洋数位公司(Pacific Digital)发布了世界上第一款数码相框，名为MemoryFrame，MemoryFrame数码相框采用5.6英寸的TFT液晶屏幕，置16MB存。只要用USB数据线将数码相框和数码相机或个人电脑连接起来，就能以幻灯片的形式展示数码相机或个人电脑上的相片，当时的售价为330美元。2003年11月26日，中国第一款自主研发并上市的数码相框“捷硕数码相框”在面世。捷硕数码相框可一次存储六十图片，并有定时、动态、循环演示及MP3播放功能。这款产品的问世在当时引起了很大的反响，而且当时正处于国市场上数码相机高速增长阶段，因此其他一些国大厂已经在随
8、后的2004年，开始规划自己的数码相框产品，比如长城和爱国者。但正当人们以为数码相框产品将大量问世的时候，2004年以及2005年国市场上突然涌现了另外一个明星产品，那就是MP3播放器。MP3播放器销量的爆炸性增长使得原本对数码相框有兴趣的厂商们一下子无暇他顾，专注于MP3播放器的竞争。因此数码相框一下子降温不少，直到2005年12月5日，飞利浦多媒体显示设备事业部宣布，飞利浦数码相框产品将正式进入中国大陆市场，这才一下子重新让国的消费者注意到了数码相框这种产品，并且也激发了国厂商研发数码相框产品的热情和决心。目前市场上的数码相框主要有三种设计方案，一种是以单芯片为核心，如图1.2所示。图1.
9、2 系统设计方案一这类系统，主芯片的功能比较强大，一般以32位CPU为核心，嵌有JPEG，MP3，MPEG4等多媒体的解码硬件单元，采用该类方案，系统结构简单，成本低，设计方便，由于解码多用硬件单元实现，因此速度快，但功能可扩性较差，不宣于后期的升级和功能扩展。另一种是以DSP+FPGA为核心，如图1.3所示。图1.3 系统设计方案二这类系统，由DSP软件实现文件系统的读取，图像部分的编解码算法以及外围设备的驱动，由FPGA控制显示输出。采用该类方案，可以通过软件方式实现升级，功能升级性强，但整体成本较大，设计复杂度较高。第三种是采用ARM+JPEG硬件解码器或者ARM+DSP来实现，如图1.
10、4所示。图1.4 系统设计方案三该类系统中，由ARM处理器实现控制功能，由硬件解码器、DSP完成图像的解码算法。采用该类方案，解码速度快，系统可扩性强，能够实现的功能多，但成本和设计复杂度较高。本文设计的数码相框以ADI公司的ADSP-BF533为核心处理器，此方案的优势在于：（1）成本低，系统结构简单，设计方便。ADSP-BF533采用由ADI和Intel联合开发的微信号架构MSA(Mieoro Signal Architecture)，既具备图像和视频的解码、处理能力，又具有丰富的接口资源，以单处理器的成本具备有MCU+DSP多处理器架构的系统能力，可以方便进行数码相框系统的设计。（2）易
11、于升级。通过软件实现算法，系统具有较高的灵活性和适应性。第三节 论文的主要工作本文提出了一种基于ADSP-BF533的数码相框系统的设计方案，并加以实现。该数码相框系统以ADSP-BF533为核心处理器，实现了对SD卡FATl6格式的BMP、JPEG图像文件的读取、解码、显示，并带有音频播放的功能，可对SD卡WAV格式的音频文件进行播放。围绕系统的实现，论文将详细描述系统的软、硬件设计，具体分为4个章节，安排如下：第一章，介绍数码相框的应用背景、国外研究状况，并对本文的章节进行安排。第二章，首先介绍有关数字图像、数字音频的基本知识，其次介绍ADSP-BF533及其软件开发环境Visual DS
12、P+。第三章，介绍数码相框系统的硬件组成及各部分硬件电路的设计和实现。第四章，介绍数码相框系统的软件设计思想和设计过程。结束语部分对全文所做的工作进行总结，并对接下来的工作进行展望。第二章 数码相框系统设计基础第一节 数字图形基础一、图像数字化我们日常生活中见到的图像一般是连续形式的模拟图像，它必须通过图像数字化设备，如数字相机、扫描仪、数字化仪等转换为数字图像，才能被计算机处理。图像的数字化包括采样和量化两个过程。图像在空闯上的离散化称为采样。也就是用空闯上部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点或者像素。在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的问题，它决定了采样后图像的质量，即忠实于
13、原图像的程度。采样间隔的大小选取要依据原图像中包含的细微浓淡变化来决定。一般，图像中细节越多，采样间隔应越小。模拟图像经过采样后，被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还不能用计算机进行处理。将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化，一幅数字图像中不同灰度值的个数称为灰度级数。用G表示，G=2g，g是表示图像像素灰度值所需的比特位数。一般用一个字节8bit来表示，对应灰度值的围为0255，表示亮度从深到浅，对应图像中的颜色从黑到白。二、颜色模型根据人眼的结构，所有颜色都可看作是由三种基本颜色红(R)、绿(G)和蓝(B)按照不同的比例组合而成的。为了科学地定量描述和使用颜色，人们提出了各种
14、颜色模型。目前常用的颜色模型按用途可分为两类，一类面向诸如彩色显示器或打印机之类的硬件设备。另一类面向以彩色处理为目的的应用，如动画中的彩色图形。面向硬件设备的最常用彩色模型是RGB模型。这个模型基于笛卡尔坐标系统，3个轴分别为R，G，B。我们感兴趣的部分是个正方体，为方便，将其归一化为单位正方体，这样所有的RGB值都在区间0，1中。在此正方体中，原点所对应的颜色为黑色，它的三个分量值都为零，离原点最远的顶点对应白色，它的三个分量值都为l，从黑到白的灰度值分布在从原点到离原点最远的顶点间的连线上，而正方体的其余各点分别对应不同的颜色，可用从原点到该点的矢量表示1。三、图像压缩根据RGB颜色模型
15、，在真彩色图像中，每一个像素用3个字节表示，每个字节对应红、绿、蓝中的一种颜色。这样一副图像的数据量是很大的。以640480个象素的图像为例，它需要用640x480x3个字节。如此庞大的数据量给图像的存储、显示都带来了极大的不便。然而，人们经过研究发现，图像的数据量虽然庞大，但是数据之间有很大的相关性，可以对图像数据进行压缩去除数据间的冗余，这样就可以使海量的图像数据得到精简2。因此，人们在对图像存储和传输前进行压缩处理，而在接收和显示端对压缩后的图像数据进行解压缩处理以还原和显示图像。JPEG是由国际标准化组织(ISO)和国际电信电报咨询委员会(CCITT)联合制定的第一个关于灰度和彩色连续静态图像压缩的国际标准。在常用的模式中，JPEG采用有损压缩方式去除冗余的图像色彩数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富、生动的图像。JPEG标准中定义了三种编码系统3：(1)基于DCT的基本顺序系统；(2)基干DCT的扩展系统；(3)无失真系统。在JPEG的三种编码系统中，基于DCT变
