51单片机集成FM功能的彩色数码相框※

李飞，吴丽燕，陈炜

（1.清华大学汽车工程系，100084；2.石家庄机械化步兵学院作战训练实验中心；3.石家庄机械化步兵学院训练部教保科）

51单片机集成FM功能的彩色数码相框※

李飞1，吴丽燕2，陈炜3

（1.清华大学汽车工程系，100084；2.石家庄机械化步兵学院作战训练实验中心；3.石家庄机械化步兵学院训练部教保科）

提出了一种用51单片机作为控制核心、集成FM收音功能的数码相框的设计思路。采用国产STC89C516RD+单片机与SD卡配合，FM器件选用国产数字收音芯片RDA5807，以单片机教学实验仪PHOENIX325为平台，搭建了一套操作灵活方便、性能出色、趣味性强的附带FM收音功能的TFT数码相框，具有自动运行、旋转飞梭和红外遥控三种控制模式，对单片机相关内容的教学和实验开发起到了良好的辅助作用。

MCU；TFT；FM；旋转飞梭；红外遥控

引 言

在嵌入式系统市场中，尽管32位处理器炙手可热，却始终无法完全取代8位单片机，二者各有千秋［1］。目前，国内院校单片机课程大都以51单片机为主线进行讲授，但51系列单片机资源有限，难以实现彩色图像的显示，这造成彩屏模块相关章节教学和实验的缺失。为解决此问题，本文采用大容量单片机STC89C516RD+作为控制核心，利用笔者研制的单片机教学实验仪PHOENIX325作为实验平台，设计了一款数码相框，可实现特定格式彩色照片的显示，有助于学生理解彩屏控制、SD卡文件系统等内容。同时，为增强数码相框的功能，提高教学的趣味性，在数码相框上设计集成了一款小巧、性能优异的FM收音机。图1为系统框图。

图1 系统框图

1 器件选择

1.1 2.4英寸彩屏模块

彩屏模块裸屏控制器为ILI9328，支持8位和16位两种数据模式，屏幕大小为2.4英寸，分辨率为320×240，数据线为44针，与PHOENIX325实验仪之间的接口为20引脚单排针，可以直接使用LCD12864接口。

1.2 单片机

一张320×240分辨率的普通BMP图片大小一般为20～30KB，编程时生成的数组大小也很可观［2-3］，这就要求单片机具备足够大的程序存储器，还要有利于数据交换的足够大的RAM，因此普通51单片机是不能胜任的。

STC89C516RD+单片机是深圳宏晶公司的一款产品，拥有64KB的FLASH和1KB的RAM，与SD卡配合，可以轻松满足用彩屏显示照片的需要。

1.3 SD卡

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体FLASH的新一代记忆设备，它拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性［4-5］。SD卡支持SPI、1位SD、4位SD三种传输模式，利用SD卡配合TFT彩屏，编程使彩屏可显示BMP图片，从而实现数码相框功能。

SD卡的作用是存储分辨率为320×240的BMP格式照片，采用SPI方式与单片机接口，重点是SD卡与单片机的通信和电平匹配。

1.4 旋转编码器

旋转编码器是一种用来测量转速、计数、定位的装置，常见的旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。本文选用的旋转编码器又称“旋转飞梭”，型号为EC11。旋转时输出两组脉冲信号A相和B相，二者相位相差90°，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以鉴相、计数［6］。除此之外，按下编码器手轮时还可输出一路D相脉冲，作为复位信号。

1.5 FM器件

FM器件选用国产数字收音芯片RDA5807，负责电台信号的接收与输出，该器件具有灵敏度高、噪声小、抗干扰能力强、外接元件少、体积小等特点，兼容76～108MHz全球FM频段（包括日本76～91MHz和欧美87.5～108MHz），含有I2C总线和SPI串行总线接口，支持外部基准时钟输入方式，支持高功率32Ω负载音频输出，直接耳机驳接，无需外接音频驱动放大［7］。

2 电路设计

电路设计的重点是TFT模块、SD卡、FM模块等单元的设计，由于彩屏和SD卡均为3.3V供电，因此设计时除考虑电平匹配外，还要注意不能忽略上拉电阻的布置。

2.1 TFT模块单元

PHOENIX325实验仪已配置有20针的LCD12864接口，彩屏模块采用16位接口模式1，因此可以直接利用该接口。TFT模块原理图略——编者注。

2.2 SD卡单元

SD卡与单片机之间是SPI通信方式，为保证可靠性，上拉电阻必不可少。如图2所示，SD卡片选引脚为CS、数据输入引脚为DI、时钟引脚为CLK、数据输出引脚DO 经10kΩ电阻上拉至3.3V，并分别与单片机P23、P15、P16、P17相连。

图2 SD卡单元

2.3 旋转飞梭和红外接收单元

旋转飞梭EC11共5个引脚，其中C、E接地，A、B、D相信号经10kΩ电阻上拉至5V，分别与单片机P10、P11、P12引脚相连，单片机依据输入信号判断旋转飞梭的状态，再向TFT及FM模块发出相应指令。

红外接收头1038的输出引脚接至单片机INT0，如图3所示。单片机的引脚连接一个快捷按键，用来切换对TFT和FM的控制。

图3 旋转飞梭和红外接收电路

2.4 FM单元

采用RDA5807器件的I2C总线连接模式，I2C数据线与单片机P26引脚相连，I2C时钟线与单片机P27引脚相连，RDA5807的7、8引脚接耳机或小型音箱，如图4所示。

图4 FM模块原理图

3 软件编程

3.1 编程重点

编程重点在于TFT彩屏设置、SD卡文件系统的管理及FM模块的驱动，其余程序（如旋转飞梭及红外遥控的解码、SPI总线驱动等）略去，读者可自行查阅相关文献。

3.2 TFT彩屏设置

彩屏正常显示的前提是正确初始化，完成各寄存器的配置，程序清单略——编者注。

除此之外，还要设置扫描模式、扫描原点、扫描区域、显示分辨率等参数。运行时，为提高显示速度，可将晶振更换为24MHz。

3.3 SD卡数据读取

SD卡是照片存储的载体，其编程关键是对SD的初始化、FAT系统的初始化、块扇区的读写，以及SD卡文件结构的掌握，路径搜索文件的程序清单略——编者注。

3.4 RDA5807驱动程序

3.4.1 寄存器读写操作

RDA5807器件I2C接口中寄存器地址不可见，但其拥有一个固定的起始寄存器地址，写操作时为02H，读操作时为0AH。注意，RDA5807器件在单片机写入操作时会返回一个ACK信号；而在读操作时，如果RDA5807接收到单片机发出的NACK信号，则终止读操作［8］。

3.4.2 初始化子函数

模块初始化主要完成晶振设置、收音开关、音效模式等功能的设置，涉及到的寄存器为02H。

3.4.3 搜台子函数

搜台使能由02H寄存器的bit8控制，搜台成功后，0AH寄存器的bit14置1，当前频点可从0AH寄存器读出，当前音量则位于05H寄存器的低4位。

程序编译时需要在KeilμVision中设置存储器模式为“Large”。编译成功后，将生成的HEX文件烧写到STC89C51单片机中运行。

4 测 试

图5是设计的数码相框在PHOENIX325上应用的实况。数码相框和FM模块均可由旋转飞梭和红外遥控进行控制，控制对象通过INT1快捷键来选择，按下INT1按键，程序对数码相框进行控制，再按下INT1按键，程序对FM收音机进行控制。

图5 TFT模块在PHOENlX325实验仪上的应用

程序默认数码相框为自动运行模式，逐一显示SD卡中的照片；当转动一下旋转飞梭手轮时，程序退出自动运行进入手动模式，随着旋转飞梭的转动切换照片；按下旋转飞梭手轮，程序重新进入自动运行模式；按下遥控器数字键，程序则进入红外遥控模式。

再按一下INT1快捷键，程序转而对FM模块实施控制，此时按下旋转飞梭按钮，进入搜台模式，程序自动搜索信号最强的频点；当转动旋转飞梭手柄时，进入音量调节模式，音量随着旋转飞梭的旋转而变化；当用红外遥控时，可自由定义遥控器按键，实现选台、音量变大、音量变小、静音等功能。

结 语

经过6个班次的课堂教学和实验表明，本文设计的数码相框控制方式灵活、显示效果优异、切换速度快捷；FM模块结构简单、音质出色、搜台丰富，效果令人满意。能使彩屏显示走进51单片机的课堂，具有一定的趣味性，既锻炼了动手能力，又提高了学习效果，对51单片机的教学和实验起到了较好的补充，具有较好的教学和应用前景。

编者注：本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www. mesnet.com.cn。

［1］《单片机与嵌入式系统应用》编辑部.8位单片机是否将被32位单片机替代［J］.单片机与嵌入式应用，2015（1）：1-2.

［2］商广良，赵天月.低功耗TFT-LCD驱动方法RDA［J］.液晶与显示，2012，27（6）：785-788.

［3］陈金立，高超.基于TFT-LCD显示屏的电子相册设计［J］.自动化技术与应用，2013，（11）：67-70.

［4］李世奇，董浩斌，李荣生.基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计［J］.测控技术，2011，30（12）：79-81.

［5］崔鹏伟，闫学文.基于SD卡的FATFS文件系统的研究与应用［J］.工业控制计算机，2013（11）：141-142.

［6］王铁成，杜占平.建立基于两级旋转编码器的位置检测系统［J］.微计算机信息，2009（7）：27-29.

［7］San Bergmans.A comprehensive understanding of the infrared remote control［EB/OL］.［2015-01］.http：//wenku. baidu.com/view/417f0fc34028915f804dc242.html.

［8］李飞.具有旋转飞梭和红外遥控功能的单片机FM收音机［J］.2013精选实用电子设计100例，2013（12）：77-80.

李飞（博士研究生），主要从事汽车电子控制方向的研究工作。

（责任编辑：杨迪娜 收修改稿日期：2015-02-04）

Color Digital Photo Frame lntegrated FM Based on 8051※

Li Fei1，Wu Liyan2，Chen Wei3
（1.Department of Automotive Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；
2.Combat Training Experiment Center，Shijiazhuang Mechanized Infantry School；
3.Education and Safeguard Office of Training Department，Shijiazhuang Mechanized Infantry School）

The paper puts forward a design idea for digital photo frame which uses 8051as the control core and is integrated FM module. The design realizes a flexible operation，excellent performance，integrated FM and interesting TFT digital photo frame by adopting STC89C516RD+MCU and SD card as key component.It uses RDA5807as FM chip，and the MCU teaching experiment instrument-PHOENIX325as the platform.The TFT digital photo frame has three control models such as running automatically，rotating the shuttle and infrared remote control，as a result，it plays a good supporting role for the teaching of MCU related content.

MCU；TFT；FM；rotary shuttle；infrared remote control

TP211.5

A