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基于STM32设计的数码相册

DS小龙哥-嵌入式技术 来源:DS小龙哥-嵌入式技术 作者:DS小龙哥-嵌入式技 2023-06-24 21:14 次阅读

一、项目介绍

项目是基于STM32设计的数码相册,能够通过LCD显示屏解码显示主流的图片,支持bmp、jpg、gif等格式。用户可以通过按键或者触摸屏来切换图片,同时还可以旋转显示,并能够自适应居中显示,小尺寸图片居中显示,大尺寸图片自动缩小显示(超出屏幕范围)。图片从SD卡中获取。

image-20230618135436038

二、设计思路

2.1 硬件设计

本项目所需的主要硬件:

  • STM32F103ZET6
  • LCD屏幕
  • SD卡模块
  • 按键和触摸屏

2.2 软件设计

(1)解码图片

在STM32芯片中,解码图片需要将读取到的数据存入图形缓冲区中,以便进行图画显示。常用的解码算法有JPEG解码和BMP解码。

(2)图片显示

为了更好的实现图片旋转和缩放功能,在显示图片时需对其进行矩阵运算。通过左右翻转和上下翻转,可实现图片的旋转功能。通过计算图片与显示屏幕之间的比例关系并进行缩放,实现自适应居中和图片的缩放功能。

(3)SD卡

SD卡模块可通过SPI接口与STM32芯片进行通信,读取SD卡中的图片数据,实现对图片的加载和显示。

(4)按键和触摸屏

在使用过程中,用户可以通过按键和触摸屏对图片进行切换、旋转和缩放等操作。通过设置中断处理函数,响应用户的操作并及时更新显示屏幕上的图片。

2.3 图片播放流程图

image-20230618135212377

2.4 显示效果

image-20230618135401101

image-20230618135409530

image-20230618135417655

image-20230618135426430

image-20230618135436038

三、代码设计

3.1 主函数

#include "stm32f10x.h"
 #include "led.h"
 #include "delay.h"
 #include "key.h"
 #include "usart.h"
 #include < string.h >
 #include < stdio.h >
 #include "sd.h" //SD卡
 #include "ff.h" //文件系统
 #include "bmp.h" //文件系统
 #include "iic.h"
 #include "at24c02.h"
 #include "xpt2046.h"
 #include "lcd.h"
 ​
 ​
 FATFS fs;  // 用户定义的文件系统结构体
 int main()
 {
     DIR  dir_dp;
     FILINFO file_info;
     u32 sd_size;    //存放SD卡返回的容量
     BeepInit();       //蜂鸣器初始化
     LedInit();      //LED灯初始化 
     UsartInit(USART1,72,115200);
     KeyInit();     //按键初始化
     IICInit();
     LcdInit();
     TOUCH_Init(); 
     //TOUCH_ADJUST(); //触摸屏校准
     
     printf("串口工作正常!\\r\\n");
     if(SDCardDeviceInit()) 
     {
        printf("SD卡初始化失败!\\r\\n");
     }
     
     sd_size=GetSDCardSectorCount(); //检测SD卡大小,返回值右移11位得到以M为单位的容量
     printf("SD卡Sizeof:%d\\r\\n",sd_size >>11);
     
   f_mount(&fs,"0:",1);  // 注册文件系统工作区,驱动器号 0,初始化后其他函数可使用里面的参数
     LcdClear(0xFFFF);
     
     //f_mkdir("0:/目录创建测试!"); //测试OK
     //f_unlink("0:/123"); //删除目录,注意只能删除空目录
     //f_unlink("0:/1.bmp");//删除文件
     //printf("%d\\r\\n",Show_BMP("1.bmp"));
     
     if(f_opendir(&dir_dp,"0:/bmp")!=FR_OK)printf("目录打开失败!\\r\\n");
     
     //循环读取目录
     while(f_readdir(&dir_dp,&file_info)==FR_OK)
     {
             if(file_info.fname[0]==0)break;    //判断目录跳出条件,表示目录已经读取完毕
             if(strstr(file_info.fname,".bmp")) //过滤目录
             {
                     printf("文件名称: %s,文件大小: %ld 字节\\r\\n",file_info.fname,file_info.fsize);
             }else   printf("文件名称: %s,文件大小: %ld 字节\\r\\n",file_info.fname,file_info.fsize);
     }
     if(f_closedir(&dir_dp)!=FR_OK)printf("目录关闭失败!\\r\\n");
     while(1)
     {   
          LED1=!LED1;
          DelayMs(100);
     }
 }
 ​

3.2 BMP图片解码

#include "bmp.h"
 unsigned short RGB888ToRGB565(unsigned int n888Color)  
 {  
     unsigned short n565Color = 0;  
   
     // 获取RGB单色,并截取高位  
     unsigned char cRed   = (n888Color & RGB888_RED)   > > 19;  
     unsigned char cGreen = (n888Color & RGB888_GREEN) > > 10;  
     unsigned char cBlue  = (n888Color & RGB888_BLUE)  > > 3;  
   
     // 连接  
     n565Color = (cRed < < 11) + (cGreen < < 5) + (cBlue < < 0);  
     return n565Color;  
 }  
 ​
 unsigned int RGB565ToRGB888(unsigned short n565Color)  
 {  
     unsigned int n888Color = 0;  
   
     // 获取RGB单色,并填充低位  
     unsigned char cRed   = (n565Color & RGB565_RED)    > > 8;  
     unsigned char cGreen = (n565Color & RGB565_GREEN)  > > 3;  
     unsigned char cBlue  = (n565Color & RGB565_BLUE)   < < 3;  
   
     // 连接  
     n888Color = (cRed < < 16) + (cGreen < < 8) + (cBlue < < 0);  
     return n888Color;  
 }  
 ​
 ​
 ​
 /*
 函数功能:实现截图功能
 参    数:
                 char filename:文件名称
 返 回 值:0表示成功,1表示失败
 */
 u8 C_BMP(const char *filename,u32 Width,u32 Height)
 {
     FIL  file; // 用户定义的文件系统结构体
     u8   res;  // 保存文件操作的返回值
     BITMAPFILEHEADER BmpHead; //保存图片文件头的信息
   BITMAPINFOHEADER BmpInfo; //图片参数信息
     char *p;
     u32 cnt,c_32;
     int x,y;
     u16 c_16; //存放16位的颜色
     
     /*1. 创建一张BMP图片*/
     res = f_open(&file,filename, FA_OPEN_ALWAYS | FA_WRITE);
     if(res!=0)return 1;
     
     /*2. 创建BMP的图片头参数*/
     memset(&BmpHead,0,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); //将指定空间赋值为指定的值
     p=(char*)&BmpHead.bfType; //填充BMP图片的类型
     *p='B';
     *(p+1)='M';
 ​
     //BmpHead.bfType=0x4d42;//'B''M'   //0x4d42
     BmpHead.bfSize=Width*Height*3+54;  //图片的总大小
     BmpHead.bfOffBits=54;              //图片数据的偏移量
   res =f_write(&file,&BmpHead,sizeof(BITMAPFILEHEADER),&cnt);
     if(res!=0)return 1;
     
     /*3. 创建BMP图片的参数*/
     memset(&BmpInfo,0,sizeof(BITMAPINFOHEADER));
     BmpInfo.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER); //当前结构体大小
     BmpInfo.biWidth=Width;
     BmpInfo.biHeight=Height;
     BmpInfo.biPlanes=1;
     BmpInfo.biBitCount=24;
     res =f_write(&file,&BmpInfo,sizeof(BITMAPINFOHEADER),&cnt);
     if(res!=0)return 1;
         
     /*4. 读取LCD屏的颜色数据,用于创建BMP图片*/
     for(y=Height-1;y >=0;y--)
     {
           for(x=0;x< Width;x++)
           {
                 c_16=LcdReadPoint(x,y); //读取LCD屏上一个点的颜色
                   c_32=RGB565ToRGB888(c_16); //颜色的转换
                   res =f_write(&file,&c_32,3,&cnt);
                   if(res!=0)return 1;
             }
     }
     
     /*5. 关闭文件*/
     f_close(&file);
 }
 ​
 ​
 /*
 函数功能:BMP图片显示功能
 参    数:
                 char filename:文件名称
 返 回 值:0表示成功,1表示失败
 */
 u8 Show_BMP(const char *filename)
 {
     FIL  file; // 用户定义的文件系统结构体
     u8   res;  // 保存文件操作的返回值
     BITMAPFILEHEADER BmpHead; //保存图片文件头的信息
   BITMAPINFOHEADER BmpInfo; //图片参数信息
     char *p;
     u32 cnt,c_24;
     int x,y;
     u16 c_16; //存放16位的颜色
     
     /*1. 打开一张BMP图片*/
     res = f_open(&file,filename,FA_READ);
     if(res!=0)return 1;
     
     /*2. 读取BMP的图片头参数*/
   res =f_read(&file,&BmpHead,sizeof(BITMAPFILEHEADER),&cnt);
     if(res!=0)return 1;
     
     /*3. 读取BMP图片的参数*/
     res =f_read(&file,&BmpInfo,sizeof(BITMAPINFOHEADER),&cnt);
     if(res!=0)return 1;
     
     /*4.显示BMP图片*/
     f_lseek(&file,BmpHead.bfOffBits); //移动到RGB数据的存放位置
     
     //后期的优化:读取一行的数据,再显示一行。
    for(y=0;y< BmpInfo.biHeight;y++)
      {
             for(x=0;x< BmpInfo.biWidth;x++)
          {
                 res =f_read(&file,&c_24,3,&cnt);
                     if(res!=0)return 1;
                 c_16=RGB888ToRGB565(c_24); //转换颜色
                 LcdDrawPoint(x,y,c_16);
          }
      }
     /*5. 关闭文件*/
     f_close(&file);
 }
 ​
 ​

3.3 jpeg图片解码

#include "piclib.h"
 #include "nt35310_lcd.h"
 _pic_info picinfo;      //图片信息
 _pic_phy pic_phy;         //图片显示物理接口    /*
 函数功能: 划横线函数,需要自己实现
 */
 void Picture_DrawLine(u16 x0,u16 y0,u16 len,u16 color)
 {
     NT35310_Fill(x0,y0,x0+len-1,y0,color);  
 }
 ​
 /*
 函数功能: 矩形填充颜色
 函数参数:
         x,y:起始坐标
         width,height:宽度和高度。
         color:颜色数组
 */
 void Picture_FillColor(u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u16 *color)
 {  
     NT35310_DrawRectangle(x,y,x+width-1,y+height-1,*color); 
 }
 ​
 /*
 函数功能: 画图初始化,在画图之前,必须先调用此函数
 函数参数: 指定画点/读点
 */
 void Picture_DisplayInit(void)
 {
     pic_phy.draw_point=NT35310_DrawPoint;    //画点函数实现
     pic_phy.fill=NT35310_Fill;                       //填充函数实现,仅GIF需要
     pic_phy.draw_hline=Picture_DrawLine;     //画线函数实现,仅GIF需要
     pic_phy.fillcolor=Picture_FillColor;     //颜色填充函数实现,仅TJPGD需要 
     picinfo.lcdwidth=Lcd_Width;                          //得到LCD的宽度像素
     picinfo.lcdheight=Lcd_Height;                        //得到LCD的高度像素
 ​
     picinfo.ImgWidth=0; //初始化宽度为0
     picinfo.ImgHeight=0;//初始化高度为0
     picinfo.Div_Fac=0;  //初始化缩放系数为0
     picinfo.S_Height=0; //初始化设定的高度为0
     picinfo.S_Width=0;  //初始化设定的宽度为0
     picinfo.S_XOFF=0;     //初始化x轴的偏移量为0
     picinfo.S_YOFF=0;     //初始化y轴的偏移量为0
     picinfo.staticx=0;  //初始化当前显示到的x坐标为0
     picinfo.staticy=0;  //初始化当前显示到的y坐标为0
 }
 ​
 ​
 /*
 函数功能: 初始化智能画点
 说明: 内部调用
 */
 void Picture_PointInit(void)
 {
     float temp,temp1;      
     temp=(float)picinfo.S_Width/picinfo.ImgWidth;
     temp1=(float)picinfo.S_Height/picinfo.ImgHeight;                         
     if(temp< temp1)temp1=temp;//取较小的那个    
     if(temp1 >1)temp1=1;   
     //使图片处于所给区域的中间
     picinfo.S_XOFF+=(picinfo.S_Width-temp1*picinfo.ImgWidth)/2;
     picinfo.S_YOFF+=(picinfo.S_Height-temp1*picinfo.ImgHeight)/2;
     temp1*=8192;//扩大8192倍    
     picinfo.Div_Fac=temp1;
     picinfo.staticx=0xffff;
     picinfo.staticy=0xffff;//放到一个不可能的值上面                                                        
 }  
 ​
 /*
 函数功能: 判断这个像素是否可以显示
 函数参数:
             (x,y) :像素原始坐标
             chg   :功能变量.
 返回值:0,不需要显示.1,需要显示
 */
 u8 Picture_is_Pixel(u16 x,u16 y,u8 chg)
 {                 
     if(x!=picinfo.staticx||y!=picinfo.staticy)
     {
         if(chg==1)
         {
             picinfo.staticx=x;
             picinfo.staticy=y;
         } 
         return 1;
     }else return 0;
 }
 ​
 extern u8 jpg_decode(const u8 *filename);
 ​
 /*
 函数功能: 绘制图片
 函数参数:
                 FileName:要显示的图片文件  BMP/JPG/JPEG/GIF
                 x,y,width,height:坐标及显示区域尺寸
                 fast:使能jpeg/jpg小图片(图片尺寸小于等于液晶分辨率)快速解码,0,不使能;1,使能.
                 函数说明: 图片在开始和结束的坐标点范围内显示
 */
 u8 Picture_DisplayJPG(const u8 *filename,u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 fast)
 {   
     u8  res;//返回值
     
     //显示的图片高度、宽度
     picinfo.S_Height=height;
     picinfo.S_Width=width;
 ​
     //显示的开始坐标点
     picinfo.S_YOFF=y;
     picinfo.S_XOFF=x;
     
     //解码JPG/JPEG         
   res=jpg_decode(filename);             //解码JPG/JPEG                                                   
     return res;
 }
 ​

3.4 gif图片解码

#include "piclib.h"
 #include < stm32f10x.h >
 #include "gif.h"     
 #include "ff.h" 
 #include "delay.h"      
 #include < string.h >const u16 _aMaskTbl[16] =
 {
     0x0000, 0x0001, 0x0003, 0x0007,
     0x000f, 0x001f, 0x003f, 0x007f,
     0x00ff, 0x01ff, 0x03ff, 0x07ff,
     0x0fff, 0x1fff, 0x3fff, 0x7fff,
 };    
 const u8 _aInterlaceOffset[]={8,8,4,2};
 const u8 _aInterlaceYPos  []={0,4,2,1};
  
 u8 gifdecoding=0;//标记GIF正在解码.//检测GIF头
 //返回值:0,是GIF89a/87a;非零,非GIF89a/87a
 u8 gif_check_head(FIL *file)
 {
     u8 gifversion[6];
     u32 readed;
     u8 res;
     res=f_read(file,gifversion,6,(UINT*)&readed);
     if(res)return 1;       
     if((gifversion[0]!='G')||(gifversion[1]!='I')||(gifversion[2]!='F')||
     (gifversion[3]!='8')||((gifversion[4]!='7')&&(gifversion[4]!='9'))||
     (gifversion[5]!='a'))return 2;
     else return 0;  
 }
 ​
 //将RGB888转为RGB565
 //ctb:RGB888颜色数组首地址.
 //返回值:RGB565颜色.
 u16 gif_getrgb565(u8 *ctb) 
 {
     u16 r,g,b;
     r=(ctb[0] >>3)&0X1F;
     g=(ctb[1] >>2)&0X3F;
     b=(ctb[2] >>3)&0X1F;
     return b+(g< < 5)+(r< < 11);
 }
 ​
 //读取颜色表
 //file:文件;
 //gif:gif信息;
 //num:tbl大小.
 //返回值:0,OK;其他,失败;
 u8 gif_readcolortbl(FIL *file,gif89a * gif,u16 num)
 {
     u8 rgb[3];
     u16 t;
     u8 res;
     u32 readed;
     for(t=0;t< num;t++)
     {
         res=f_read(file,rgb,3,(UINT*)&readed);
         if(res)return 1;//读错误
         gif- >colortbl[t]=gif_getrgb565(rgb);
     }
     return 0;
 } 
 //得到逻辑屏幕描述,图像尺寸等
 //file:文件;
 //gif:gif信息;
 //返回值:0,OK;其他,失败;
 u8 gif_getinfo(FIL *file,gif89a * gif)
 {
     u32 readed;  
     u8 res;   
     res=f_read(file,(u8*)&gif- >gifLSD,7,(UINT*)&readed);
     if(res)return 1;
     if(gif- >gifLSD.flag&0x80)//存在全局颜色表
     {
         gif- >numcolors=2< < (gif- >gifLSD.flag&0x07);//得到颜色表大小
         if(gif_readcolortbl(file,gif,gif- >numcolors))return 1;//读错误 
     }      
     return 0;
 }
 //保存全局颜色表    
 //gif:gif信息;
 void gif_savegctbl(gif89a* gif)
 {
     u16 i=0;
     for(i=0;i< 256;i++)gif- >bkpcolortbl[i]=gif- >colortbl[i];//保存全局颜色.
 }
 //恢复全局颜色表    
 //gif:gif信息;
 void gif_recovergctbl(gif89a* gif)
 {
     u16 i=0;
     for(i=0;i< 256;i++)gif- >colortbl[i]=gif- >bkpcolortbl[i];//恢复全局颜色.
 }
 ​
 //初始化LZW相关参数       
 //gif:gif信息;
 //codesize:lzw码长度
 void gif_initlzw(gif89a* gif,u8 codesize) 
 {
     memset((u8 *)gif- >lzw, 0, sizeof(LZW_INFO));
     gif- >lzw- >SetCodeSize  = codesize;
     gif- >lzw- >CodeSize     = codesize + 1;
     gif- >lzw- >ClearCode    = (1 < < codesize);
     gif- >lzw- >EndCode      = (1 < < codesize) + 1;
     gif- >lzw- >MaxCode      = (1 < < codesize) + 2;
     gif- >lzw- >MaxCodeSize  = (1 < < codesize) < < 1;
     gif- >lzw- >ReturnClear  = 1;
     gif- >lzw- >LastByte     = 2;
     gif- >lzw- >sp           = gif- >lzw- >aDecompBuffer;
 }
 ​
 //读取一个数据块
 //gfile:gif文件;
 //buf:数据缓存区
 //maxnum:最大读写数据限制
 u16 gif_getdatablock(FIL *gfile,u8 *buf,u16 maxnum) 
 {
     u8 cnt;
     u32 readed;
     u32 fpos;
     f_read(gfile,&cnt,1,(UINT*)&readed);//得到LZW长度            
     if(cnt) 
     {
         if (buf)//需要读取 
         {
             if(cnt >maxnum)
             {
                 fpos=f_tell(gfile);
                 f_lseek(gfile,fpos+cnt);//跳过
                 return cnt;//直接不读
             }
             f_read(gfile,buf,cnt,(UINT*)&readed);//得到LZW长度  
         }else   //直接跳过
         {
             fpos=f_tell(gfile);
             f_lseek(gfile,fpos+cnt);//跳过
         }
     }
     return cnt;
 }
 ​
 //ReadExtension      
 //Purpose:
 //Reads an extension block. One extension block can consist of several data blocks.
 //If an unknown extension block occures, the routine failes.
 //返回值:0,成功;
 //       其他,失败
 u8 gif_readextension(FIL *gfile,gif89a* gif, int *pTransIndex,u8 *pDisposal)
 {
     u8 temp;
     u32 readed;  
     u8 buf[4];  
     f_read(gfile,&temp,1,(UINT*)&readed);//得到长度      
     switch(temp)
     {
         case GIF_PLAINTEXT:
         case GIF_APPLICATION:
         case GIF_COMMENT:
             while(gif_getdatablock(gfile,0,256) >0);         //获取数据块
             return 0;
         case GIF_GRAPHICCTL://图形控制扩展块
             if(gif_getdatablock(gfile,buf,4)!=4)return 1;   //图形控制扩展块的长度必须为4 
             gif- >delay=(buf[2]< < 8)|buf[1];                  //得到延时 
             *pDisposal=(buf[0] >>2)&0x7;                     //得到处理方法
             if((buf[0]&0x1)!=0)*pTransIndex=buf[3];         //透明色表 
             f_read(gfile,&temp,1,(UINT*)&readed);           //得到LZW长度   
             if(temp!=0)return 1;                            //读取数据块结束符错误.
             return 0;
     }
     return 1;//错误的数据
 }
 ​
 //从LZW缓存中得到下一个LZW码,每个码包含12位
 //返回值:< 0,错误.
 //       其他,正常.
 int gif_getnextcode(FIL *gfile,gif89a* gif) 
 {
     int i,j,End;
     long Result;
     if(gif- >lzw- >ReturnClear)
     {
         //The first code should be a clearcode.
         gif- >lzw- >ReturnClear=0;
         return gif- >lzw- >ClearCode;
     }
     End=gif- >lzw- >CurBit+gif- >lzw- >CodeSize;
     if(End >=gif- >lzw- >LastBit)
     {
         int Count;
         if(gif- >lzw- >GetDone)return-1;//Error 
         gif- >lzw- >aBuffer[0]=gif- >lzw- >aBuffer[gif- >lzw- >LastByte-2];
         gif- >lzw- >aBuffer[1]=gif- >lzw- >aBuffer[gif- >lzw- >LastByte-1];
         if((Count=gif_getdatablock(gfile,&gif- >lzw- >aBuffer[2],300))==0)gif- >lzw- >GetDone=1;
         if(Count< 0)return -1;//Error 
         gif- >lzw- >LastByte=2+Count;
         gif- >lzw- >CurBit=(gif- >lzw- >CurBit-gif- >lzw- >LastBit)+16;
         gif- >lzw- >LastBit=(2+Count)*8;
         End=gif- >lzw- >CurBit+gif- >lzw- >CodeSize;
     }
     j=End >>3;
     i=gif- >lzw- >CurBit >>3;
     if(i==j)Result=(long)gif- >lzw- >aBuffer[i];
     else if(i+1==j)Result=(long)gif- >lzw- >aBuffer[i]|((long)gif- >lzw- >aBuffer[i+1]< < 8);
     else Result=(long)gif- >lzw- >aBuffer[i]|((long)gif- >lzw- >aBuffer[i+1]< < 8)|((long)gif- >lzw- >aBuffer[i+2]< < 16);
     Result=(Result >>(gif- >lzw- >CurBit&0x7))&_aMaskTbl[gif- >lzw- >CodeSize];
     gif- >lzw- >CurBit+=gif- >lzw- >CodeSize;
     return(int)Result;
 }
 ​
 ​
 //得到LZW的下一个码
 //返回值:< 0,错误(-1,不成功;-2,读到结束符了)
 //       >=0,OK.(LZW的第一个码)
 int gif_getnextbyte(FIL *gfile,gif89a* gif) 
 {
     int i,Code,Incode;
     while((Code=gif_getnextcode(gfile,gif)) >=0)
     {
         if(Code==gif- >lzw- >ClearCode)
         {
             //Corrupt GIFs can make this happen  
             if(gif- >lzw- >ClearCode >=(1<
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