信息查詢系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析

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摘要:手寫滿文信息查詢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手寫滿文單詞輸入，并顯示其羅馬轉(zhuǎn)換、字母組成和中文意思等信息的功能。提出的基于嵌入式的查詢系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案，是以Keil5軟件為開發(fā)平臺，基于STM32F4處理器運(yùn)用C語言編程開發(fā)了觸摸屏模塊、SRAM模塊、SD卡模塊和通信模塊，以及優(yōu)化后的預(yù)處理和特征提取算法，并利用串口實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。硬件電路是在Altium-Designer9軟件上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，包括原理圖設(shè)計(jì)以及PCB板的制作。經(jīng)過測試，系統(tǒng)能夠完成所需的功能，并且實(shí)時性強(qiáng)、界面友好、操作方便。

關(guān)鍵詞:嵌入式；手寫滿文單詞；信息查詢；電路設(shè)計(jì)

0引言

成立中國最后一個封建王朝的民族是滿族，它不但發(fā)明了自己獨(dú)立的文字--滿文，而且使?jié)M文文字廣泛使用并成為了清朝的法定文字，鑄造了大量的有關(guān)滿文的古籍文獻(xiàn)，其中包括圖書、碑文、檔案、地圖等等。滿文古籍文獻(xiàn)在中國55個少數(shù)民族的古籍文獻(xiàn)中，不管是數(shù)量還是種類都是最多的一種。它在少數(shù)民族語言文字領(lǐng)域有重要地位，是中華民族文化遺產(chǎn)不可或缺的組成部分，具有重要的歷史文化價值和極高的收藏研究價值[1]。目前社會上，滿族大多被漢化，會說滿語的人寥寥無幾，滿族的文化在不斷的消亡。因此，設(shè)計(jì)一個滿文信息查詢系統(tǒng)很有必要[2]，該系統(tǒng)調(diào)試完成后能實(shí)現(xiàn)手寫輸入滿文文字并可查詢到其所有的信息（包括羅馬轉(zhuǎn)換、中文意思、滿文字母組成等）的功能。本文是在已有滿文字母庫、滿文采集庫的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個功能較完善的手寫滿文信息查詢系統(tǒng)。

1方案設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)所完成的功能，構(gòu)建系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)硬件主要包括了LCD觸摸屏模塊、輸入控制模塊和通信模塊。其中輸入控制模塊又包含了電源供電模塊、ARM控制模塊、SRAM存儲模塊以及SD卡等[3]。觸摸屏模塊用來顯示系統(tǒng)界面以及手寫輸入；輸入控制模塊用來進(jìn)行手寫數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化處理以及數(shù)據(jù)存儲；通信模塊主要功能是將處理好的字母圖像的特征發(fā)送到為了使系統(tǒng)界面顯示良好，觸摸屏選用FT5206驅(qū)動的ATK－7’TFTLCDV2定制電容觸摸屏[4]，其采用SSD1963驅(qū)動。該LCD觸摸屏能夠有效地克服非選通時的串?dāng)_并且液晶顯示屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)沒有聯(lián)系，因此大大提高了圖像質(zhì)量，其分辨率為800×480。LCD觸摸屏接口與STM32F407ZGT6連接時是在FSMC總線上，這樣可以顯著的提高LCD的刷屏速度。

2電路設(shè)計(jì)

2.1輸入控制模塊

電源供電模塊、SRAM存儲模塊、ARM控制模塊、SD卡，這些模塊都是以STM32F407ZGT6為核心來實(shí)現(xiàn)它們的功能。

2.1.1電源供電模塊

電源供電模塊分為兩部分，一是直流供電部分：當(dāng)DC_IN接入外部直流電源輸入，經(jīng)過穩(wěn)壓芯片MP2359時會將高電壓轉(zhuǎn)換為電路需要的5V電源輸出。DC_IN接防反接二極管就是為了避免當(dāng)外部直流電源極性搞錯的時會燒壞電路板。第二部分是5V轉(zhuǎn)3.3V電路的降壓電路：K1為開發(fā)板的總電源開關(guān)，電源供電電流接到K1后輸出為VCC5，電路連接穩(wěn)壓芯片AMS1117_3.3，當(dāng)5V電源通過此芯片時電壓轉(zhuǎn)換為3.3V輸出，輸出端的VCC3.3用來給其余電路供電。供電電源中，有一部分是由USB供電的。當(dāng)用USB供電時，在按鍵K1處需要加一個1000ma的自恢復(fù)保險絲，用于保護(hù)USB。

2.1.2SRAM存儲模塊

該系統(tǒng)所需內(nèi)存比較大，STSTM32F407ZGT6本身自帶的192K字節(jié)的SRAM遠(yuǎn)滿足不了需求，因此STM32F4開發(fā)板在前幾代的基礎(chǔ)上加上了一塊1M字節(jié)容量的SRAM芯片——IS62WV51216是一個16位寬512K容量的CMOS靜態(tài)內(nèi)存芯片.該芯片具有高速、低功耗、TTL電平兼容、全靜態(tài)操作、三態(tài)輸出、字節(jié)控制等特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)的需要[5]。系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行之后會出現(xiàn)提示信息，之后按下控制按鍵KEY0，就可測試外部SRAM容量大小，同時會顯示在液晶顯示屏上。如果按下KEY1按鍵，就會顯示預(yù)存在外部SRAM的數(shù)據(jù)。

2.1.3ARM控制模塊

此系統(tǒng)選擇的是STM32F407ZGT6芯片作為MCU，包括時鐘電路、復(fù)位電路、最小系統(tǒng)等。該芯片配置強(qiáng)大，是32位高性能ARMCortex-M4處理器。他的時鐘高達(dá)168M,實(shí)際還可以超屏一點(diǎn)點(diǎn)，支持FPU（浮點(diǎn)運(yùn)算）和DSP指令。其有144引腳即114個IO口,大部分IO口都耐5V(模擬通道除外)，支持調(diào)試：SWD和JTAG[5]。STM32F4的時鐘系統(tǒng)與之前所學(xué)的51單片機(jī)相比較復(fù)雜，，但同時功能強(qiáng)大，滿足系統(tǒng)需求。STM32這系列的芯片都是非常復(fù)雜的且外設(shè)非常的多，在STM32F4中，有5個最重要的時鐘源為HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。。按時鐘頻率來分辨，可以分為高速時鐘源和低速時鐘源。系統(tǒng)中用了低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體，其主要是RTC的時鐘源。以及高速外部時鐘，開發(fā)板接的是8M的晶振。由于STM32是低電平復(fù)位的，所以當(dāng)我們在設(shè)計(jì)的電路的時候要用低電平復(fù)位。如圖5所示為復(fù)位電路的原理圖，這里的電阻R23和電容C41構(gòu)成了上電復(fù)位電路。同時，開發(fā)板把TFT_LCD的復(fù)位引腳也接在RESET上，這樣這個復(fù)位按鈕不僅可以用來復(fù)位MCU，還可以復(fù)位LCD。

2.1.4SD卡

系統(tǒng)中存儲滿了文字母庫、滿文單詞采集庫、羅馬轉(zhuǎn)換等大量數(shù)據(jù)，需要大容量的存儲設(shè)備，適合單片機(jī)系統(tǒng)的只有SD卡。此電路選用的SD卡采用了4位SDIO方式驅(qū)動，理論上來說它的最大速率可以達(dá)到24MB/S[6]，非常適合需要高速存儲的情況。當(dāng)從機(jī)在收到主機(jī)相關(guān)的命令之后，就會開始發(fā)送數(shù)據(jù)塊給主機(jī)，所有數(shù)據(jù)塊都帶有CRC校驗(yàn)值。當(dāng)單個數(shù)據(jù)塊讀的時候收到1個數(shù)據(jù)塊以后即可以停止了，不需要發(fā)送停止命令，但是多塊數(shù)據(jù)讀的時候，SD卡將一直發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)，直到接到主機(jī)發(fā)送的STOP命令。要實(shí)現(xiàn)SDIO驅(qū)動SD卡，最重要的步驟就是SD卡的初始化。首先給SD卡上電，上電后發(fā)送CMD0，對卡進(jìn)行軟復(fù)位，之后發(fā)送CMD8命令。

2.2通信模塊

通信模塊一個是用于下載調(diào)試程序的JTAG電路，直接連接在MCU的引腳上引出標(biāo)準(zhǔn)的20針JTAG接口，下載時多用SWD模式，如圖6所示。串口是一個非常通用的通信設(shè)備，為采集大量數(shù)據(jù)提供極大方便。此系統(tǒng)中使用CH340G芯片將USB轉(zhuǎn)換成串口，其中RESET是開發(fā)板的復(fù)位信號，BOOT0則是啟動模式的B0信號。一般情況下如果要使用串口下載代碼，則必須配置BOOT0為1，BOOT1為0，而如果想讓STM32一按復(fù)位鍵就開始運(yùn)行代碼，則需要配置BOOT0為0，BOOT1設(shè)置為0或1均可。如圖7所示。USB_LSAVE是一個MiniUSB座不僅為CH340G和電腦通信提供接口，而且可以給開發(fā)板供電,

3電路運(yùn)行與測試

系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)以及PCB的制作都是在Altium-Designer9上完成，VUSB是來自電腦USB的電源，USB_LSAVE是本開發(fā)板的主要供電口。

3.1串口測試

利用串口調(diào)試助手，檢查整個系統(tǒng)模塊是否正常通訊，以及下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)是否與顯示數(shù)據(jù)一致。調(diào)試時串口設(shè)置為COM4，波特率是115200，數(shù)據(jù)位是8M。調(diào)試時數(shù)據(jù)顯示如圖9所示。經(jīng)過測試數(shù)據(jù)對比，上位機(jī)接收正常，數(shù)據(jù)顯示都符合理論要求。

3.2整機(jī)測試

手寫一個滿文文字后，則出現(xiàn)其羅馬轉(zhuǎn)寫和文字分割后的滿文字母，并且顯示其中文意思，運(yùn)行界面測試如圖10所示。經(jīng)測試后，系統(tǒng)的各個模塊運(yùn)行良好，界面顯示友好。

參考文獻(xiàn)：

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[2]吳敏.從滿文發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀談保護(hù)與發(fā)展?jié)M文的意義[J].滿族研究,2010(99):62-65．

[3]王帆,李敏,丁紀(jì)峰,許爽,鄭蕊蕊.手寫滿文字母采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J].大連民族學(xué)院學(xué)報,2016

[4]張勇強(qiáng),陽泳,于建坤.基于STM32的圖像采集與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2016(2):34-36．

[5]盧有亮．基于STM32的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)［M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.RoyalInstitute

[6]周興華,李敏,鄭蕊蕊等.印刷體滿文文字?jǐn)?shù)據(jù)庫的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)［J].大連民族學(xué)院學(xué)報,2015,17(3):270-273．

作者:付玉 王帆