信息查詢系統電路設計與實現分析

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摘要:手寫滿文信息查詢系統能夠實現手寫滿文單詞輸入，并顯示其羅馬轉換、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電路設計方案，是以Keil5軟件為開發平臺，基于STM32F4處理器運用C語言編程開發了觸摸屏模塊、SRAM模塊、SD卡模塊和通信模塊，以及優化后的預處理和特征提取算法，并利用串口實現了與PC機的數據傳輸。硬件電路是在Altium-Designer9軟件上設計實現的，包括原理圖設計以及PCB板的制作。經過測試，系統能夠完成所需的功能，并且實時性強、界面友好、操作方便。

關鍵詞:嵌入式；手寫滿文單詞；信息查詢；電路設計

0引言

成立中國最后一個封建王朝的民族是滿族，它不但發明了自己獨立的文字--滿文，而且使滿文文字廣泛使用并成為了清朝的法定文字，鑄造了大量的有關滿文的古籍文獻，其中包括圖書、碑文、檔案、地圖等等。滿文古籍文獻在中國55個少數民族的古籍文獻中，不管是數量還是種類都是最多的一種。它在少數民族語言文字領域有重要地位，是中華民族文化遺產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，設計一個滿文信息查詢系統很有必要[2]，該系統調試完成后能實現手寫輸入滿文文字并可查詢到其所有的信息（包括羅馬轉換、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、滿文采集庫的基礎上，設計了一個功能較完善的手寫滿文信息查詢系統。

1方案設計

根據系統所完成的功能，構建系統電路設計方案，其系統結構框圖如圖1所示。整個系統硬件主要包括了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界面以及手寫輸入；輸入控制模塊用來進行手寫數據采集、數據的轉化處理以及數據存儲；通信模塊主要功能是將處理好的字母圖像的特征發送到為了使系統界面顯示良好，觸摸屏選用FT5206驅動的ATK－7’TFTLCDV2定制電容觸摸屏[4]，其采用SSD1963驅動。該LCD觸摸屏能夠有效地克服非選通時的串擾并且液晶顯示屏的靜態特性與掃描線數沒有聯系，因此大大提高了圖像質量，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電路設計

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為核心來實現它們的功能。

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DC_IN接入外部直流電源輸入，經過穩壓芯片MP2359時會將高電壓轉換為電路需要的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3.3V電路的降壓電路：K1為開發板的總電源開關，電源供電電流接到K1后輸出為VCC5，電路連接穩壓芯片AMS1117_3.3，當5V電源通過此芯片時電壓轉換為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。當用USB供電時，在按鍵K1處需要加一個1000ma的自恢復保險絲，用于保護USB。

2.1.2SRAM存儲模塊

該系統所需內存比較大，STSTM32F407ZGT6本身自帶的192K字節的SRAM遠滿足不了需求，因此STM32F4開發板在前幾代的基礎上加上了一塊1M字節容量的SRAM芯片——IS62WV51216是一個16位寬512K容量的CMOS靜態內存芯片.該芯片具有高速、低功耗、TTL電平兼容、全靜態操作、三態輸出、字節控制等特點，滿足系統的需要[5]。系統開機運行之后會出現提示信息，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，就會顯示預存在外部SRAM的數據。

2.1.3ARM控制模塊

此系統選擇的是STM32F407ZGT6芯片作為MCU，包括時鐘電路、復位電路、最小系統等。該芯片配置強大，是32位高性能ARMCortex-M4處理器。他的時鐘高達168M,實際還可以超屏一點點，支持FPU（浮點運算）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)，支持調試：SWD和JTAG[5]。STM32F4的時鐘系統與之前所學的51單片機相比較復雜，，但同時功能強大，滿足系統需求。STM32這系列的芯片都是非常復雜的且外設非常的多，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，開發板接的是8M的晶振。由于STM32是低電平復位的，所以當我們在設計的電路的時候要用低電平復位。如圖5所示為復位電路的原理圖，這里的電阻R23和電容C41構成了上電復位電路。同時，開發板把TFT_LCD的復位引腳也接在RESET上，這樣這個復位按鈕不僅可以用來復位MCU，還可以復位LCD。

2.1.4SD卡

系統中存儲滿了文字母庫、滿文單詞采集庫、羅馬轉換等大量數據，需要大容量的存儲設備，適合單片機系統的只有SD卡。此電路選用的SD卡采用了4位SDIO方式驅動，理論上來說它的最大速率可以達到24MB/S[6]，非常適合需要高速存儲的情況。當從機在收到主機相關的命令之后，就會開始發送數據塊給主機，所有數據塊都帶有CRC校驗值。當單個數據塊讀的時候收到1個數據塊以后即可以停止了，不需要發送停止命令，但是多塊數據讀的時候，SD卡將一直發送數據給主機，直到接到主機發送的STOP命令。要實現SDIO驅動SD卡，最重要的步驟就是SD卡的初始化。首先給SD卡上電，上電后發送CMD0，對卡進行軟復位，之后發送CMD8命令。

2.2通信模塊

通信模塊一個是用于下載調試程序的JTAG電路，直接連接在MCU的引腳上引出標準的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備，為采集大量數據提供極大方便。此系統中使用CH340G芯片將USB轉換成串口，其中RESET是開發板的復位信號，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STM32一按復位鍵就開始運行代碼，則需要配置BOOT0為0，BOOT1設置為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，而且可以給開發板供電,

3電路運行與測試

系統電路原理圖設計以及PCB的制作都是在Altium-Designer9上完成，VUSB是來自電腦USB的電源，USB_LSAVE是本開發板的主要供電口。

3.1串口測試

利用串口調試助手，檢查整個系統模塊是否正常通訊，以及下位機發送的數據是否與顯示數據一致。調試時串口設置為COM4，波特率是115200，數據位是8M。調試時數據顯示如圖9所示。經過測試數據對比，上位機接收正常，數據顯示都符合理論要求。

3.2整機測試

手寫一個滿文文字后，則出現其羅馬轉寫和文字分割后的滿文字母，并且顯示其中文意思，運行界面測試如圖10所示。經測試后，系統的各個模塊運行良好，界面顯示友好。

參考文獻：

[1]許爽,李敏,朱滿瓊等.滿文識別技術研究與分析[J].大連民族學院學報,2014,16(5):546-551．

[2]吳敏.從滿文發展的歷史與現狀談保護與發展滿文的意義[J].滿族研究,2010(99):62-65．

[3]王帆,李敏,丁紀峰,許爽,鄭蕊蕊.手寫滿文字母采集系統的設計與實現［J].大連民族學院學報,2016

[4]張勇強,陽泳,于建坤.基于STM32的圖像采集與顯示系統的設計與實現[J].電子世界,2016(2):34-36．

[5]盧有亮．基于STM32的嵌入式系統原理與設計［M].北京:機械工業出版社,2014.RoyalInstitute

[6]周興華,李敏,鄭蕊蕊等.印刷體滿文文字數據庫的構建與實現［J].大連民族學院學報,2015,17(3):270-273．

作者:付玉 王帆