基于STM32的點陣屏電子席卡的設(shè)計

摘 要：文章提出了一種基于STM32為核心處理器的LED點陣屏系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)包括主控模塊、信號傳輸模塊、時鐘模塊RTC、電源模塊、顯示模塊和2個16*64點陣屏等。系統(tǒng)通過上位機(jī)進(jìn)行信息的傳輸以及對其中任意一塊點陣屏進(jìn)行控制，從而顯示出漢字、ASCⅡ碼字符等，可以廣泛應(yīng)用于廣告屏、公告牌等。

關(guān)鍵詞：STM32；LED點陣屏；上位機(jī)；RTC

引言

LED是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，由很多個小燈組成，靠燈的亮滅來顯示字符，是六十年代末七十年代初發(fā)展起來的。LED顯示屏是一種新的顯示媒體，用來顯示文字、圖形、圖像等各種信息，廣泛應(yīng)用于車站、商場、醫(yī)院、賓館和其它公共場所。它的 優(yōu)點是亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩(wěn)定。傳統(tǒng)LED多以51單片機(jī)控制為主，但是由于這類單片機(jī)的運行速度、功耗等問題，已經(jīng)難以滿足顯示區(qū)域較大、顯示內(nèi)容相對復(fù)雜的應(yīng)用場合。文章針對上述問題，研究的是基于STM32的LED電子屏的顯示，不論對自己就業(yè)還是對我國LED顯示技術(shù)的發(fā)展都有非常現(xiàn)實與積極的意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

LED顯示系統(tǒng)主要由上位機(jī)、無線傳輸模塊、單片機(jī)、時鐘芯片及點陣顯示模塊組成，總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)通過上位機(jī)進(jìn)行信息的傳輸并對其中任意一塊點陣屏進(jìn)行控制，從而顯示出漢字、圖形等。

文章說的LED顯示指的是LED圖文顯示，LED圖文屏的主要特點是控制LED中的二極管的通斷，而不控制LED發(fā)亮程度。不管是圖形還是文字，都與組成這些圖形或文字的各點所在位置相對應(yīng)的LED是否發(fā)光有關(guān)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 核心控制模塊

本系統(tǒng)采用ST公司推出的STM32F103VET6，內(nèi)置高速存儲器（64K RAM，512K Flash），具有100引腳LQFP封裝。STM32采用ARM最新的Cortex-M3內(nèi)核，處理速度可達(dá)72MHz，其ROM和RAM也是目前同類型板載主芯片中容量最大的。具有豐富的I/O資源，而且其外圍電路簡單，在片內(nèi)即可實現(xiàn)所有控制。STM32F103VET6共有80個通用I/O端口，4 個定時器，2 個 I2 C 接口，3個 UART 接口，2個 SPI 接口，為以后的擴(kuò)展提供了條件。

2.2 無線傳輸模塊

HC-12無線串口通信模塊是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊。模塊最大發(fā)射功率為100mW（20dBm），5000bps空中波特率下接收靈敏度-116dBm，開闊地1000米的通信距離。產(chǎn)品特點：遠(yuǎn)距離無線傳輸，工作頻率范圍（433.4-473.0MHz，多達(dá)100個通信頻道），發(fā)射功率（可設(shè)置8檔功率），其原理圖如圖2所示。

圖2中，一共有9個引腳，其中引腳1接直流電源3.2-5.5V；引腳2、7、8接公共地；引腳3為數(shù)據(jù)接收端RXD口；引腳4為無線數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD口；引腳5通過SW1接地進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，懸空則退出；引腳6為天線接口；引腳9無連接，用于固定。

2.3 時鐘模塊

本系統(tǒng)采用單片機(jī)自身攜帶的時鐘模塊。RTC可以通過STRB/LDRB指令將8位BCD碼數(shù)據(jù)送至CPU，這些BCD數(shù)據(jù)包括秒，分，時，日期，星期，月和年。能夠為人們提供精確的實時時間，或者為電子系統(tǒng)提供精確的時間基準(zhǔn)。其原理框圖如圖3所示。

圖3中，RTC由兩部分組成：APB1接口部分以及RTC核心部分。RTC核心部分又分為預(yù)分頻模塊和一個32位的可編程計數(shù)器。首先，通過設(shè)置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位來打開電源和后備接口的時鐘；其次，電源控制寄存器（PWR_CR）的DBP位來使能對后備寄存器和RTC的訪問；接著，初始化復(fù)位BKP寄存器；然后，設(shè)置RTCCLK；將RTC輸入時鐘選擇為LSE時鐘輸入并使能RTC，等待RTC和APB時鐘同步；最后，配置RTC時鐘參數(shù)。

2.4 點陣屏模塊

該系統(tǒng)有兩塊16*64LED點陣屏。每一塊采用16個LED8*8顯示屏，構(gòu)成16行*64列點陣顯示模塊。采用74HC138三-八譯碼器和74HC595移位寄存器。一個16*64的顯示屏可以顯示各種文字或單色圖像，全屏能顯示4個漢字。由138和595的信號，控制二極管的亮、滅來顯示出所要求的字符、漢字。

在圖4中，列驅(qū)動采用移位寄存器74HC595芯片，一塊16*64的點陣屏需要8片74HC595?？梢园汛休斎氲?位數(shù)據(jù)并行輸出，第1片595的串行輸出接到第2片595的串行輸入端，同理，其他引腳的連接方式一樣，通過這種級聯(lián)的方式，把8個595芯片連在一起，同時每個595芯片的并行輸出連接8個LED的列。

行驅(qū)動采用74HC138和74HC4953芯片，需要兩片138和8片4953。74HC138功能是控制掃描的，輸入A、B和OE信號輸出4個信號來控制2片4953。2片138的16路輸出分別通過4953的驅(qū)動用于選通相應(yīng)的行，實現(xiàn)對行的控制。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由在單片機(jī)主控程序協(xié)調(diào)下，由通信程序；時針修改及讀取程序；點陣信息顯示程序等組成。

3.1 總體軟件流

LED顯示主要流程如圖6所示。一開始主程序需要進(jìn)行初始化。然后可以校準(zhǔn)時間并顯示；確認(rèn)按鍵之后獲取的內(nèi)容，即可顯示；上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸至下位機(jī)進(jìn)行顯示。

3.2 子程序設(shè)計

3.2.1時鐘模塊初始化部分程序編寫

void RCC_Config（void）

{

SystemInit（）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA， ENABLE）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOC， ENABLE）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOD， ENABLE）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）；

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_AFIO， ENABLE）；

}

3.2.2 LED顯示緩沖部分程序編寫

u8 DisBuf[16][LedNum_X + 2]； /* 顯示緩沖區(qū) */

unsigned char EffectBuf[16][LedNum_X]；/* 效果緩沖區(qū)，用于實現(xiàn)不同顯示效果 */

3.2.3 無線模塊程序編寫

模塊參數(shù)設(shè)置AT指令

測試指令：AT

更改串口波特率指令：AT+Bxxxx

更改模塊串口通透模式：AT+FUx

獲取模塊所有參數(shù)：AT+Rx

設(shè)置串口通信的數(shù)據(jù)位數(shù)、檢驗位、停止位：AT+Uxxx

4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

文章完成了系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計，包括各個硬件模塊電路設(shè)計和軟件中系統(tǒng)初始化、傳輸數(shù)據(jù)、顯示驅(qū)動程序，設(shè)置了無線模塊、字模提取。實現(xiàn)了LED的顯示功能，下圖為STM32控制顯示屏的顯示效果。

5 結(jié)束語

文章介紹了基于STM32的LED顯示系統(tǒng)的硬軟件構(gòu)成，該系統(tǒng)采用STM32F103為控制核心，傳遞數(shù)據(jù)，用74HC138三-八譯碼器和74HC595移位寄存器來驅(qū)動兩塊16*64點陣屏，對其中任意一塊點陣屏進(jìn)行控制，從而顯示出漢字、ASCⅡ碼字符等。

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