STM32單片機(jī)的LED廣告牌

無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 朱文博 徐 燕 樂(lè)明于

基于STM32單片機(jī)的LED廣告牌它的設(shè)計(jì)方案主要使用了一款由st公司生產(chǎn)的STM32單片機(jī)。以stm32單片機(jī)為主要的控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)了LED顯示裝置的顯示和使用。顯示功能主要事依由led顯示裝置上的若干個(gè)led燈利用掃描的方式來(lái)顯示一連串的文字，或者數(shù)字圖形等功能。而掃描功能其基于了若干個(gè)8位串行輸入、并行輸出的位移緩存器：74HC595。使用它使得我們可以用很少的驅(qū)動(dòng)接口來(lái)驅(qū)動(dòng)像廣告牌這樣需要多個(gè)接口驅(qū)動(dòng)的裝置。

LED顯示是20世紀(jì)80年代末在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型信息顯示媒體，它采用點(diǎn)矩陣模塊或像素單元構(gòu)成大面積的表面顯示，具有性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，平板顯示器作為平板顯示器的主要產(chǎn)品，由于其高性價(jià)比和低成本，在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，70年代隨著半導(dǎo)體材料合成技術(shù)的研究進(jìn)展，單晶生產(chǎn)技術(shù)和p-n連接技術(shù)提高了LED在光輸出顏色和亮度方面的性能，并迅速開始批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)入80年代以后，LED在波長(zhǎng)和性能方面有了很大的提高開始形成平板產(chǎn)品，即LED顯示屏。LED顯示屏在生活的每一個(gè)角落，可以說(shuō)是每個(gè)人每天都離不開它，因此有必要了解LED顯示屏的工作原理。

1 Led顯示裝置的構(gòu)成

1.1 SM74HC245

SM74HC245主要用于大屏幕和其他電子消費(fèi)品。SM74HC2455是一種高速CMOS器件，與TTL（LSTL）系列兼容。SM74HC245是一種三模八通道信號(hào)雙向收發(fā)器，帶有兩個(gè)控制終端（OE、DIR）；如果高，則數(shù)據(jù)流方向?yàn)閍->B；如果低，則數(shù)據(jù)流方向?yàn)锽->a；OE是初始狀態(tài)控制終端，如果OE電平高，則輸出電平高；如果OE電平低，則數(shù)據(jù)傳輸正常，其任務(wù)是增加LED屏驅(qū)動(dòng)。

1.2 74HC595

他是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的移位緩存器，由SCK信號(hào)腳控制數(shù)據(jù)信號(hào)輸入的脈沖，信號(hào)輸入的零或者一都是SDL角決定的。由SCK與SDL角共同控制信號(hào)的輸入。由OE的控制整個(gè)單片機(jī)的輸出。操作移位的時(shí)鐘腳SCK一位一位的向芯片寫入數(shù)據(jù)多余的數(shù)據(jù)會(huì)溢出到下一個(gè)74HC595的芯片當(dāng)中當(dāng)，當(dāng)使能信號(hào)輸出時(shí)即可輸出指定的引腳狀態(tài)出去。

1.3 兩個(gè)38譯碼器74LS138

通過(guò)4個(gè)引腳來(lái)操控16行的亮滅，而其中上下兩屏幕公用了16行的亮滅線，所以通過(guò)a、b、c、d四個(gè)引腳控制了32行的兩滅。

1.4 單片機(jī)介紹

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲(chǔ)器容量是64KB，我們用他來(lái)控制led燈的運(yùn)行。

1.5 GT21L16S2W芯片

GT21L16S2W是一款內(nèi)含11X12點(diǎn)陣和15X16點(diǎn)陣的漢字庫(kù)芯片，支持GB2312國(guó)標(biāo)簡(jiǎn)體漢字（含有國(guó)家信標(biāo)委合法授權(quán)）、ASCII字符及GB2312與Unicode編碼互轉(zhuǎn)表。用戶可以計(jì)算芯片中字形的地址，使用芯片手冊(cè)提供的方法，通過(guò)字母內(nèi)部編碼，連續(xù)讀取地址中的網(wǎng)格信息。本字庫(kù)芯片包含GT快速拼音輸入法碼本。在數(shù)字鍵盤的IT產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)漢字。

使用GT21L16S2W芯片的原因是方便使用者去改變顯示的顯示數(shù)據(jù)。一般來(lái)講如果沒(méi)有字庫(kù)芯片的話，使用者想要顯示新的內(nèi)容的話就需要自己取顯示碼很不方便。但是如果用字庫(kù)芯片的話只需要輸入對(duì)應(yīng)的ASCII碼值程序內(nèi)部通過(guò)計(jì)算立馬就可以顯示想要顯示的內(nèi)容。

2 軟件驅(qū)動(dòng)部分

2.1 SPI通訊

SPI是串行外圍設(shè)備的縮寫，是摩托羅拉的產(chǎn)品SPI通信原理非常簡(jiǎn)單，它工作在主從模式，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，至少需要四條線路，實(shí)際上，也可以使用三個(gè)（單向街道），它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入）、SDO（數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（時(shí)鐘）和CS（芯片選擇）（65288；1）SDO/MoSi主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備輸入65288；2）SDI/miso主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備輸出652883；3）由主設(shè)備658生成的SCLK時(shí)鐘信號(hào)；4）CS/SS從信號(hào)，由主設(shè)備控制。如果有多個(gè)從設(shè)備，由于每個(gè)從設(shè)備都有一個(gè)芯片選擇自旋連接到主設(shè)備，我們必須向下或向上拖動(dòng)與從設(shè)備相對(duì)應(yīng)的芯片選擇工作的級(jí)別。需要注意的是，有四種不同的SPI通信模式。不同的從設(shè)備可以在某個(gè)不能改變的操作模式下配置；但是第一個(gè)假校驗(yàn)與通信雙方相同，所以我們可以通過(guò)CPOL（beat polarity）和CPHA（beat phase）配置主機(jī)的SPI模式。

2.2 SPI驅(qū)動(dòng)程序的編寫

2.3 顯示裝置驅(qū)動(dòng)的編寫

2.4 設(shè)計(jì)思路

使用單片機(jī)按照芯片邏輯寫入數(shù)據(jù)，采用刷新顯示的辦法顯示字體。從中顯示字體使用了一個(gè)字庫(kù)芯片，我們主要使用單片機(jī)來(lái)讀取內(nèi)部的字形碼顯示到顯示屏上。因?yàn)閱为?dú)用記錄字形的方式并不能讓我們隨性所欲的顯示內(nèi)容。芯片采用了spi通訊，我們配置了單片機(jī)外設(shè)spi來(lái)讀取數(shù)據(jù)，將讀取的數(shù)據(jù)采用掃描的方式顯示到LED屏幕上。

結(jié)語(yǔ)：本次我們使用了STM32單片機(jī)和若干接口芯片實(shí)現(xiàn)了一個(gè)LED顯示裝置。使用它我們顯示了文字，顯示了時(shí)間并且根據(jù)對(duì)程序的修改還可以顯示各種不同的內(nèi)容。在人們的生活中LED顯示裝置用的最多的就是現(xiàn)實(shí)廣告了，因此它具有一定的實(shí)際價(jià)值。從中我們還學(xué)會(huì)了使用一系列的接口芯片例如74HC595移位緩存器，它很好的減少了我們的對(duì)于io資源的要求可以說(shuō)在很多的場(chǎng)景下都可以用到，例如數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)裝置。學(xué)習(xí)了基于STM32單片機(jī)的LED現(xiàn)實(shí)裝置不僅了解了STM32單片機(jī)的一系列外設(shè)，還理解了一些基本的算法和外設(shè)，對(duì)于學(xué)習(xí)其他的電子設(shè)備有很大的幫助。