基于STM32的點陣屏電子席卡的設計

摘 要：文章提出了一種基于STM32為核心處理器的LED點陣屏系統的設計。該系統包括主控模塊、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。系統通過上位機進行信息的傳輸以及對其中任意一塊點陣屏進行控制，從而顯示出漢字、ASCⅡ碼字符等，可以廣泛應用于廣告屏、公告牌等。

關鍵詞：STM32；LED點陣屏；上位機；RTC

引言

LED是一種通過控制半導體發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，廣泛應用于車站、商場、醫院、賓館和其它公共場所。它的 優點是亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易與集成電路匹配、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩定。傳統LED多以51單片機控制為主，但是由于這類單片機的運行速度、功耗等問題，已經難以滿足顯示區域較大、顯示內容相對復雜的應用場合。文章針對上述問題，研究的是基于STM32的LED電子屏的顯示，不論對自己就業還是對我國LED顯示技術的發展都有非常現實與積極的意義。

1 系統總體設計

LED顯示系統主要由上位機、無線傳輸模塊、單片機、時鐘芯片及點陣顯示模塊組成，總體框圖如圖1所示。系統通過上位機進行信息的傳輸并對其中任意一塊點陣屏進行控制，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的LED是否發光有關。

2 系統硬件設計

2.1 核心控制模塊

本系統采用ST公司推出的STM32F103VET6，內置高速存儲器（64K RAM，512K Flash），具有100引腳LQFP封裝。STM32采用ARM最新的Cortex-M3內核，處理速度可達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，在片內即可實現所有控制。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傳模塊。模塊最大發射功率為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。產品特點：遠距離無線傳輸，工作頻率范圍（433.4-473.0MHz，多達100個通信頻道），發射功率（可設置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為數據接收端RXD口；引腳4為無線數據發送端TXD口；引腳5通過SW1接地進入參數設置狀態，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

本系統采用單片機自身攜帶的時鐘模塊。RTC可以通過STRB/LDRB指令將8位BCD碼數據送至CPU，這些BCD數據包括秒，分，時，日期，星期，月和年。能夠為人們提供精確的實時時間，或者為電子系統提供精確的時間基準。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核心部分又分為預分頻模塊和一個32位的可編程計數器。首先，通過設置寄存器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，初始化復位BKP寄存器；然后，設置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。

2.4 點陣屏模塊

該系統有兩塊16*64LED點陣屏。每一塊采用16個LED8*8顯示屏，構成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，列驅動采用移位寄存器74HC595芯片，一塊16*64的點陣屏需要8片74HC595。可以把串行輸入的8位數據并行輸出，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的驅動用于選通相應的行，實現對行的控制。

3 系統軟件設計

系統軟件由在單片機主控程序協調下，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行初始化。然后可以校準時間并顯示；確認按鍵之后獲取的內容，即可顯示；上位機數據傳輸至下位機進行顯示。

3.2 子程序設計

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 */

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

3.2.3 無線模塊程序編寫

模塊參數設置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：AT+Rx

設置串口通信的數據位數、檢驗位、停止位：AT+Uxxx

4 系統調試結果

文章完成了系統的軟、硬件設計，包括各個硬件模塊電路設計和軟件中系統初始化、傳輸數據、顯示驅動程序，設置了無線模塊、字模提取。實現了LED的顯示功能，下圖為STM32控制顯示屏的顯示效果。

5 結束語

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

參考文獻

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