以STM32單片機(jī)為主控芯片的LED無線電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u24022摘要： 15266引言 152221.研究的意義及現(xiàn)狀 2240001.1選題的目的及意義 2185271.2研究現(xiàn)狀 243322.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3186132.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 3115162.2工作原理及思路 3239203.主要模塊及硬件設(shè)計(jì) 4296103.1主控模塊 4153423.2WIFI模塊 5320583.3存儲(chǔ)芯片模塊 5312893.4led顯示屏模塊 6212553.5無線轉(zhuǎn)接板模塊 6250693.6串口程序燒寫模塊 638973.7復(fù)位電路 7183163.8按鍵電路設(shè)計(jì) 7131524.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 8289744.1程序設(shè)計(jì) 8135224.2系統(tǒng)程序流程圖 9122705.安裝與調(diào)試 9299406.結(jié)束語 11摘要：設(shè)計(jì)一種以STM32單片機(jī)為主控芯片的LED無線電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì),本系統(tǒng)由STM32F103C8T6單片機(jī)核心板、雙色點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)接口電路、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、WIFI模塊、預(yù)留按鍵組成。通過STM32驅(qū)動(dòng)大型雙色點(diǎn)陣屏（點(diǎn)數(shù)32*64）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)計(jì)能夠顯示任意內(nèi)容，支持漢字字母及混合顯示，同時(shí)能夠?qū)ζ渌@示參數(shù)進(jìn)行顯示，如時(shí)間或日期顏色切換、顯示滾動(dòng)速度、顯示停留時(shí)間、時(shí)間校準(zhǔn)、顯示內(nèi)容等等進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵詞：LED無線電子顯示屏系統(tǒng)；STM32單片機(jī)；無線引言隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及各種通信方式的日新月異，移動(dòng)電子設(shè)備的極大普及和人們對(duì)電子產(chǎn)品使用體驗(yàn)和品質(zhì)地不斷追求，傳統(tǒng)LED顯示屏淡出市場(chǎng)。原因在于它只能通過電腦與數(shù)據(jù)線直接連接來進(jìn)行信息的輸入操作[1]。生活中，傳統(tǒng)LED顯示屏的有線連接方式，在某些特定的場(chǎng)合中可能較難實(shí)現(xiàn)，比如當(dāng)運(yùn)用對(duì)象處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)。而采用無線網(wǎng)絡(luò)連接方式的LED顯示屏的在信息傳輸速度和內(nèi)容傳輸?shù)臏?zhǔn)確性方面性能都很優(yōu)越。同時(shí)也可以不受地域和距離等因素限制，能廣泛用于旅游、醫(yī)藥、氣象、運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)中[2]。生活中很多公共場(chǎng)所場(chǎng)所都得到了廣泛運(yùn)用，比如：加油站、醫(yī)院、高速路上等。以智能手機(jī)為核心的物聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品系列因其優(yōu)秀的使用體驗(yàn)，與其它電子產(chǎn)品的有機(jī)合理的結(jié)合，逐步取代了傳統(tǒng)LED顯示屏，本設(shè)計(jì)就是為了改進(jìn)傳統(tǒng)LED顯示屏不足而產(chǎn)生的。研究的意義及現(xiàn)狀1.1選題的目的及意義隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及各種通信方式的日新月異，移動(dòng)電子設(shè)備的極大普及和人們對(duì)電子產(chǎn)品使用體驗(yàn)和品質(zhì)的不斷追求。在當(dāng)代，信息傳輸工具有很多，其中LED顯示屏就是其中之一[3]。超大的LED顯示屏能給人們帶來強(qiáng)大的視覺沖擊和身臨其境的情感體驗(yàn)，迅速激發(fā)觀看者的相應(yīng)情感，震撼人心的同時(shí)具有強(qiáng)大的氣氛渲染能力[4]。傳統(tǒng)LED顯示屏逐漸退出歷史的舞臺(tái)，原因在于它只能通過電腦與數(shù)據(jù)線直接連接來進(jìn)行信息的輸入操作，生活中，傳統(tǒng)LED顯示屏的有線連接方式，在某些特定的場(chǎng)合中可能較難實(shí)現(xiàn)，比如當(dāng)運(yùn)用對(duì)象處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)。無線電子顯示屏可以免去大量線路連接，且可以不受地域、距離、布線等因素的束縛。因此，無線電子顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)很有必要。1.2研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)LED顯示屏無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信息實(shí)時(shí)發(fā)布，因此就無法進(jìn)行規(guī)模化的發(fā)布組網(wǎng)信息[5]。無線LED顯示屏利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)，很好的改善了傳統(tǒng)LED顯示屏實(shí)際應(yīng)用中的不足，不僅成功實(shí)現(xiàn)LED顯示屏信息遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)發(fā)布，而且能夠進(jìn)行規(guī)模化的組網(wǎng)信息發(fā)布。無線LED既擺脫了地域距離等因素的限制，在信息傳輸速度和內(nèi)容傳輸?shù)臏?zhǔn)確性方面性比較傳統(tǒng)LED顯示屏也具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，設(shè)計(jì)一種無線電子顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)迫在眉睫。本系統(tǒng)通過STM32驅(qū)動(dòng)大型雙色點(diǎn)陣屏（點(diǎn)數(shù)32*64點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，無線電子顯示屏系統(tǒng)能夠顯示任意內(nèi)容支持漢字字母及混合顯示[6]。同時(shí)能夠?qū)Ω黜?xiàng)顯示參數(shù)進(jìn)行顯示，如時(shí)間或日期顏色切換、顯示滾動(dòng)速度、顯示內(nèi)容等等進(jìn)行設(shè)置[7]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析本系統(tǒng)由STM32F103C8T6單片機(jī)核心板、雙色點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)接口電路、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、WIFI模塊、預(yù)留按鍵組成。通過STM32驅(qū)動(dòng)大型雙色點(diǎn)陣屏（點(diǎn)數(shù)32*64點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)計(jì)能夠顯示任意內(nèi)容支持漢字字母及混合顯示，同時(shí)能夠?qū)︼@示參數(shù)進(jìn)行顯示，如時(shí)間或日期顏色切換、顯示滾動(dòng)速度、顯示停留時(shí)間、時(shí)間校準(zhǔn)、顯示內(nèi)容等等進(jìn)行設(shè)置。圖1系統(tǒng)框圖2.2工作原理及思路此無線LED控制系統(tǒng)是利用C語言來編寫程序的。硬件部分采用的是以單片機(jī)為主控芯片，再利用主控控制系統(tǒng)中其他模塊協(xié)同完成工作。一開始，進(jìn)行手動(dòng)打開電源之后，由程序設(shè)定各系統(tǒng)模塊狀態(tài)，上電后自動(dòng)完成設(shè)定。系統(tǒng)上電后手機(jī)APP連接無線WIFI模塊，連接成功后，可以對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改、對(duì)顯示的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。如果輸入顯示內(nèi)容長(zhǎng)度超過屏幕長(zhǎng)度，則屏幕會(huì)自動(dòng)循環(huán)滾動(dòng)顯示內(nèi)容，顯示完整內(nèi)容。主要模塊及硬件設(shè)計(jì)3.1主控模塊本系統(tǒng)由STM32F103C8T6單片機(jī)核心板結(jié)合雙色點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)接口電路、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、無線WIFI模塊、預(yù)留按鍵等組成。單片機(jī)引腳如圖2。CPU主要負(fù)責(zé)收集和處理各類傳感器傳送的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送相應(yīng)的指令，控制、協(xié)調(diào)所有模塊正常工作。復(fù)位電路主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)工作監(jiān)控，如看門狗系統(tǒng)等，晶體振蕩電路則主要是負(fù)責(zé)給系統(tǒng)提供高低脈沖信號(hào)，這些系統(tǒng)就構(gòu)成了LED無線電子顯示屏系統(tǒng)的主控模塊。該模塊是用于傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)處理的，經(jīng)過CPU處理后發(fā)出執(zhí)行命令，在以電信號(hào)的形式進(jìn)行傳輸，使得各個(gè)部門協(xié)調(diào)工作。其中信號(hào)的輸入包括對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改、對(duì)顯示的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)等。把用戶輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送到CPU，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，信號(hào)的輸出則是屏幕會(huì)自動(dòng)循環(huán)滾動(dòng)顯示內(nèi)容。圖2單片機(jī)引腳圖3.2WIFI模塊ESP8266WIFI模塊能夠同時(shí)支持三種工作模式，分別是AP模式、STA模式、STA模式+AP模式。本次設(shè)計(jì)中WIFI模塊ESP8266工作在AP模式：作為網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，完成模塊與智能手機(jī)之間的通信，隨后WIFI模塊將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)主控端進(jìn)行解析，最終實(shí)現(xiàn)在局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)LED顯示屏進(jìn)行無線控制。實(shí)物如圖3所示。圖3ESP8266實(shí)物圖ESP8266的原理圖如圖4，VCC：電源接口，其運(yùn)行電壓是：3.3V/DC，GND：接地口，RXD：數(shù)據(jù)輸入接口，TXD：數(shù)據(jù)輸出接口，RESET：接收外部復(fù)位信號(hào)，平時(shí)工作在高電平狀態(tài)，低電平復(fù)位。圖4ESP8266原理圖3.3存儲(chǔ)芯片模塊W25Q16BV芯片(16M-bit)是在有限的空間以及有限引腳、損耗的情況下，盡可能有效地解決存儲(chǔ)問題。在本設(shè)計(jì)中，通過W25Q16芯片存儲(chǔ)點(diǎn)陣屏的字模文件。其工作原理如下圖5所示。圖5W25Q16存儲(chǔ)芯片電路原理圖3.4led顯示屏模塊如今，市場(chǎng)上LED顯示屏封裝有點(diǎn)陣DIP、SMD、COB等方式。本設(shè)計(jì)中l(wèi)ed顯示屏的采用SMD貼片工藝，該工藝能夠提高單元板的平整度，這也使得顯示屏的色彩一致性有所改善。表貼單元板不但重量輕而且損壞后容易，大大降低了顯示屏的價(jià)格，使得該顯示屏具有更高的性價(jià)比。最近幾年由于三合一技術(shù)的快速、不斷改進(jìn)，使用大量自動(dòng)化設(shè)備，生產(chǎn)成本的降低，目前該技術(shù)已開始滲透向戶外顯示屏市場(chǎng)[8]。3.5無線轉(zhuǎn)接板模塊在電路設(shè)計(jì)中，為了追求硬件的兼容性，一般會(huì)選擇將電路接口標(biāo)準(zhǔn)化，然而藍(lán)牙模塊、ZIGBEE模塊、WiFi模塊等接口雖然都是串口的，但是線序排列卻不相同，一般選擇采用轉(zhuǎn)接板模塊將線序進(jìn)行統(tǒng)一排列。本設(shè)計(jì)中，將紅外串口模塊、WiFi串口模塊線序排列全部轉(zhuǎn)化成與藍(lán)牙串口模塊一樣，這樣在硬件接口不發(fā)生變化的情況下，可以實(shí)現(xiàn)一塊電路板能同時(shí)兼容WIFI模塊和藍(lán)牙模塊的無線功能，而不需要重新定做系統(tǒng)電路板。從而達(dá)到節(jié)約設(shè)計(jì)成本以及減少設(shè)計(jì)時(shí)間的目的。圖6傳感器接口電路原理3.6串口程序燒寫模塊本設(shè)計(jì)給單片機(jī)進(jìn)行程序燒寫時(shí)選用CH340模塊。當(dāng)用戶使用筆記本電腦對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序燒寫時(shí)，最直接的問題就是兩者間的接口不匹配問題，CH340模塊采用USB接口，燒寫程序時(shí)遇到的接口轉(zhuǎn)換問題迎刃而解。CH340串口燒寫模塊的價(jià)格性價(jià)比較高，可想而知CH340模塊是STC系列單片機(jī)開發(fā)者熟知的燒錄工具。CH340串口燒寫模塊同時(shí)支持多個(gè)操作系統(tǒng)，該模塊采用USB口供電，既可以對(duì)芯片編程，也可以通過目標(biāo)板給自身供電，同時(shí)自身也能給目標(biāo)板進(jìn)行供電，但再給目標(biāo)板供電時(shí)，要充分考慮目標(biāo)板的電流問題，避免因?yàn)槟繕?biāo)板電流大小問題影響到串口模塊的編程。CH340串口燒寫模塊支持所有STC系列單片機(jī)芯片的程序燒錄；CH340模塊數(shù)據(jù)傳輸速度又快又穩(wěn)定，其選用USB供電模式對(duì)與使用筆記本電腦的用戶來說，是十分便利和快捷的，是絕對(duì)的優(yōu)選。圖7CH340串口燒寫模塊3.7復(fù)位電路復(fù)位電路是用來對(duì)單片機(jī)設(shè)置原始數(shù)值的，其目的是可以經(jīng)由復(fù)位使得單片機(jī)以及部分地址處于原始狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中突發(fā)不可預(yù)知錯(cuò)誤或者用戶在使用過程中出現(xiàn)操作失誤導(dǎo)致系統(tǒng)處于程序跑飛狀態(tài)時(shí)，則必須采取措施使系統(tǒng)重新回到工作狀態(tài)。復(fù)位電路既可以上電自動(dòng)復(fù)位也可以進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位功能，原理圖如圖8所示。圖8復(fù)位電路3.8按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中使用到的輕觸按鍵，它在電路中的作用相當(dāng)于電子開關(guān)，當(dāng)按鍵按下，則電路接通，按鍵未被按下，則表示該通路未導(dǎo)通。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，按鍵內(nèi)部的金屬?gòu)椘芰Γ瑒t按鍵處電路導(dǎo)通，反之，按鍵處電路不導(dǎo)通。在本系統(tǒng)中，按鍵信息輸入到系統(tǒng)中，人為操作通過信息轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)，按鍵在兩者中起連接作用。按鍵正常未觸發(fā)情況下是處于高電平狀態(tài)，當(dāng)引腳被觸發(fā)時(shí)，即當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)引腳電平被拉低，則可以繼續(xù)輸入動(dòng)作。按鍵個(gè)數(shù)可變，可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)增加，本設(shè)計(jì)中的按鍵做預(yù)留，為后續(xù)增設(shè)系統(tǒng)功能使用。其電路原理圖如下圖9所示。圖9按鍵電路原理圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中單片機(jī)開發(fā)環(huán)境是Keil，其通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境組合庫(kù)管理、C語言編譯器等完成開發(fā)方案。該軟件部分采用的編程語言為常用的一種C語言，C語言具有的特點(diǎn)是編譯方式較為簡(jiǎn)單，更多的是傾向于低級(jí)的存儲(chǔ)器的處理。C語言是不需要其他條件支持，只是產(chǎn)生偏少的機(jī)器語言[9]。通過STM32驅(qū)動(dòng)大型雙色點(diǎn)陣屏（點(diǎn)數(shù)32*64點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，對(duì)顯示參數(shù)進(jìn)行顯示，如時(shí)間或日期顏色切換、顯示滾動(dòng)速度、顯示停留時(shí)間、時(shí)間校準(zhǔn)、顯示內(nèi)容等等進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)上電后手機(jī)APP連接WIFI模塊模塊，連接成功后，可以對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改、對(duì)顯示的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。STM32實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)屏幕顯示，同時(shí)接受WIFI模塊端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，經(jīng)過解析后的數(shù)據(jù)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中找到與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)顯示找到的內(nèi)容。4.2系統(tǒng)程序流程圖圖10系統(tǒng)流程圖安裝與調(diào)試本系統(tǒng)由STM32F103C8T6單片機(jī)核心板、雙色點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)接口電路、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、WIFI模塊、預(yù)留按鍵組成。1.本系統(tǒng)通過STM32驅(qū)動(dòng)大型雙色點(diǎn)陣屏（點(diǎn)數(shù)32*64點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)計(jì)能夠顯示任意內(nèi)容支持漢字字母及混合顯示，同時(shí)能夠?qū)︼@示參數(shù)進(jìn)行顯示，如時(shí)間或日期顏色切換、顯示滾動(dòng)速度、顯示停留時(shí)間、時(shí)間校準(zhǔn)、顯示內(nèi)容等等進(jìn)行設(shè)置。2.系統(tǒng)上電后手機(jī)APP連接無線WIFI模塊，連接成功后，可以對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行修改、對(duì)顯示的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)；時(shí)間校準(zhǔn)采用自動(dòng)校準(zhǔn)方式方便準(zhǔn)確。如果輸入顯示內(nèi)容長(zhǎng)度超過屏幕長(zhǎng)度，則屏幕會(huì)自動(dòng)循環(huán)滾動(dòng)顯示內(nèi)容。3.該設(shè)計(jì)對(duì)屏進(jìn)行兩行顯示，第一行顯示年、月、日、時(shí)、分、秒并進(jìn)行上下滾動(dòng)切換顯示。第二行顯示內(nèi)容通過手機(jī)WIFI模塊發(fā)送具體內(nèi)容進(jìn)行顯示，內(nèi)容支持漢字字母及混合顯示，通過左右滾動(dòng)顯示內(nèi)容。4.STM32實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)屏幕顯示，同時(shí)接受無線WIFI模塊端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析[10]，經(jīng)過解析后的數(shù)據(jù)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中找到與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)顯示找到的內(nèi)容。對(duì)此設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M狀況，以下面實(shí)驗(yàn)圖進(jìn)行展示出來：圖11硬件調(diào)試首先進(jìn)行硬件焊接工作，按照PCB原理圖的設(shè)計(jì)把各部分模塊在在電路板上放置并焊接，當(dāng)電路板整體電路焊接完畢，檢查是否存在焊接問題，如虛焊等。檢查無誤后，開始對(duì)單片機(jī)進(jìn)行上電，此時(shí)單片機(jī)工作指示燈亮起，且WIFI模塊接通并正常工作,顯示屏亮說明屏幕驅(qū)動(dòng)成功。手機(jī)打開WIFI功能，發(fā)現(xiàn)工作在AP模式下的ESP8266熱點(diǎn)存在，則證明WIFI模塊調(diào)試完成。登錄手機(jī)APP，連接無線熱點(diǎn)并獲取LED屏幕的各參數(shù)信息，如文字的顯示內(nèi)容等信息，再根據(jù)具體需要編輯顯示內(nèi)容。當(dāng)在手機(jī)上設(shè)置成功后，顯示屏即可顯示相應(yīng)內(nèi)容。到此為止，整個(gè)硬件設(shè)備的調(diào)試工作全部完成。對(duì)此設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M狀況，以下面實(shí)驗(yàn)圖進(jìn)行展示出來：（1）當(dāng)顯示屏工作在正常狀態(tài)時(shí)，顯示屏顯示預(yù)設(shè)參數(shù)及內(nèi)容，該情況是所有模塊均能正常工作，其中正常顯示的實(shí)物如圖12所示。圖12實(shí)物圖（2）假如WIFI模塊連接失敗或者顯示屏接觸不良，那么顯示屏則無法顯示設(shè)置參數(shù)和內(nèi)容。在一次次嘗試過后，調(diào)試結(jié)果基本能夠符合設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)結(jié)果，但是該設(shè)計(jì)因?yàn)樾阅懿粔蚍€(wěn)定，導(dǎo)致結(jié)果任仍存在有一定誤差。因此，該設(shè)計(jì)軟件部分不得不考慮一些的突發(fā)情況，盡可能的減小誤差。結(jié)束語本款LED無線電子顯示屏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息無線傳輸功能，能夠根據(jù)實(shí)際情況，用戶根據(jù)自身需求編輯文字內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的遠(yuǎn)程管理控制，為使用者提供了很大的便利。本文介紹了基于STM32單片機(jī)的電子顯示