基于STM32的自行车POV LED显示控制与设计

基于STM32的自行车POV LED显示控制与设计摘要：基于STM32微处理器的开发平台，实现了自行车POV LED的设计。借助微处理器128K的flash，存储屏幕旋转时的图片数据；通过高灰度LED的驱动芯片LPD1109，带动96个RGB LED灯高亮显示；应用3144E霍尔传感器的电磁效应，产生中断信号用以切换图片；利用人眼的视觉暂留效应，实现自行车行驶过程中画面高速旋转的视觉效果。关键词：POV LED；STM32；显示控制；RGB LED中图分类号: TM 344.1 文献标识码: ADisplay Control and Design the POV LED of BicycleBased on STM32ZHOU Fu-qin ,ZHANG Jing-jing, ZHANG Xian-lei(College of Computer and Information Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)Abstract：Based on development platform of STM32,the design of the bicycle POV LED is realized. With its 128K flash, the data of rotation picture can be stored; through the driving chip LPD1109, 96 RGB LED can be droved and displayed brightly; with implicating electromagnetic effects of 3144E, we can generate an interrupt signal for switching pictures; using visual persistence effect of people, the bicycle can be seen the beautiful rotation picture in the running process of high-speed.Key words：POV LED；STM32；screen controller；RGB LED1. 系统设计方案设计基于32位微处理器STM32F103RBT6的最小系统1,2，实现了POV LED的图像数据存储、画面切换、LED分时控制、画面高亮显示等功能，设计框架如图1所示：RGB LED驱动32位微处理器晶振复位电源画面切换JTAGLED分时控制画面高亮显示图1 系统设计框架2. 系统设计的原理及模块划分根据系统的设计方案，POV LED系统的模块可分为：STM32F103RBT6的最小系统，画面切换模块，RGB LED的分时控制模块，POV LED的级联驱动、显示模块四个部分。2.1 STM32F103RBT6的最小系统STM32系列32位闪存微控制器基于突破性的ARM Cortex-M33 内核，常见型号分为基本型和增强型。设计中选用了STM32F103增强型芯片4-6，其特点在于性价比高，且满足系统各项功能的设计需要。图2 STM32F103RBT6最小系统如图2所示，STM32F103RBT6最小系统中包括STM32F103微处理器、电源模块（含电容滤波电路）、晶振电路、复位电路、JTAG接口及电源接口，形成了最高72MHz工作频率、上电复位、128kFlash存储功能、11个中断源的微控制器平台。2.2 画面切换模块鉴于STM32F103RBT6的存储能力较强，系统设计中通过图片的字模提取，加载若干图片到微处理器的Flash中，利用霍尔传感器3144E进行图片的切换。图3 霍尔传感器的电磁感应电路系统将电磁铁固定到自行车轮胎中轴，霍尔传感器嵌入到系统主板，当轮胎旋转一周，霍尔传感器就将与电磁铁相遇并发生电磁感应，从而产生一路数字电压的信号进入微处理器，由微处理申请中断即可进行图片的切换。2.3 RGB LED的分时控制模块系统设计将96个RGB LED分为4组，置于主板的四个接口上。利用74HC244作为数据缓冲器，分时控制4 组RGB LED工作，实现画面连续的效果，如图4所示。图4 RGB LED分时控制电路2.4 POV LED的级联驱动、显示模块LPD1109 是一款高灰度、9 路输出，用于级联LED 7-10的驱动芯片，系统中采用4组RGB LED显示，每组24个LED且需要8个LPD1109驱动芯片配合工作，其中1个LPD1109驱动电路设计如图5所示：图5 RGB LED级联驱动电路 依次连接8路RGB LED级联驱动电路，即可完成系统显示电路中1组24个RGB LED的显示及接口部分的设计。3系统设计的算法 根据POV显示原理，LED的闪烁频率应与旋转的频率同步，程序设计中采用了自适应调节的算法11-13实现频率同步的要求。自适应调节的算法旨在利用外部中断程序送给定时器T0一个适当的初始值，同时为T0的中断的次数计数。当旋转一周后，根据实际中断次数与预设值的比较，对T0的初设值进行修正，直到定时器T0的中断次数达到预设值为止。其主要代码如下：/*外部中断0处理函数*/voidintersvr0(void)interrupt0using1 D=D+(S-N)*2;/修正值 Pt=600+D;/得到定时器T0的预设值 T=0;/计数器清零，将重新计数/*定时中断0处理函数*/voidtimer0(void)interrupt1using1 0=-Pt/256;TL0=-Pt%256;/设置定时器T0的初设值T+;/计数4. 系统设计的流程图系统初始化启动霍尔传感器图片数据的写入74HC244启动定时器0，进行频率匹配启动外部中断1，切换画面开始转动1周YN结束图6 系统设计流程图5. 结语通过软件的设计和实物的制作，POV LED系统已经实现了在自行车上安装、运动显示、画面切换等功能，如图7所示。设计过程中，除了考虑PCB制版时如何合理布线以便切割外形，使之能固定于轮胎中轴上，还需要考虑自适应算法中自行车旋转一周，调用多少次中断才能实现频率的匹配，以及如何利用人眼的视觉暂留14实现画面完整显示的效果等问题。 图7 自行车POV LED 实物图参考文献1 Vincent Onde.基于Cortex-M3的STM32微控制器处理先进电机控制方法J. 电子产品世界. 2010(11) 2 武玉婷,张娜.基于STM32的交流永磁同步电机驱动器设计J. 单片机与嵌入式系统应用. 2011(07) 3 程小艳,胡毅. 基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式多机通信系统设计J. 仪表技术.2012(04)4 王建辉,李正民,刘伟伟.基于ARM Cortex-M3的智能数据采集终端的设计J. 计算机与现代化. 2011(09) 5 姚瑶.基于ARM Cortex-M3的CAN总线的研究J. 信息通信. 2010(04) 6 陈科善,闫鹏.基于ARM Cortex-M3的多路数据采集系统的设计J. 电子技术. 2010(10) 7 王潮杰,牛萍娟.LED显示屏系统驱动电路设计J. 仪器仪表用户. 2007(02) 8 殷晓安,吴明亮.基于单片机的LED点阵显示条屏控制系统设计J. 世界科技研究与发展. 2008(02) 9 徐晓晓,李宏佳,魏权利.基于ARM9和C/OS的交通系统LED显示屏控制器设计J. 工业控制计算机. 2007(11) 10 高宏平.LED点阵书写显示屏的设计J. 宿州学院学报. 2010(05) 11 金芳,李君波,杨勇.基于模板匹配与运动预测的跟踪算法研