【以STM32单片机为主控芯片的LED无线电子显示屏系统设计（论文）5200字】

以STM32单片机为主控芯片的LED无线电子显示屏系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u24022摘要： 15266引言 152221.研究的意义及现状 2240001.1选题的目的及意义 2185271.2研究现状 243322.系统总体结构设计 3186132.1系统设计分析 3115162.2工作原理及思路 3239203.主要模块及硬件设计 4296103.1主控模块 4153423.2WIFI模块 5320583.3存储芯片模块 5312893.4led显示屏模块 6212553.5无线转接板模块 6250693.6串口程序烧写模块 638973.7复位电路 7183163.8按键电路设计 7131524.系统的软件设计 8289744.1程序设计 8135224.2系统程序流程图 9122705.安装与调试 9299406.结束语 11摘要：设计一种以STM32单片机为主控芯片的LED无线电子显示屏系统设计,本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、双色点阵驱动接口电路、Flash数据存储电路、WIFI模块、预留按键组成。通过STM32驱动大型双色点阵屏（点数32*64）进行数据显示，该设计能够显示任意内容，支持汉字字母及混合显示，同时能够对其他显示参数进行显示，如时间或日期颜色切换、显示滚动速度、显示停留时间、时间校准、显示内容等等进行设置。关键词：LED无线电子显示屏系统；STM32单片机；无线引言随着信息技术的不断发展，以及各种通信方式的日新月异，移动电子设备的极大普及和人们对电子产品使用体验和品质地不断追求，传统LED显示屏淡出市场。原因在于它只能通过电脑与数据线直接连接来进行信息的输入操作[1]。生活中，传统LED显示屏的有线连接方式，在某些特定的场合中可能较难实现，比如当运用对象处于运动状态时。而采用无线网络连接方式的LED显示屏的在信息传输速度和内容传输的准确性方面性能都很优越。同时也可以不受地域和距离等因素限制，能广泛用于旅游、医药、气象、运输等各行各业中[2]。生活中很多公共场所场所都得到了广泛运用，比如：加油站、医院、高速路上等。以智能手机为核心的物联网电子产品系列因其优秀的使用体验，与其它电子产品的有机合理的结合，逐步取代了传统LED显示屏，本设计就是为了改进传统LED显示屏不足而产生的。研究的意义及现状1.1选题的目的及意义随着信息产业的快速发展，以及各种通信方式的日新月异，移动电子设备的极大普及和人们对电子产品使用体验和品质的不断追求。在当代，信息传输工具有很多，其中LED显示屏就是其中之一[3]。超大的LED显示屏能给人们带来强大的视觉冲击和身临其境的情感体验，迅速激发观看者的相应情感，震撼人心的同时具有强大的气氛渲染能力[4]。传统LED显示屏逐渐退出历史的舞台，原因在于它只能通过电脑与数据线直接连接来进行信息的输入操作，生活中，传统LED显示屏的有线连接方式，在某些特定的场合中可能较难实现，比如当运用对象处于运动状态时。无线电子显示屏可以免去大量线路连接，且可以不受地域、距离、布线等因素的束缚。因此，无线电子显示屏系统设计很有必要。1.2研究现状传统LED显示屏无法进行远距离的信息实时发布，因此就无法进行规模化的发布组网信息[5]。无线LED显示屏利用无线通讯网络，很好的改善了传统LED显示屏实际应用中的不足，不仅成功实现LED显示屏信息远程实时发布，而且能够进行规模化的组网信息发布。无线LED既摆脱了地域距离等因素的限制，在信息传输速度和内容传输的准确性方面性比较传统LED显示屏也具有很大优势。因此，设计一种无线电子显示屏系统的设计迫在眉睫。本系统通过STM32驱动大型双色点阵屏（点数32*64点）进行数据显示，无线电子显示屏系统能够显示任意内容支持汉字字母及混合显示[6]。同时能够对各项显示参数进行显示，如时间或日期颜色切换、显示滚动速度、显示内容等等进行设置[7]。系统总体结构设计2.1系统设计分析本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、双色点阵驱动接口电路、Flash数据存储电路、WIFI模块、预留按键组成。通过STM32驱动大型双色点阵屏（点数32*64点）进行数据显示，该设计能够显示任意内容支持汉字字母及混合显示，同时能够对显示参数进行显示，如时间或日期颜色切换、显示滚动速度、显示停留时间、时间校准、显示内容等等进行设置。图1系统框图2.2工作原理及思路此无线LED控制系统是利用C语言来编写程序的。硬件部分采用的是以单片机为主控芯片，再利用主控控制系统中其他模块协同完成工作。一开始，进行手动打开电源之后，由程序设定各系统模块状态，上电后自动完成设定。系统上电后手机APP连接无线WIFI模块，连接成功后，可以对显示内容进行修改、对显示的时间进行自动校准。如果输入显示内容长度超过屏幕长度，则屏幕会自动循环滚动显示内容，显示完整内容。主要模块及硬件设计3.1主控模块本系统由STM32F103C8T6单片机核心板结合双色点阵驱动接口电路、Flash数据存储电路、无线WIFI模块、预留按键等组成。单片机引脚如图2。CPU主要负责收集和处理各类传感器传送的数据，然后发送相应的指令，控制、协调所有模块正常工作。复位电路主要负责系统工作监控，如看门狗系统等，晶体振荡电路则主要是负责给系统提供高低脉冲信号，这些系统就构成了LED无线电子显示屏系统的主控模块。该模块是用于传感器传输的数据处理的，经过CPU处理后发出执行命令，在以电信号的形式进行传输，使得各个部门协调工作。其中信号的输入包括对显示内容进行修改、对显示的时间进行校准等。把用户输入数据转换成数字信号传送到CPU，然后进行数据分析和处理，信号的输出则是屏幕会自动循环滚动显示内容。图2单片机引脚图3.2WIFI模块ESP8266WIFI模块能够同时支持三种工作模式，分别是AP模式、STA模式、STA模式+AP模式。本次设计中WIFI模块ESP8266工作在AP模式：作为网络热点，完成模块与智能手机之间的通信，随后WIFI模块将接收到的数据发送给单片机主控端进行解析，最终实现在局域网内对LED显示屏进行无线控制。实物如图3所示。图3ESP8266实物图ESP8266的原理图如图4，VCC：电源接口，其运行电压是：3.3V/DC，GND：接地口，RXD：数据输入接口，TXD：数据输出接口，RESET：接收外部复位信号，平时工作在高电平状态，低电平复位。图4ESP8266原理图3.3存储芯片模块W25Q16BV芯片(16M-bit)是在有限的空间以及有限引脚、损耗的情况下，尽可能有效地解决存储问题。在本设计中，通过W25Q16芯片存储点阵屏的字模文件。其工作原理如下图5所示。图5W25Q16存储芯片电路原理图3.4led显示屏模块如今，市场上LED显示屏封装有点阵DIP、SMD、COB等方式。本设计中led显示屏的采用SMD贴片工艺，该工艺能够提高单元板的平整度，这也使得显示屏的色彩一致性有所改善。表贴单元板不但重量轻而且损坏后容易，大大降低了显示屏的价格，使得该显示屏具有更高的性价比。最近几年由于三合一技术的快速、不断改进，使用大量自动化设备，生产成本的降低，目前该技术已开始渗透向户外显示屏市场[8]。3.5无线转接板模块在电路设计中，为了追求硬件的兼容性，一般会选择将电路接口标准化，然而蓝牙模块、ZIGBEE模块、WiFi模块等接口虽然都是串口的，但是线序排列却不相同，一般选择采用转接板模块将线序进行统一排列。本设计中，将红外串口模块、WiFi串口模块线序排列全部转化成与蓝牙串口模块一样，这样在硬件接口不发生变化的情况下，可以实现一块电路板能同时兼容WIFI模块和蓝牙模块的无线功能，而不需要重新定做系统电路板。从而达到节约设计成本以及减少设计时间的目的。图6传感器接口电路原理3.6串口程序烧写模块本设计给单片机进行程序烧写时选用CH340模块。当用户使用笔记本电脑对单片机进行程序烧写时，最直接的问题就是两者间的接口不匹配问题，CH340模块采用USB接口，烧写程序时遇到的接口转换问题迎刃而解。CH340串口烧写模块的价格性价比较高，可想而知CH340模块是STC系列单片机开发者熟知的烧录工具。CH340串口烧写模块同时支持多个操作系统，该模块采用USB口供电，既可以对芯片编程，也可以通过目标板给自身供电，同时自身也能给目标板进行供电，但再给目标板供电时，要充分考虑目标板的电流问题，避免因为目标板电流大小问题影响到串口模块的编程。CH340串口烧写模块支持所有STC系列单片机芯片的程序烧录；CH340模块数据传输速度又快又稳定，其选用USB供电模式对与使用笔记本电脑的用户来说，是十分便利和快捷的，是绝对的优选。图7CH340串口烧写模块3.7复位电路复位电路是用来对单片机设置原始数值的，其目的是可以经由复位使得单片机以及部分地址处于原始状态。当系统在运行过程中突发不可预知错误或者用户在使用过程中出现操作失误导致系统处于程序跑飞状态时，则必须采取措施使系统重新回到工作状态。复位电路既可以上电自动复位也可以进行手动复位，本设计采用单片机上电自动复位功能，原理图如图8所示。图8复位电路3.8按键电路设计本设计中使用到的轻触按键，它在电路中的作用相当于电子开关，当按键按下，则电路接通，按键未被按下，则表示该通路未导通。当按键被按下时，按键内部的金属弹片受力，则按键处电路导通，反之，按键处电路不导通。在本系统中，按键信息输入到系统中，人为操作通过信息转换和系统进行互动，按键在两者中起连接作用。按键正常未触发情况下是处于高电平状态，当引脚被触发时，即当按键被按下时，单片机引脚电平被拉低，则可以继续输入动作。按键个数可变，可根据需要进行适当增加，本设计中的按键做预留，为后续增设系统功能使用。其电路原理图如下图9所示。图9按键电路原理图系统的软件设计4.1程序设计本设计中单片机开发环境是Keil，其通过一个集成开发环境组合库管理、C语言编译器等完成开发方案。该软件部分采用的编程语言为常用的一种C语言，C语言具有的特点是编译方式较为简单，更多的是倾向于低级的存储器的处理。C语言是不需要其他条件支持，只是产生偏少的机器语言[9]。通过STM32驱动大型双色点阵屏（点数32*64点）进行数据显示，对显示参数进行显示，如时间或日期颜色切换、显示滚动速度、显示停留时间、时间校准、显示内容等等进行设置。系统上电后手机APP连接WIFI模块模块，连接成功后，可以对显示内容进行修改、对显示的时间进行校准。STM32实时驱动屏幕显示，同时接受WIFI模块端发送过来的数据进行解析，经过解析后的数据在Flash数据存储中找到与其相对应的数据，进行驱动显示找到的内容。4.2系统程序流程图图10系统流程图安装与调试本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、双色点阵驱动接口电路、Flash数据存储电路、WIFI模块、预留按键组成。1.本系统通过STM32驱动大型双色点阵屏（点数32*64点）进行数据显示，该设计能够显示任意内容支持汉字字母及混合显示，同时能够对显示参数进行显示，如时间或日期颜色切换、显示滚动速度、显示停留时间、时间校准、显示内容等等进行设置。2.系统上电后手机APP连接无线WIFI模块，连接成功后，可以对显示内容进行修改、对显示的时间进行校准；时间校准采用自动校准方式方便准确。如果输入显示内容长度超过屏幕长度，则屏幕会自动循环滚动显示内容。3.该设计对屏进行两行显示，第一行显示年、月、日、时、分、秒并进行上下滚动切换显示。第二行显示内容通过手机WIFI模块发送具体内容进行显示，内容支持汉字字母及混合显示，通过左右滚动显示内容。4.STM32实时驱动屏幕显示，同时接受无线WIFI模块端发送过来的数据并进行解析[10]，经过解析后的数据在Flash数据存储中找到与其相对应的数据，进行驱动显示找到的内容。对此设计的实验模拟状况，以下面实验图进行展示出来：图11硬件调试首先进行硬件焊接工作，按照PCB原理图的设计把各部分模块在在电路板上放置并焊接，当电路板整体电路焊接完毕，检查是否存在焊接问题，如虚焊等。检查无误后，开始对单片机进行上电，此时单片机工作指示灯亮起，且WIFI模块接通并正常工作,显示屏亮说明屏幕驱动成功。手机打开WIFI功能，发现工作在AP模式下的ESP8266热点存在，则证明WIFI模块调试完成。登录手机APP，连接无线热点并获取LED屏幕的各参数信息，如文字的显示内容等信息，再根据具体需要编辑显示内容。当在手机上设置成功后，显示屏即可显示相应内容。到此为止，整个硬件设备的调试工作全部完成。对此设计的实验模拟状况，以下面实验图进行展示出来：（1）当显示屏工作在正常状态时，显示屏显示预设参数及内容，该情况是所有模块均能正常工作，其中正常显示的实物如图12所示。图12实物图（2）假如WIFI模块连接失败或者显示屏接触不良，那么显示屏则无法显示设置参数和内容。在一次次尝试过后，调试结果基本能够符合设计的预设结果，但是该设计因为性能不够稳定，导致结果任仍存在有一定误差。因此，该设计软件部分不得不考虑一些的突发情况，尽可能的减小误差。结束语本款LED无线电子显示屏系统实现了信息无线传输功能，能够根据实际情况，用户根据自身需求编辑文字内容，实现对显示屏的远程管理控制，为使用者提供了很大的便利。本文介绍了基于STM32单片机的电子显示