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基于STM32的LED点阵屏设计

与本课题有关的国内外研究情况：

从全球来看，半导体照明产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。美国 Cree 、 Lumileds ，日本 Nichia 、 Toyoda Gosei ，德国 Osram 等垄断高端产品市场，随着市场的快速发展，美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产，加快抢占市场份额。本课题研究基于STM32的LED广告牌设计，并且在国内外有着相当成熟的研究技术。

 

本课题研究的主要内容及方法：

1：使用STM32F103C8T6单片机设计主控板，具有驱动LED广告屏接口，串口能信功能;

2：针对上述电路板编写程序，完成LED广告屏的显示；

3：设计图文录入软件，能将图案通过串口传输至控制板并在LED广告屏上显示；

4：编写设计文档

 

本课题所需要解决的问题：

1:了解STM32的具体技术，分析项目的实施方法。

2:了解STM32硬件电路板如何设计。

3:设计思路编写STM32程序。

4:处理设计文档。

 

预期结果及其意义：

1:完成项目方案的设计；

2:完成LED广告牌论文一篇；

3:实现STM32硬件制作；

4:完成毕业设计论文的撰写。

 

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景 1

1.2 研究内容和意义 1

1.3 研究工作与成果 3

第二章 总体方案 4

2.1 总体构成与功能 4

2.2 显示屏方案论证 5

2.2.1 16×64LED显示屏特点 5

2.2.2 静态显示方案 6

2.2.3 动态显示方案 6

2.2.4 数据传输方案 6

2.3 ESP8266设计方案 7

2.3.1 设计的思路 7

2.3.2 工作的模式 7

2.4 本章小结 7

第三章 系统硬件设计 8

3.1 系统硬件组成 8

3.2 硬件分析 10

3.2.1  STM32F103C8T6单片机 10

3.2.2  ESP8266芯片 13

3.2.3  LED点阵屏 18

3.3 本章小结 20

第四章 系统软件设计 21

4.1 无线传输开发环境 21

4.2 建立STM32工程 23

4.3 控制软件设计 24

4.4 系统程序 26

4.3.1 主程序设计 26

4.3.2 中断服务子程序 26

4.5本章小结 27

第五章 系统实现与测试 28

5.1 系统实现 28

5.2 硬件测试 28

5.3软件测试 29

5.4本章小结 30

第六章  总结与期望 31

致 谢 32

参考文献 33

 

第一章 绪论

1.1 课题的背景

步入现代智能社会，许多产品里都采用了具有数据采集和通信功能的单片机。单片机也叫做专用的微计算机，它是一种高密度的通用计算机工具，包含内存ROM、I/O接口、计时器等。STM32单片计算机被广泛应用，主要是因为其价格低廉、功能强大，它方便了人们的生活、工作，加速了社会的发展[1]。

传统的LED显示只能单一化的呈现固定的文字图案，在实际运用中造成了许多不便之处，因此本设计中的智能化LED产品弥补了传统LED只能显示固定图案这一缺陷与不足。改善后的LED广告屏能显示出更多样化的文字图案，并具有滚动等特效，这会让LED广告屏获得更多人的注意。本设计还可以通过WIFI进行数据传输，从而实现智能化管理设备。另外通过连接电源能保证本设计进行持久的工作运行。本设计还可以进行更深入的研究，以进一步开发出更多的功能，在投入实际使用后能为使用方获得更大的招牌效应。

LED显示器被广泛用于各种广告和信息显示系统，这些广告系统和信息显示系统是生活中传输信息的重要手段。LED显示器是一种新的显示介质，可以显示诸如文本、图表、图像等信息。我国经济不断发展，对信息的传播有着越来越高的要求，LED显示器以其高亮度、易兼容、稳定、高密度、尺寸小、易于操作与维护等特点，将在现代经济社会中扮演非常重要的角色。本文以点阵LED和STM32单片机为基础进行研究，这对我国LED显示器技术的使用和发展具有非常积极的意义，为我国的照明产业奠定了坚实的基础。

1.2 研究内容和意义

研究内容：

1、点阵显示屏原理

用A-D引脚进行行选择,然后进行行数据传送,若是需要进行换行操作,则上一行自动熄灭。

左移:若只显示一列暗点，则按正常扫描取值剩下的一列。

右移:首先得到最左边的点是在显示数据的第几个字节的第几位,然后把该字节数据的多余位移去,再按正常扫描从该字节开始,从左往右扫描点。

上移:先找到第一行的数据,然后强制跳转到该行,从该行按正常顺序一行行扫描。

下移:若要显示三行,先找到最上面一行的数据,从第一行开始按正常顺序扫描下去。

左拉幕:效果是从右往左逐列显示出,效果是每一行先送N个暗点,然后在按正常方式。

右拉幕:若显示N列,扫描N列后,跳到下一行。

上拉幕:若要显示N行,则找到该N行第一行的数据,然后强制跳转到该行,按正常顺序一行行的显示下来。

下拉幕:首先显示一行,等待一段时间后可看到同时显示两行。做法是只扫描N行,下面的行数就不需要扫描,这样循环一段时间后,再切换成扫描N+1行,持续一段时间。

左跳:按字节逐个跳出来显示出来,左跳操作是在左拉幕的基础上进行改动,左拉幕是显示1列,隔几百毫秒显示2列,左跳则是每几百毫秒则增加显示8列或16列(看是数字还是汉字)。

2、如何实现终端设备远程控制显示模块。

无线控制装置能够通过手机发送相应信息进而隔空控制LED屏幕，在这个过程中首先需要使用安卓手机下载控制界面的软件，从而使手机能通过WIFI向单片机传输数据，单片机接受手机端的数据实时地在LED点阵屏上显示相应的字符。

3、STM32F103C8T6主控芯片。

程序存储器容量：64KB；总线宽度：32位；电源电压：2.5V至3.8V；工作温度：-40℃至85℃。

研究意义：

随着生产力的快速提高以及软硬件技术的革新，开发一套简易清晰、功能多样化的显示装置让人们能够更加直观、简要的获取信息，因此很有必要开发一套这样的智能化显示装置。例如，商家经常会使用这样的优良显示装置来进行广告宣传。本文设计的系统是由STM32单片机、ESP8266芯片、LED显示屏以及手机终端等设备组成的。本次设计充分利用STM32单片机以及ESP8266芯片的性能优势，使本人进一步了解到了智能化设备的工作方式以及实现方式，这对本人以后开发大型项目具有启发意义。

1.3 研究工作与成果

1、通过研究单片机STM32的规格说明、引脚特性、最大的额定值、最大功率、封装特性,充分了解到该单片机的性能以及诸多优点。STM32能被充分利用于制作各种不同功能的系统，例如烟雾警报器、温度测量计、旋转闹钟等。

2、通过研究ESP8266芯片的特点、参数、硬件、管脚定义、特性以及它的各种功能，本人对该芯片有了充分和系统的认识。

3、通过研究点阵LED显示屏的动态和静态显示模式，本人充分了解到点阵屏是如何工作的，并能够根据工作原理设计出不同样式的显示功能。

4、通过安卓手机APP输入相应数据，能成功实现在显示屏上显示数据。本设计可以通过黑盒测试方法判断所设计的系统是否能够正确实现功能，然后根据测试结果一一排查研究中出现的问题。

 

总结与期望

本次设计是基于STM32的LED广告牌设计，以上是我对整个设计的介绍和分析。由于知识水平和时间的限制，设计的过程当中存在许多的不足，不过老师真诚的批评纠正了我在设计过程中遇到的许多困难。从设计的选题到设计的实现与测试，每一步都是巨大的尝试和挑战。我不断地向自己提出新的问题，尝试真正弄懂本次毕业设计。在这个不断探索的过程中，加上前辈们的一些参考材料，我的设计越来越完美了，心中有很大的幸福感。更重要的是，我不仅学到了书本上没有的知识，还加深了对问题的深入了解，这是最难能可贵的东西。这种学习的理念定会让我在未来的工作和生活中成长和进步。

    我之所以设计这款LED广告牌，是因为我们的生活离不开它。大街上大大小小的广告语，公共场所的提示标语，还有企业生产的各种电子器件，都有LED显示屏的身影。通过本次设计，我对LED显示屏、STM32微控制器以及ESP8266串口模块有了深入的了解。我想这也是本次毕业设计带给我的宝贵知识。

由于时间和实验条件的限制，设计的功能还不是很完善，比如广告牌不能显示特殊字符、切换字符时会出现BUG、连接电源后手机可能会搜不到设备的信号。另外本文所涉及的工作在某些方面尚未深入研究，特别是服务器子系统、中断程序子系统这两大子系统，它们并没有从工业化和企业化的角度去考虑问题。因此，该设计还需要加强完善，努力发展成为更可靠、更实用的产品。要将成果落实到实际生活当中去，做到便民利民。

 

参考文献：

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[3] 田辉微机原理与接口技术电子工程师2013,12(8):52-64.

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[5]李菊叶.基于工控机数据采集系统的开发[J].信息产业.2008,33(1):95-96.

[6]刘黎志, 吴云韬.应用WCF分布式框架实现移动数据同步[J].计算机应用. 2011,31(12):3281-3284.

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[11]Michael Ulrik Sorensen. Application of functional modelling in the design of industrial control Reliabililty Engineering & System Safety[J].May 1999:301–315.

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