基于stm32控制文字的显示设计.docx

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基于stm32控制文字的显示设计

基于stm32控制文字的显示设计

本文章主要介绍的是基于STM32的点阵LED屏的设计，主要采用的是搭载ARM公司能够最新的，具有先进构架的Cortex-M3内核的ARM系列主流32位的微处理器STM32作为该LED屏的控制核心，该微处理器具有出色的实时性能，优越的功效，高级的创新型外设和最大的集成性等，系统的主要模块有：

电源模块、键盘模块、32乘32的LED点阵屏模块、STM32F103VCT6的主控硬件模块、显示模块、光笔硬件模块。

各个模块能够实现LED点阵屏的亮度调节，多字填写，点亮屏幕，擦除错字，拖移文字，调节屏幕亮度等功能，该系统可以直接通过光笔在LED显示屏上编写文字，进行信息输入，并且可以通过键盘进行各种功能的切换，使得普通的显示屏也具备了“手写”的功能，非常方便和实用。

随着现代影像技术的日新月异，在现在舞台演出中，利用LED电子显示屏进行舞台活动已经屡见不鲜。

在国外，捷克舞美设计家斯沃博达以运用影像进行舞台营造而著称，他对影像的运用已经达到了难以企及的高峰。

现在在国内舞台演出中运用LED电子显示屏已经非常频繁。

它的表现力非常丰富：

可以模拟实景，再现自然。

也可以出现效果图像，还可以用来展现资料等等。

因此手写点阵LED屏具有很大的发展前景。

目　录

1.1LED显示屏的发展背景与意义1

1.2LED点阵显示屏的优势与发展趋势1

3.2LED点阵屏3

3.3键盘设计4

3.4光笔电路设计5

3.5电源模块6

4系统软件设计8

4.1上位机8

4.2单片机内部流程9

5方案测试与效果12

5.1测量设备12

5.2测量结果12

5.2.1点阵LED屏的点亮与擦除12

5.2.2屏幕亮度调节13

6结束语14

1引　言

1.1LED显示屏的发展背景与意义

为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。

随着信息产业的高速发展，LED显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务总之宣传的公共场所，例如户内外公共场所宣传、机场车站旅引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示。

高速公路可变情报板、体育场馆比赛传播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。

显然，LED显示已经成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。

1.2LED点阵显示屏的优势与发展趋势

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；LED数码显示屏的显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏，适用的范围较小，耗电量大，主要常见的有户外大型单立柱LED广告屏，以及车站里安装在墙壁上用来播放车次信息的单、双色LED显示屏等;而在此试验中，我选择使用的LED显示屏为点阵式，LED点阵显示屏在整个市场中，有着以下几点不可取代的优势：

可实现超高密度：

室内可高达62.500点/平米（P4）；混色好：

利用发光器件本身的微化处理和光的波粒二象性，使得红光粒子，纯绿光粒子，蓝光粒子三种粒子都将得到充分地相互混合搅匀；抗静电性能优势超强：

制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计；可靠性能强：

而且我国目前的实用新型专利；4×4模块形式，可实现1/4扫描，进一步提高了亮度。

作为人机信息视觉传播媒体的LED点阵显示屏以其高亮度、低工作电压、小功耗、长寿命登有点迅速成长为平板显示的主流产品。

LED点阵显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像以及视频流媒体、它不仅可以用于室内环境，还可以用于复杂恶劣的室外环境，如道路交通、商铺的广告灯箱以及广场宣传等。

而且其应用于室外环境时具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

2系统总体框架

该系统的中体框架构造如图2-1所示，整个框架由一下几大块构成，控制核心单片机模块，电源模块，点阵模块和软件模块五大部分组成。

键盘与显示模块

软件

点阵

电源模块

单片机控制模块

→→←→→

图2-1系统总体框架

系统基本要求

（1）在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点；LED时，能及时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的坐标值（左上角定为行列坐标原点）。

（2）在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示（即：

字体笔画处不亮，无笔画处高亮）

（3）在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，其速度要求2s内能划过并点亮40点led。

（4）在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除。

（5）在“笔画擦除”功能下，能用光笔擦除屏上所显示汉字的笔画

（6）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在30s内在屏幕上以“划亮”方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于30）且存入机内，写完后再将所存四字在屏上逐个轮流显示。

（7）在“对象拖移”功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移，先用光笔以“划亮”方式在屏上圈定欲拖移的显示对象。

再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置。

（8）当环境强改变时，能够自动连续调节屏上显示亮度。

（9）当光笔连续未接触屏面的时间超过1-5min时（此时间可有控制器设定），能自动关闭屏上显示，并且能够使得整个系统进入休眠状态。

3硬件系统设计

3.1单片机核心控制模块

为了完成扫描全屏和汉字的坐标的存储，主控器件必须有较高的CPU工作频率和有较大储量的RAM。

方案一：

采用A189C52作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。

此方案最大的特点是系统规模可以做的很小，成本较低。

但是AT89C51的工作频率较低，RAM存储区较小，实现“点亮”，“连写多字”和“对象拖移”三个功能实现较复杂。

方案二：

采用AT90S1200单片机作为核心控制，大部分AVR片上资源丰富：

带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，AnalogComparator，WDT等但在该系统中，需要显示的信息量较少，但是控制和运算功能较多，用CPLD实现一些运算功能较为复杂。

方案三：

采用STM32（STM32F103VCT6）作为核心控制，STM32F103VCT6具有很多功能定时器、低功耗、速度高、256khz嵌入式闪存寄存器，稳定性强等特点，具有最高72mhz的CPU工作频率和很强的控制和运算能力，实现点阵屏的高速扫描和一些复杂的控制和运算功能。

选用STM32是毋庸置疑的，STM32系列的32位闪存微控制器使用来自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。

Cortex-M3在系统结构上的增强，让STM32受益无穷。

Thumb-2指令集带来了更高的何玲效率和更强的性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，对中断时间的响应比其他系列更加迅速。

相比较其他的单片机系列，STM32的存储空间和管脚的应用也越来越多，从苛求性能的应用到电池供电的应用，外设及软件的高度兼容性，相比较其他系列具有更高的更全面的灵活性。

该系统我选用了增强型的STM32F103VCT6为整个系统的控制核心，它具备了72MHZ的强大的CPU,多达20k字节SRAM，具有2乘12位ADC（1ps）温度传感器，USB2.0FS,CAN2.0B,PWM定时器，这些都是普通型所不具备的优势。

3.2LED点阵屏

该系统选用了32×32的点阵LED屏，点阵屏的输入控制信号为STM32控制器I/O口，CLK为时钟线，LT为锁存信号，A、B、C、D为行选通地址线,OE为使能端，DA为数据线。

74HC245在电路中起总线缓冲作用，4-16译码器由两片74HC138构成。

为能够实现16路的行选通，，选通信号经由4953MOS管激励为行驱动，行驱动为H1～H16，每一行驱动负责32×32点阵两行的选通（如H1控制第1行和第17行，H2控制第2行和第18行）。

串行数据由74HC245缓冲后，送入级联的74HC595串并转换和驱动，电路中共设计有8片74HC595，其中4片用于第1行～第16行的列数据转换，另外4片用于第17行～第32行的列数据转换。

点阵屏的电路原理框图如下图3-1所示。

图3-1L点阵LED屏电路原理图

3.3键盘设计

方案一：

矩阵键盘又称行列键盘，它是四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。

在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。

这样键盘上的个数就为*4个。

这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

方案二：

独立键盘具有编程简单但占有I/O口资源的特点，不适合在按键较多的场合应用。

在实际应用中经常要用到输入数字、字母等功能，如电子密码锁、电话机键盘等一般都至少有12到16个按键，在这种情况下如果用独立按键的话显然太浪费I/O口资源，为此我选择使用矩阵键盘。

3.4光笔电路设计

方案一：

采用光敏二极管（2CU12B）确定LED行列坐标值，光电二极管的光电流小，不一般别光笔所在处的LED屏中的坐标。

方案二：

采用光敏三极管（3DU33）确定LED行列坐标值。

光电三极管光电流大，响应时间短，且其灵敏度高，很容易判别光笔所在处的LED在点阵屏中的坐标。

方案三:

采用光敏电阻确定LED行列坐标值。

光敏电阻光谱响应范围宽，体积小，但是光敏电阻灵敏度低，响应速度慢，所以用光敏电阻难以确定亮点的坐标，很难实现“划亮”和“连写多字”两项功能。

综上所述，光敏三极管作为光笔检测器件能够很好的实现设计要求。

因此采用方案二。

当进行扫描时，光笔需要能够及时地检测到微亮，确定光比所在位置的坐标，三极管每当检测到某一处的微亮，就输出一个脉冲，通过施密特触发器的整形后通过P1的第1引脚送入主控制器进行处理。

KEY按键安装在光笔的外端，当光笔不检测时，KEY按键置为弹起状态，4也能较为低电平；当光笔检测LED的时候，此时需要置KEY按键未闭合状态，CPU接收到P1接口的4引脚为高电平，此时CPU开始控制检测光笔信号。

光笔电路图如图3-2所示：

3-2光笔电路图

3.5电源模块

选用体积小、携带方便并且效率高的开关电源。

在这次的设计中，我选用了创联公司设计的LED专用显示屏电源5V40A200W的全彩开关电源。

该电源重要参（输入：

AC200-20AC2.5A50/60Hz。

输出：

DC+5V。

电流：

40A）LED专用显示屏电源5V40A200W的全彩开关电源的电压精度为正负15%（满载），散热方式为空气自然对流冷却，调制方式为脉冲宽度调制（PWM）式，该电源主要有四种保护功能：

过流保护，过载保护，短路保护，高温保护，保证了产品在使用过程中的安全性。

显示屏电源5V40A200W的全彩开关电源如图3-3所示。

电源接线图如图3-4所示。

图3-3电源

图3-4电源接线图

4系统软件设计

4.1上位机

本系统采用PC机作为上位机，上位机向STM32F103VTC6单片机发送控制命令和上位机所生成的显示代码，STM32F103VTC6单片机（下位机）接收并处理PC机的控制命令以及显示代码，由显示驱动模块驱动LED点阵显示屏的扫描显示。

PC机与单片机之间的通信采用RS—232C通信标准来实现。

工作时利用在PC机上编制的应用程序把输入的图形或者文字及操作通过提取字模转化为显示数据，通过串口电路传到下位机。

（1）编程工具的选择随着计算机的发展，微机的软件开发平台已由DOS转入Windows，在图形化的Windows操作系统下，提出了可视化的软件开发方法。

LED点阵显示屏的使用需要一个可以输入在显示器上显示文字信息的操作平台。

所以本设计以

VB语言编写了一个上位机的控制界面以控制LED点阵显示器。

（2）软件的