基于单片机的LED电子显示屏的设计.docx

摘要摘要：随着科技的发展，LED显示屏在人们生活中的重要性也是越来越得到体现，作为一种非常重要的信息传播方式，我们时常在生活中见到他，例如娱乐场所、体育场馆、金融证券、火车站、店铺广告牌等。LED显示屏的广泛应用让LED显示屏的研发工作也显得格外重要。而点阵显示屏具有的亮度高、寿命长、视角大、节能、成本低等优点另其被广泛应用。本文针对基于STM32单片机的LED电子显示屏，介绍了系统的总体设计方案、硬件电路设计以及软件编程方法。本系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片，LED电子显示屏选用的是16*16的点阵显示屏，另外还使用了ESP8266这一WIFl串口模块连接单片机与上位机通信。使用在电脑中编写的上位机通过串口通信对烧录在STM32单片机中的信息进行选择，最后将选择的信息内容在LED点阵显示屏上显示出来，并且不停滚动。关键词：STM32F103C8T6；ESP8266；LED点阵显示屏；串口通信AbstractAbstractzWiththedevelopmentoftechnology,theimportanceofLEDdisplayscreensinpeople'slivesisincreasinglybeingreflected.Asaveryimportantwayofinformationdissemination,weoftenseethemindailylife,suchasentertainmentvenues,sportsvenues,financialsecurities,trainstations,shopbillboards,etc.ThewidespreadapplicationofLEDdisplaysmakestheresearchanddevelopmentofLEDdisplaysparticularlyimportant.Theadvantagesofdotmatrixdisplayscreens,suchashighbrightness,longlifespan,largeviewingangle,energyconservation,andlowcost,havemadethemwidelyused.Thisarticleintroducestheoveralldesignscheme,hardwarecircuitdesign,andsoftwareprogrammingmethodoftheLEDelectronicdisplayscreenbasedonSTM32microcontroller.ThissystemusesSTM32F103C8T6asthemaincontrolchip,andtheLEDelectronicdisplayscreenusesa16*16dotmatrixdisplayscreen.Inaddition,ESP8266,aWIFIserialportmodule,isusedtoconnectthemicrocontrollerandtheuppercomputerforcommunication.UsetheuppercomputerwritteninthecomputertoselecttheinformationburnedintheSTM32microcontrollerthroughserialcommunication,andfinallydisplaytheselectedinformationcontentontheLEDdotmatrixdisplayscreen,continuouslyscrolling.Keywords:STM32F103C8T6;ESP8266;LEDdotmatrixdisplayscreen;Serialcommunication摘要IAbstractII目录III第1章绪论11.1 选题的背景、目的和意义11.1.1 选题背景11.1.2 选题目的和意义21.2 国内外研究现状及趋势31.3 本论文研究内容6第2章系统概述与总体设计方案72.1 硬件系统的总体设计方案7第3章硬件系统设计83.1 主控器及最小系统83.2 ESP8266串口WIFI模块103.3 上位机的选择113.4 显示部分方案选择123.4.1 LED点阵显示屏简介123.4.2 LED点阵显示屏工作原理123.4.3 显示方案133.5 降压电路设计153.6 启动方式16第4章软件系统设计184.1 系统软件方案184.1.1 编程语言的选择184.1.2 选用的编译器的介绍18该软件系统的设计采用C语言进行编程，使用KEIL作为编译工具，编写控制模块、通信模块和显示模块的程序。194.2 主程序设计194.3 左移显示的设计204.4 主要显示内容的编写224.5 接收上位机命令，改变显示内容23第5章系统调试245.1 系统硬件调试245.1.1 短路与虚焊检测245.1.2上电测试245.2 系统软件调试245.3 设计结果255.4设计不足25结论26参考资料27致谢28第1章绪论1.1 选题的背景、目的和意义1.1.1 选题背景随着信息化时代的到来，各种信息传播手段层出不穷，其中LED电子显示屏凭借其独特的优势成为了一种重要的信息传播媒介。在交通、广告、体育赛事、舞台演出等多个领域，LED电子显示屏具有广泛的应用。然而，传统的LED显示屏受到硬件设备限制，导致系统复杂、成本较高、操作困难等问题。为了解决这些问题，研究人员开始尝试将单片机技术引入LED显示屏的设计中。单片机技术是近年来在嵌入式系统领域迅速发展的一种技术，它将微处理器、存储器、定时器、中断控制器、输入输出接口等功能集成在一个芯片上，具有体积小、成本低、易于开发、可编程性强等特点。基于单片机的LED电子显示屏可以充分发挥单片机的优势，实现高性能、低成本、低功耗的显示系统。一方面，基于单片机的LED显示屏可以提供更高的性能。由于单片机具有较强的可编程性，研究人员可以根据需要设计各种显示效果和功能，满足不同场景下的显示需求。此外，单片机可以实现对显示系统的精确控制，从而提高显示效果和稳定性。同时，单片机的高度集成化特点可以大大减小显示系统的体积，降低系统的成本。另一方面，基于单片机的LED显示屏可以实现更丰富的功能。例如，通过与传感器、GPS,无线通信模块等设备的连接，可以实现实时信息采集和远程控制等功能。此外，基于单片机的LED显示屏还可以与计算机、手机等智能设备进行互动，实现信息的实时更新和多样化显示。这些功能的实现，可以使LED显示屏在各个领域发挥更大的作用。为了设计出一款性能优越、功能丰富的基于单片机的LED电子显示屏，研究人员需要在硬件设计和软件设计两个方面进行深入研究。在硬件设计方面，需要选择合适的单片机、LED显示模块、驱动电路、电源电路和通信模块等组件，并对这些组件进行优化设计，以实现高性能、低功耗、低成本的目标。在软件设计方面，需要编写合适的单片机程序，实现显示内容的控制和更新策略，以满足不同场景下的显示需求。为了验证基于单片机的LED电子显示屏的性能和功能，研究人员还需要进行系统实现和测试。在系统实现过程中，需要搭建硬件平台，并编写相应的软件程序。在系统测试过程中，需要对显示效果、通信模块、系统稳定性等方面进行测试，以确保系统的性能和功能达到预期目标。同时，针对测试过程中出现的问题，研究人员还需要提出相应的优化方案，以进一步提高系统的性能。随着社会的发展，信息化的需求不断提高，基于单片机的LED显示屏将在各个领域发挥越来越重要的作用。研究基于单片机的LED电子显示屏的设计，有助于提高显示系统的性能、降低成本、提高显示效果，满足不同场景下的显示需求。通过深入研究和开发这种显示系统，可以进一步推动LED显示屏技术的发展，为人们的生活带来更多便利。在未来，随着科技的进步，单片机技术将不断发展，性能将更加优越。基于单片机的LED电子显示屏也将在各个领域得到更广泛的应用，进一步提高信息传播的速度和质量。同时，随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，基于单片机的LED显示屏将与这些技术相结合，实现更加智能化、个性化的信息显示，为人们的生活带来更多便利和乐趣。1.1.2 选题目的和意义选题的目的和意义在于研究和设计一种基于单片机的LED电子显示屏，以满足不同场景下的显示需求，提高显示效果，降低成本，并推动LED显示屏技术的发展。具体而言，本选题具有以下几个方面的目的和意义：提高显示效果和功能丰富性：传统的LED显示屏通常通过硬件电路来实现显示功能，这种方法不仅增加了系统的复杂性，而且限制了显示效果的多样性。而单片机具有较强的可编程性，可以轻松实现各种显示效果和功能，满足不同场景下的显示需求。此外，单片机可以实现对显示系统的精确控制，从而提高显示效果和稳定性。因此，研究基于单片机的LED电子显示屏有助于提高显示效果和功能丰富性。降低系统成本和能耗：单片机将多种功能集成在一个芯片上，可以减少外围电路的数量，从而降低系统的成本。同时，由于单片机具有较低的功耗，可以节省能源，降低运行成本。这些优点使得基于单片机的LED显示屏在市场上具有较高的竞争力。因此，研究基于单片机的LED电子显示屏有助于降低系统成本和能耗。提高系统的兼容性和可扩展性：随着市场需求的多样化和个性化，LED显示屏需要具有良好的兼容性和可扩展性，以适应各种应用场景。基于单片机的LED显示屏可以方便地与其他设备或系统相互配合，实现更丰富的功能。例如，通过与传感器、GPS、无线通信模块等设备的连接，可以实现实时信息采集和远程控制等功能。此外，基于单片机的LED显示屏还可以与计算机、手机等智能设备进行互动，实现信息的实时更新和多样化显示。因此，研究基于单片机的LED电子显示屏有助于提高系统的兼容性和可扩展性。推动LED显示屏技术的发展：随着科技的发展，基于单片机的LED显示屏将在各个领域发挥越来越重要的作用。通过深入研究和开发这种显示系统，可以进一步推动LED显示屏技术的发展，为人们的生活带来更多便利。同时，随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，基于单片机的LED显示屏将与这些技术相结合，实现更加智能化、个性化的信息显示，为人们的生活带来更多便利和乐趣。因此，研究基于单片机的LED电子显示屏具有重要的理论意义和实际价值。培养创新人才和促进产业发展：研究基于单片机的LED电子显示屏可以培养具有创新精神和实践能力的人才，为相关产业提供技术支持。通过对单片机技术和LED显示屏技术的深入研究，可以不断提高研究人员的技术水平，为国家和社会培养一批熟悉前沿技术的高素质人才。此外，基于单片机的LED显示屏在各个领域的广泛应用，可以推动相关产业的发展，为国家经济增长做出贡献。综上所述，研究基于单片机的LED电子显示屏具有重要的理论意义和实际价值。通过深入研究和开发这种显示系统，可以提高显示效果、降低成本、满足不同场景下的显示需求，推动LED显示屏技术的发展，培养创新人才，促进产业发展，为人们的生活带来更多便利。1.2 国内外研究现状及趋势随着LED技术的发展和单片机技术的成熟，国内LED电子显示屏的研究已经有着较为成熟的理论体系和技术支撑。在LED电子显示屏的硬件设计方面，不少学者提出了各种不同的设计思路和方案。例如，电子显示屏控制系统中，研究者王乐平等人（2015）提出了一种基于嵌入式控制技术的异步显示屏控制系统设计。该设计采用了ATMELSAM3S数据处理器作为控制器，实现了LED电子显示屏的互动显示。另外，章德剑等人（2014）在对LED电子显示屏的控制方式进行研究时，采用了CPLD芯片作为LED显示控制器，并在芯片的设计和应用方面进行了深入探讨。在软件设计方面，LED电子显示屏的程序设计也已有了广泛的研究成果。例如，王伟等人（2014）在文章基于AT91SAM7S-EK的LED控制系统软件设计中，研究了LED电子显示屏的软件设计和程序控制方法，并采用AT91SAM7S-EK作为主控芯片，开发了一款高效稳定的LED电子显示屏软件控制系统。此外,在现有的研究中，还有一些关于LED电子显示屏的诸如生物医学应用（徐勇等，2013）、教学展示应用（王瑜等，2015）以及移动广告应用（李志华等，2016）的研究成果。这些研究促进了LED电子显示屏技术的应用推广和发展。在国内，随着科技的发展，LED显示屏技术得到了广泛关注。基于单片机的LED电子显示屏作为一种新型显示技术，近年来在国内研究领域取得了显著的进展。主要体现在以下几个方面：单片机技术的发展：随着电子技术和微电子技术的飞速发展，单片机技术也取得了突破性的进展。国内研究人员针对不同应用场景，研发了一系列具有高性能、低功耗、低成本的单片机产品，为基于单片机的LED电子显示屏提供了技术支持。显示驱动技术的创新：在基于单片机的LED电子显示屏领域，显示驱动技术是关键的研究内容。国内研究人员通过对显示驱动电路、控制算法、通信协议等方面的深入研究，为LED显示屏提供了更高性能、更低功耗、更稳定的驱动方案。显示效果和功能的优化：针对不同应用场景，国内研究人员通过优化显示算法、控制策略、信号处理技术等方面，实现了LED显示屏的高清显示、高刷新率、高稳定性等优良性能。此外，通过与各类传感器、通信模块等设备的结合，实现了基于单片机的LED显示屏的多功能化、智能化。系统设计和集成：为了降低系统成本，提高系统性能，国内研究人员在硬件设计和软件设计方面进行了大量的研究工作。通过优化硬件资源的分配、提高软件编程效率、实现系统的高度集成化，为基于单片机的LED显示屏的发展提供了有力支持。应用领域的拓展：在国内，基于单片机的LED电子显示屏已经在广告、交通、体育、舞台演出等多个领域得到了广泛应用。国内研究人员不断探索新的应用场景，将LED显示屏技术应用到智慧城市、工业物联网、环境监测等领域，推动相关产业的发展。与国内研究相比，国外的LED电子显示屏研究相对较早，主要集中在LED的设计、选型和应用，以及像素布局的规范性问题。例如，美国科罗拉多大学的基尔巴赞等人(2012)针对LED电子显示屏的节能优化提出了一种低功耗的LED驱动技术。通过改进显示驱动电路和选用低电压灯珠，实现了LED电子显示屏的降功耗运行，有效减少了能源消耗。此外，LED电子显示屏的软件设计也有着独特的技术优势和经验。例如，美国康奈尔大学的拉姆克里希南等(2013)通过分析LED屏的图像处理算法，发现其灰度非线性因素的影响很大，进而提出了一种基于反向映射和矫正的修正方法。这种方法在LED电子显示屏的图像处理中得到了广泛的应用和验证。除此之外，英国伦敦大学学院的科里昂等人(2017)研究了LED电子显示屏像素布局的规范性问题，提出了一种优化布局算法，使LED电子显示屏在数据传输和画面显示时更加精准和稳定。此外，在LED电子显示屏的监控和远程控制方面，许多国外研究同样取得了重要的进在国外，基于单片机的LED电子显示屏技术同样受到了广泛关注。国外研究人员在单片机技术、显示驱动技术、显示效果和功能优化、系统设计和集成等方面取得了丰富的研究成果，为基于单片机的LED显示屏的发展奠定了坚实的基础。单片机技术的发展：国外研究人员长期致力于单片机技术的研究，使得单片机在性能、功耗、成本等方面取得了显著的优势。同时，国外研究人员还针对不同应用场景，研发了一系列具有高性能、低功耗、低成本的单片机产品，为基于单片机的LED电子显示屏提供了技术支持。显示驱动技术的创新：在基于单片机的LED电子显示屏领域，国外研究人员对显示驱动技术进行了深入的研究，提出了许多具有创新性的驱动方案。这些方案在提高显示性能、降低功耗、提高稳定性等方面取得了显著的成果，为LED显示屏的发展提供了强大的技术支持。显示效果和功能的优化：针对不同应用场景，国外研究人员通过优化显示算法、控制策略、信号处理技术等方面，实现了LED显示屏的高清显示、高刷新率、高稳定性等优良性能。此外，通过与各类传感器、通信模块等设备的结合，实现了基于单片机的LED显示屏的多功能化、智能化。系统设计和集成：为了降低系统成本，提高系统性能，国外研究人员在硬件设计和软件设计方面进行了大量的研究工作。通过优化硬件资源的分配、提高软件编程效率、实现系统的高度集成化，为基于单片机的LED显示屏的发展提供了有力支持。应用领域的拓展：在国外，基于单片机的LED电子显示屏已经在广告、交通、体育、舞台演出等多个领域得到了广泛应用。国外研究人员不断探索新的应用场景，将LED显示屏技术应用到智慧城市、工业物联网、环境监测等领域，推动相关产业的发展。从国内外研究现状来看,基于单片机的LED电子显示屏技术在未来将呈现以下几个趋势：高性能单片机的研发：随着科技的进步，单片机技术将不断发展，性能将更加优越。未来，研究人员将致力于研发更高性能、更低功耗、更集成度的单片机产品，以满足LED显示屏对处理能力、功耗和成本的更高要求。同时，将进一步优化单片机的工作原理和性能特性，提高系统性能，降低成本。显示驱动技术的创新：在基于单片机的LED电子显示屏领域，显示驱动技术是关键的研究内容。未来的研究趋势将聚焦于开发更高性能、更低功耗、更稳定的驱动方案。这包括对显示驱动电路、控制算法、通信协议等方面的深入研究，以实现更高的显示性能和稳定性。显示效果和功能的优化：针对不同应用场景，未来的研究将继续关注显示效果和功能的优化。这包括优化显示算法、控制策略、信号处理技术等方面，以实现LED显示屏的高清显示、高刷新率、高稳定性等优良性能。此外，将加强与各类传感器、通信模块等设备的结合，实现基于单片机的LED显示屏的多功能化、智能化。系统设计和集成：为了降低系统成本，提高系统性能，未来的研究将继续关注硬件设计和软件设计方面的优化。通过优化硬件资源的分配、提高软件编程效率、实现系统的高度集成化，为基于单片机的LED显示屏的发展提供有力支持。应用领域的拓展：随着科技的进步和市场需求的变化，未来基于单片机的LED电子显示屏将在更多领域得到广泛应用。研究人员将不断探索新的应用场景，将LED显示屏技术应用到智慧城市、工业物联网、环境监测等领域，推动相关产业的发展。融合新兴技术：随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，基于单片机的LED显示屏将与这些技术相结合，实现更加智能化、个性化的信息显示。例如，通过结合物联网技术，可以实现实时信息采集和远程控制等功能；通过结合大数据分析，可以实现信息的智能筛选和推送；通过结合人工智能技术，可以实现语音识别、人脸识别等智能交互功能。绿色环保和可持续发展：随着环保意识的加强，未来的研究将更加关注基于单片机的LED显示屏的绿色环保和可持续发展。这包括降低能耗、减少污染物排放、提高资源利用率等方面。通过研究和应用新型材料、新型工艺、新型结构等方面的创新，推动LED显示屏技术的绿色发展。安全性和可靠性研究：随着基于单片机的LED电子显示屏在各个领域的广泛应用，其安全性和可靠性越来越受到重视。未来的研究将关注如何提高系统的抗干扰能力、防护能力、容错能力等，以确保LED显示屏在各种复杂环境中的安全可靠运行。总之，基于单片机的LED电子显示屏技术在未来将继续保持高速发展的态势。通过不断优化技术、扩大应用领域、融合新兴技术、关注绿色环保和可持续发展、提高安全性和可靠性等方面的研究，有望为人们的生活带来更多便利和乐趣。1.3 本论文研究内容确定选题后,我深入了解了LED显示屏以及单片机,在我对一些相关资料的阅读之后，制定了本课题的设计方案。在经过多次对比之后，我最终选定了以PC机为上位机，STM32F103C8T6单片机为主控芯片，另外加入了ESP8266串口WIFI模块来连接上位机与单片机通信。此外，我根据自己想要实现的内容以及硬件的特点使用了C语言来编写软件，程序主要实现的功能是令想要的文字以及图案在LED点阵显示屏上滚动显示，文字和图案提前烧录在单片机里，在上位机中选择想要显示的内容。在软件编写以及焊接工作基本完成之后，我进行了硬件调试、软件调试以及系统联合调试。在调试过程中发现了一些问题，经过我的分析，逐一找到问题的源头并且进行了解决。第2章系统概述与总体设计方案第2章系统概述与总体设计方案2.1硬件系统的总体设计方案本文设计的是基于STM32单片机的LED点阵屏显示系统。采用STM32F103C8T6作为主控芯片，加了ESP8266串口WIFl模块来连接上位机与单片机通信，选用了PC机为上位机来控制显示屏显示的内容。显示屏是用4块8*8的LED点阵屏组成的一块16*16的LED点阵屏。LED点阵屏通过相对应点的LED器件发光来实现文字与图案的显示，并且最终以点阵的形式展示出来。由于LED显示屏的工作场景比较多样性，所以对本系统的硬件质量要求会非常高。为了方便维修以及电路的设计，最普及的设计方法就是采用模块化设计。这样的设计不仅能够满足系统模块自身的功能需求，同时也能够与整个系统实现完美的兼容性。系统硬件方案图如图2.1所示：图2.1系统硬件方案图第3章硬件系统设计3.1主控器及最小系统STM32F103C8T6是一款基于ARMCorte-M3内核的微型控制器。它集成了闪存、SRAM、通用定时器、PwM发生器、ADC、SPEI2C和USART等接口，可以满足大多数应用的需求。其具有较小的中断延迟，有低功耗，有较高性能，有超高的性价比，并且具有一流的外设。STM32单片机比51单片机要高级许多，其本身的很多资源和功能是51单片机不具备的。并且STM32单片机具有模块化的程序，接口简单，自身带有非常多的功能，工作速度相对而言更加迅速。所以本设计采用的是STM32单片机而并非51单片机。在工作时，STM32F103C8T6单片机首先需要通过复位电路进行复位，启动系统从底层开始初始化。系统初始化后，芯片将开始执行用户代码。用户代码可以通过编程工具（比如KeiI等）进行开发，并通过编译、下载方式将代码烧录进单片机芯片内部的闪存中。单片机在运行期间可以通过外设接口（如通用定时器、ADC.SPKI2C等）实现数据输入输出、自动控制等功能。用户代码通过控制这些外设来实现不同的功能。在处理器的运行周期中，STN32F103C8T6的时钟可以通过内部或外部时钟源控制。CPU可以执行各种计算任务，并且在不同的时钟频率下运行。除了运行程序之外，单片机中还有一些自身保护机制，比如看门狗、低功耗模式和复位电路等。综合以上特性，STM32F103C8T6单片机通过运行用户编写的代码，调用芯片内部的外设接口等途径，实现了对各种实际场合中的数据采集、处理、控制等任务，是一种非常强大的微型控制器。STM32F103C8T6单片机特性：STM32F103C8T6单片机是STMicroelectronics公司推出的一款高性能8位单片机，它采用了ARM-Cortex1MlB内核，具有多种接口和功能，是应用广泛的工业控制、通信、仪器、仪表等领域的理想选择。以下是STM32F103C8T6单片机的一些特性：CPU核心：ARMCortex-M3内核，具有高性能和低功耗的特点。内存：64KB的闪存和20KB的RAM,在存储和读取数据方面有优秀的表现。工作频率：最高可达72MHz,可以满足多种复杂应用的需求。通信接口：支持SPI、I2C、USART等多种接口，方便数据传输和通信。ADC转换器：具有12位精度，可以实现高精度的数据转换，并且可以获得更广阔的电压范围。定时器：具有多种计时和定时功能，为控制系统提供了有力的支持。中断控制：具有丰富的中断源和中断优先级控制，可以实现高效的中断处理。电源管理：具有多种功耗模式，可以通过不同的模式来控制芯片的功耗，提高系统效率和续航能力。ESTM32F103CflTbGQmTj115UCHNGflOie单片机最小系统如图3.2：图3.1STM32F103C8T6芯片实物图最小系统3.2ESP8266串口WIFI模块ESP8266串口WIFI模块是一款高度集成的无线网络模块，由中国的乐鑫科技公司开发，是一款非常出色的低成本WiFi模块。ESP8266串口WIFI模块的独特特性在于它可以将普通的串口装置以Wi-Fi无线网络设备的形式来使用，实现了一个简单、可靠的无线连接方案，目前已经被广泛应用于智能家居、物联网以及电子学习等多个领域。一、ESP8266串口WIFI模块的简介ESP8266串口WIFI模块是一款高度集成的系统级芯片，它基于乐鑫科技的ESP8266EX空芯片，内部集成了TCP/IP协议栈和硬件引擎，同时支持UART、GPIO.PWM等多种通信接口，并且支持STA/AP/AP+STA三种工作模式，使其在无线通信领域有着超强的性能和可靠性。无论是作为主控芯片，还是作为从属芯片，ESP8266串口WIFI模块都拥有广泛的应用场景。在远距离通信方面，它可以将无线WiFi网络接口与传感器、计量器等普通设备无缝地连接在一起，从而实现便携的无线网络控制方案，减少了不必要的线缆消耗问题。二、ESP8266串口WIFI模块的优点低成本：ESP8266串口WIFI模块具有超低的成本，因为其晶体管已经被集成到单片机中，整个模块仅需很少的元器件即可正常工作。高度集成:ESP8266串口WIFI模块不仅集成了WiFi模块的先进功能,还集成了TCP/IP协议栈和硬件引擎，同时支持多种通信接口。灵活性:ESP8266串口WIFI模块的灵活性非常大,支持STA/AP/AP+STA三种工作模式，同时还支持多种通信接口，能够实现与其他控制器的互连以及无线设备的接入。高可靠性：ESP8266串口WIFI模块具有卓越的可靠性和稳定性，在连接信号差的环境下也能保证数据传输的高效性和稳定性。丰富的社区支持：由于ESP8266串口WIFI模块的广泛使用，其在全球范围内拥有着庞大的开发社区，用户可以通过在线社区获得各种问题的解答和支持。三、ESP8266串口WIFI模块的应用物联网：作为一个具备无线网络功能的模块，ESP8266串口WIFI模块在物联网领域的应用非常广泛，能够为各种设备提供接入无线网络的解决方案。无线控制：ESP8266串口WIFl模块可以与传感器、计量器等普通设备连接，从而实现在无线控制方面的灵活应用。比如，将普通的电气控制器与ESP8266串口WIFl模块相连，就可以实现从移动设备中进行遥控开关等功能。智能家居系统：利用ESP8266串口WIFI模块的高可靠性和稳定性，可以快速搭建起智能化家图3.3ESP8266实物图串口WIFI模块电路图设计如图3.4：串口 WlF 正 SP826601SCIGP-ENVDDMT VDDPSTTOUTVDMTCVDD3V1ySD-DATA-O SDDJCA-IGPlOO 0MO1V3TXD GPlo2 5TXD 8103 UgD GRa GWo5(W3D4)AIA-2 GPI0103DAI4012MTD!0WO12M7CKV2RXDGPIOUMiMSGMOlSMTDaUJTXDGPlOlGXPdDCD：VDDA KTOJPJ TO5P3XTAL-INXTAL-OUTGs)图3.4串口WlFI模块电路图3.3上位机的选择本系统选择的上位机是PC机，降低了显示系统的硬件要求，增加了系统的通用性。上位机是用来储存并处理显示内容的，最后将想要显示的内容通过通信系统传送到控制系统驱动显示。4LED显示屏有存储显示和实时显示两种方法来显示上位机内容。实时显示就是上位机屏幕与LED显示屏同步显示相同内容，当上位机中内容产生变化时LED显示屏上的内容也跟着变化。存储显示就是将经过处理的内容存储在上位机中通过通信系统传输到显示屏中显示。两种显示方法各有各的优点，实时显示能够更加及时迅速的反应上位机内容的变化,显示的效果以及实时性更好，更多的用于实况转播以及新闻播报，但是工艺复杂、成本较高；存储显示的实时性显然不高，但是成本较低。本设计对实时性的要求并不高并且需要显示的内容较少，所以我并没有选择实时显示，而是选择了成本更低的存储显示。3.4显示部分方案选择3.4.1LED点阵显示屏简介LED点阵显示屏是由许多个LED灯组成的一种显示屏，它们排列成矩阵状的单元，每个单元由一个或多个LED灯组成。虽然像素不如LED全彩显示屏，但点阵显示器具有很高的亮度和广泛的适应性。大多数点阵显示器都是单色的，适用于大量数据传输和信息提示场景，例如电子琴、时钟、温度计、价格牌等电子产品。点阵显示器的显示原理是利用电子行、点阵列控制技术，通过控制LED点阵灯的点亮和熄灭，实现信息的显示。点阵显示器通过闪烁不同颜色的LED灯来传输数据。点阵显示器通常具有较高的亮度，因为它们使用了可与太阳光匹敌的LED灯。这使得它们非常适合在室外使用，并非常适合于大型公共数据的传输。点阵显示屏在二十世纪七八十年代早期得到广泛应用。它们通常是使用简单的数字和字母之类的符号进行简单的文本信息显示。现今，随着技术的发展，点阵显示器具有更加丰富和多样化的显示信息，例如可以显示复杂的图像和动态图形等。在工业领域中，点阵显示器主要应用于智能电表、电子血压计、体温计、复方维生素等电子产品制造中。点阵显示屏也广泛使用于文化、旅游、交通和广告信息显示领域。例如车站和机场等公共场所信息显示，天气、新闻、直播等信息的展示，以及建筑和地标景点的亮化。随着技术的不断进步，点阵显示器设计日趋精细，显示分辨率逐渐提高，甚至有了可以显示小视频的点阵显示屏。点阵显示器的颜色也在发生变化。除了单色屏外，点阵显示器现在还可以制造成多色、全彩点阵显示屏，以满足更多场合的显示需求。总体来说，点阵显示器具有可靠性高、功耗低、寿命长、成本低廉等优点，广泛应用于各种公共场合，低成本又高效能的特点，是其能够获得应用的关键。3.4.2LED点阵显示屏工作原理对于LED点阵显示屏，其工作原理可以分为两部分：LED元器件和控制电路。1、LED元器件LED是一种半导体发光二极管，其特点是只有正向电压下才能发光，并且使用寿命较长。LED点阵显示屏中所使用的LED元器件包括单色LED和全彩LED两种类型，其中单色LED只能发出一个颜色的光，而全彩LED则可以发出多种颜色的光。在LED点阵显示屏中，LED元器件按照一定的排列方式组成一个一个小方格，每个小方格中都包含了数个LED0这种排列方式被称为“点阵"，数字、字符和其他图案就是通过控制点阵中LED元器件的状态来实现的。2、控制电路控制电路则是LED点阵显示屏的“大脑”，它通过操控LED元件的发光来呈现出不同的图形和文字。控制电路通常包括控制芯片、显示控制器、驱动芯片等部分。其中控制芯片将输入的数据进行解码及转换，再输出给显示控制器，显示控制器则通过调节电流大小，控制点阵中的LED元件发光和熄灭的时间来显示输入的文字、图像和视频等信息。驱动芯片负责将控制电路输出的信号进行放大并传递给LED点阵显示屏中的相关线路,从而完成LED点阵显示屏中LED元器件的“点亮”和“熄灭”控制。以上就是LED点阵显示屏的简单工作原理，当然其中还有一些比较复杂的技术细节和优化措施，并且不同的LED点阵显示屏在具体的工作原理和构造上也可能会有所不同。3.4.3显示方案显示部分包含一块由4块8*8的LED点阵屏组成的16*16的LED点阵屏以及驱动该显示屏的驱动电路。由于单片机的I/O口有限，LED点阵显示屏的驱动无法直接通过I/O口进行，所以需要对单片机I/O口进行扩展增加单片机并行输出的能力。【5】LED点阵显示屏所采用的发光二极管点阵构成了一个复杂而精密的结构，有两种方式构成LED显示屏，一是由各个发光二极管逐个连接，如图3.5所示；二是选用一些较小的LED点阵显示屏来拼接组成更大的LED点阵显示屏。前者维修成本更低但是线路复杂，后者节约大量连线，但是维修成本较高。在经过比较之后，我选择了用4块8*8的LED点阵屏来拼接组成一块16*16的LED点阵屏。毛毛毛毛毛毛下毛.2E毛毛毛毛毛毛毛图3.6LED点阵外观图图3.74块8*8点阵级联成16*16点阵LED数码管的点亮方式可分为静态和动态两种，下面将分别探讨这两种方式：(1)静态显示方式当显示器呈现某一字符时，发光二极管的位置选择将始终处于被选中的状态，这种状态被称为静态显示。它具有功耗小、成本低等优点，因此目前广泛应用于计算机及消费类电子产品中。在这种显示模式下，每个LED数码管显示器都需要一个输出容量为8位的控制端口。随着计算机和通信技术的飞速发展，各种新型计算机芯片不断出现。由于单片机的I/O口数量受限，因此在实际应用中，常常需要采用扩展I/O的方式来解决输出不足的问题。(2)动态显示方式通过交替展示多个LED显示器，利用人类视觉的暂停效应，呈现出多个LED显示器同时显示的动态效果。当LED显示器的显示速度达到一定程度时，即可观察到同时呈现的视觉效果。动态显示与静态显示相比可以节省I/O口，但是会占用较多的CPU时间。综合两种显示方式的优缺点以及单片机的特性，最终本设计选用的是动态显示方式。3.5降压电路设计本设计的电源电压为5V,但是STM32F103C8T6的工作电压为3.3V,所以这时就需要降压。本次降压选用的是ME6211C33,ME6211C33是一颗低功耗低压差LDO芯片，具有非常优秀的降压效果,其工作电压范围是2V6V,最大输出电流为500mA(Vin=4.3,Vout=3.3),Iout=120mA时最低压差仅为120mA,待机模式下电流为0.1uA<,图3.8ME6211C33实物图降压电路如图3.9所示:图3.9降压电路图3. 6启动方式STM32的启动方式有三种，我们可以通过调整BOOTl和BOOTO引脚的状态来选择在复位后的启动模式。BOOTOBOOTl启动模式说明0X用户闪存存储器FLASH启动，即用户所使用的闪存存储器10系统存储器启动系统的存储器，以便于进行串口下载操作11SRAM启动启动SRAM以便在其内部进行代码调试用户闪存存储器启动模式：正常的用户工作模式，通过jtag和SWd模式进行下载程序，重启后也直接从这启动程序。在系统存储器启动的模式下，程序的启动功能均由厂家进行个性化设置。SRAM是一种无程序存储功能的启动模式，通常被用于程序调试。如果仅对代码的一小部分进行了修改，然后就需要重新擦除掉整个Flash,非常浪费时间，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试,等程序调试完成后，再将程序下载到SRAM中。