基于STM32单片机的点阵显示设计教材

1、基于 STM32 单片机的点阵显示设计 一、系统的硬件设计 1.1 系统的硬件设计方案 STM32F103x6 是基于 ARM 核心的增强型 32 位带闪存、 USB、 ADC 和 CAN 的微控制器。在电机驱动和应用控制、 医疗和手持设备、 智能仪表、警报系统和视频对讲中有广泛的应用。通过使用 STM32F103x6 进行 LED 点阵显示的设计，学习 STM32 单片机的使 用方法。 1.2 STM32 单片机简介 根据本课题需要采用用了 STM32F103x6 型号单片机 STM32F103XX 增强型系列拥有 ARM 的 Cortex-M3 核心，它为实现 MCU 的需要提供了低成本、

2、缩减的管脚数目、降低的系统内耗，同 时提供了卓越的计算性能和先进的中断系统响应。它的原理图如图 1-2 所示 图 1-2 STM32 单片机原理图 1.2.1 STM32F103x6 单片机的功能 核心 -ARM 32 位的 Cortex-M3CPU -单周期硬件乘法和除法，加快计算 存储器 -从 32K 字节到 128K 字节闪存程序存储器 -多重自举功能 时钟、复位和供电管理 -2.0 至 3.6伏供电和 I/O 管脚 -上电 /断电复位、可编程电压检测器、掉电检测器 -内嵌 4 至 16MHZ 高速晶体振荡器 -内嵌 PLL 供应 CPU 时钟 -内嵌使用 32KHZ 晶体的 RTC 振

3、荡器 低功耗 -3 种省电模式：睡眠、停机和待机模式 -VBAT 为 RTC 和后备寄存器供电 2个 12 位模数转换器， 1us转换时间 -双采样和保持功能 -温度传感器 调试模式 -串行调试和 JTAG 接口 DMA -支持的外设：定时器、 ADC、SPI、I2C 和 USART 多达 80 个快速 I/O 口 -26/36/51/80个多功能双向 5V 兼容的 I/O 接口 多达 7 个定时器 4 个用于输入 -多达 3 个同步的 16 位定时器，每个定时器有多达 捕获/输出比较 /PWM 或脉冲计数的通道 -两个看门狗定时器 -系统时间定位器： 24 位的带自动加载功能的 多达 9 个

4、通信接口 -多达 2 个 I2C 接口 -多达 3 个 USART 接口 -多达 2 个 SPI 同步串行接口 -CAN 接口 -USB2.0 接口 1.2.2 STM32 单片机的主要特色 STM32 系列 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、 实时应用、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 更高的指令效率和更强的性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器， 对中断事件的响应比以往更迅速； 所有这些又都融

5、入了业界领先的功 耗水准。STM32 系列给 MCU 用户带来了前所未有的自由空间， 提供 了全新的 32 位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等 特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势。 它拥有出众和创新的 外设，易于开发，可使产品快速进入市场。 1.3 STM32 单片机开发板简介 本课题采用了普中科技的 STM32 开发板，配备有 STM32F103x6 芯片。开发板的引脚图如图 1-3 所示 图 1-3 普中科技的 STM32 开发板实物图 1.3.1 STM32 开发板的外围硬件资源 -8*8 双色点阵模块 -五线四相步进电机 -四线双极性步进电机 -动态数码管 /静态数

6、码管 -74HC595 -74HC165 -USB 自动下载 -MCU -矩阵键盘、独立按键 -AD/DA/ 光敏 /温敏 -ISP、PS2 等等。其电路图如图 1-3-1 图 1-3-1 普中科技的 STM32 开发板内部电路图 1.3.2 STM32 开发板的软件资源 STM32 开发板提供了丰富的标准例程，其例程列表如下： 编号 实验名称 编号 实验名称 编号 实验名称 1 LED 灯 10 74HC595 19 定时器 TIM2 2 RCC 系统时 钟 11 74HC165 20 串口通信 3 独立按键 12 EXIT 中断 21 DS18B20 温度 检测 4 晶体数码管 13 FL

7、ASH 保存 22 RTC 时钟 显示 数据 5 动态数码管 14 STM32-24C0 2 23 ADC1-DMA 6 SysTick 定时 器 15 STM32-ADD A-PCF8591 24 彩屏例程 7 步进电机 16 STM-1602 25 CAN-BUS 8 矩阵键盘 17 硬件 I2C 读取 24C02 26 VirtualCOMPort （USB 转串口） 9 LED 点阵 18 硬件 SPI-595 1.4 硬件电路 本科创课题涉及的硬件电路如图 1-4 所示 图 1-4 STM32 LED 点阵实验在开发板上的接线图 、系统的软件设计 对于一个完整的嵌入式应用系统的开发，

8、 硬件的设计与调试工作 仅占整个工作量的一半， 应用系统的程序设计也是嵌入式系统设计一 个非常重要的方面。本次软件编写在 Keil 软件平台进行的。如图 2-1 所示。 图 2-1 Keil 软件平台截图 2.1 对 STM32 端口进行配置 对端口的配置程序如下： RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_Disable, ENABLE)/;/ 关 闭调试 端口重新映射

9、 使用仿真器调试时，不能用此语 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 ; /所/ 有 GPIO 为同一类型端口 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;/ /推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz/;/ 输出的最 大频率为 50HZ GPIO_Ini

10、t(GPIOB, /初始化 GPIOB 端口 GPIO_Init(GPIOA, /初始化 GPIOB 端口 2.2 控制 LED 点阵显示的主程序设计 控制 LED 点阵显示的程序如下： while (1) m+ ; if(m 4) m=1; switch (m) case 1: for(j=0;j3;j+)/从左到右 3 次 for(i=0;iBSRR = tabai /将数据送到 P2 口 并屏蔽高位， 不干扰高 8位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (tabai) / P1=0 xff; GPIOA-BSRR = 0 xff /将数据送到 P1 口 并屏蔽高位， 不干扰高 8位 I

11、O 的使用 GPIOA-BRR = (0 xff) Delay(0X0DFFFF); break; case 2: Delay(800); for(j=0;j3;j+)/从右到左 3 次 for(i=0;iBSRR = taba7-i /将数据送到 P2 口 并屏蔽高 位，不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (taba7-i) /P1=0 xff; GPIOA-BSRR = 0 xff /将数据送到 P1 口 并屏蔽高位， 不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (0 xff) Delay(0X0DFFFF); break; case 3: Delay(80

12、0); for(j=0;j3;j+)/从上至下 3 次 for(i=0;iBSRR = 0 x00 /将数据送到 P2 口 并屏蔽高位， 不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (0 x00) /P1=tabb7-i; GPIOA-BSRR = tabb7-i /将数据送到 P1 口 并屏蔽 高位，不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (tabb7-i) Delay(0X0DFFFF); break; case 4: Delay(800); for(j=0;j3;j+)/ /从下至上 3 次 for(i=0;iBSRR = 0 x00 /将数据送到 P2 口

13、并屏蔽高位， 不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (0 x00) /P1=tabbi; GPIOA-BSRR = tabbi /将数据送到 P1口 并屏蔽高位， 不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (tabbi) Delay(0X0DFFFF); break; 2.3 RCC 函数的配置 配置程序代码如下： void RCC_Configuration(void) /复位 RCC 外部设备寄存器到默认值 RCC_DeInit(); /打开外部高速晶振 RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); /等待外部高速时钟准备好 HSEStartUpSt

14、atus = RCC_WaitForHSEStartUp(); if(HSEStartUpStatus = SUCCESS) /外部高速时钟已经准别 好 /开启 FLASH 的预取功能 FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); /FLASH 延迟 2 个周期 FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); /配置 AHB(HCLK) 时钟 =SYSCLK RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); /配置 APB2(PCLK2) 钟=AHB 时钟 RCC_PCLK2Config(RCC

15、_HCLK_Div1); /配置 APB1(PCLK1)钟=AHB 1/2 时钟 RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); /配置 PLL 时钟 = 外部高速晶体时钟 *9 PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); /使能 PLL 时钟 RCC_PLLCmd(ENABLE); /等待 PLL 时钟就绪 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) = RESET) /配置系统时钟 = PLL 时钟 RCC_SYSCLKC

16、onfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); /检查 PLL 时钟是否作为系统时钟 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0 x08) 2.4 NIVC 函数配置 配置的程序如下： void NVIC_Configuration(void) #ifdef VECT_TAB_RAM NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM,0 x0); #else NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0 x0); #endif 设置向量表的位置和偏移量，如果向量表位于 RAM ，则偏移量 为 0

17、x0。如果向量位于 FLASH 则偏移量为 0 x0。 完整的程序代码见 附录。 三、系统实验 首先进行硬件电路搭建，根据图 1-4，进行硬件电路连接。连接 完毕后，检查导线是否连接错误以及导线是否连接牢固。 其次进行软 件调试，在 Keil 软件平台进行软件调试，直至无错误报警。最后将 程序下载到开发板。 关键点：连接时核心板的 BOOT1 的短路帽要断开。 实验现象： LED 点阵从左到右，从右到左，从上至下，从下至 上滚动 。 附录 程序代码 #include stm32f10 x_lib.h GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; ErrorStatu

18、s HSEStartUpStatus; unsigned int taba=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f; unsigned int tabb=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x10,0 x20,0 x40,0 x80; void RCC_Configuration(void); void NVIC_Configuration(void); void Delay(vu32 nCount); / 主函数 /* int main(void) unsigned char i,j; static unsigned c

19、har m; #ifdef DEBUG debug(); #endif RCC_Configuration(); / 系统时钟配置函数 NVIC_Configuration(); /NVIC 配置函数 /使能 APB2 总线外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_Disable, ENABLE); / 关闭调试 端口重新映射 使用仿真器调试时，不能用此语 GP

20、IO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 ; /所/ 有 GPIO 为同一类型端口 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /输出的最大频率 为 50HZ GPIO_Init(GPIOB, /初始化 GPIOB

21、端口 GPIO_Init(GPIOA, /初始化 GPIOB 端口 while (1) m+ ; if(m 4) m=1; switch (m) case 1: for(j=0;j3;j+)/从左到右 3 次 for(i=0;iBSRR = tabai /将数据送到 P2口 并屏蔽高位，不干扰 高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (tabai) / P1=0 xff; GPIOA-BSRR = 0 xff /将数据送到 P1口 并屏蔽高位，不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (0 xff) Delay(0X0DFFFF); break; case 2: Del

22、ay(800); for(j=0;j3;j+)/从右到左 3 次 for(i=0;iBSRR = taba7-i /将数据送到 P2 口 并屏蔽高位，不 干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (taba7-i) /P1=0 xff; GPIOA-BSRR = 0 xff /将数据送到 P1口 并屏蔽高位，不干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (0 xff) Delay(0X0DFFFF); break; case 3: Delay(800); for(j=0;j3;j+)/从上至下 3 次 for(i=0;iBSRR = 0 x00 /将数据送到 P2 口并屏

23、蔽高位，不干扰 高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (0 x00) /P1=tabb7-i; GPIOA-BSRR = tabb7-i /将数据送到 P1 口 并屏蔽高位，不 干扰高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (tabb7-i) Delay(0X0DFFFF); break; case 4: Delay(800); for(j=0;j3;j+)/从下至上 3 次 for(i=0;iBSRR = 0 x00 /将数据送到 P2 口 并屏蔽高位，不干扰 高 8 位 IO 的使用 GPIOB-BRR = (0 x00) /P1=tabbi; GPIOA-BSRR =

24、 tabbi /将数据送到 P1口 并屏蔽高位， 不干扰 高 8 位 IO 的使用 GPIOA-BRR = (tabbi) Delay(0X0DFFFF); break; / 配置 RCC /* void RCC_Configuration(void) /复位 RCC 外部设备寄存器到默认值 RCC_DeInit(); /打开外部高速晶振 RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); /等待外部高速时钟准备好 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); if(HSEStartUpStatus = SUCCESS) / 外部高速时钟已经准别好

25、/开启 FLASH 的预取功能 FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); /FLASH 延迟 2 个周期 FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); /配置 AHB(HCLK) 时钟 =SYSCLK RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); /配置 APB2(PCLK2) 钟=AHB 时钟 RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); /配置 APB1(PCLK1)钟=AHB 1/2 时钟 RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); /配置

26、PLL 时钟 = 外部高速晶体时钟 *9 PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); /使能 PLL 时钟 RCC_PLLCmd(ENABLE); /等待 PLL 时钟就绪 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) = RESET) /配置系统时钟 = PLL 时钟 RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); /检查 PLL 时钟是否作为系统时钟 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0 x08) / NVIC 配置函数 /* void NVIC_Co