LED Матричный прокручиваемый дисплей с использованием контроллера STM32

Этот проект направлен на отображение информации, введенной в мобильный телефон, на LED прокручиваемый дисплей матричного типа. Это делается путем подключения модуля Bluetooth HC-05 к матричному дисплею LED с помощью платы STM32.

Плата STM32, также известная как плата разработки Blue Pill, включает в себя микроконтроллер STM32F103C8T6 от STMicroelectronics. Это 32-битный контроллер ARM Cortex M3 с высокой тактовой частотой, который подходит для высокоскоростных приложений и приложений с ограничениями по мощности.

LED точечный матричный дисплей — это широко используемый дисплей, который можно увидеть в цифровых часах на вокзалах, в аэропортах и т. д. для отображения времени прибытия и отправления поездов и самолетов. Компоненты, необходимые для проекта, перечислены в таблице спецификации материалов. Авторский прототип матричного прокручивающегося дисплея LED с использованием контроллера STM32 показан на рис. 1.

Как показано на рис. 2, матричный модуль LED включает в себя микросхему драйвера MAX7219. Модуль имеет матрицу LED размером 8×8, каждая LED которой точно контролируется драйвером MAX7219 для генерации цветового рисунка или текста, который вы хотите видеть. Таким образом, вы можете контролировать все 64 светодиода, подключив модуль всего тремя проводами к микроконтроллерам, таким как Arduino, NodeMCU, ESP32, STM32 и т. д.

Этот модуль имеет четыре точечно-матричных светодиода, каскадно соединенных в единый дисплей LED, чтобы выделить пользователю больше места на дисплее. Соединить два таких модуля несложно; просто подключите выходные контакты предыдущего дисплея к входным контактам следующего дисплея. Таким образом, любое количество матричных модулей LED можно подключить к Arduino, NodeMCU, ESP32 или STM32.

Матричный модуль LED MAX7219 имеет драйвер с общим катодом последовательного входа, который связывает микроконтроллеры с матрицами LED. К этому модулю можно подключить все распространенные микроконтроллеры с помощью 4-проводного последовательного интерфейса. К каждому выходу можно обратиться без обновления всего дисплея.

Этому модулю требуется всего три линии ввода/вывода для управления дисплеем, что делает его идеальным для проектов микроконтроллеров. Для установки тока сегмента каждого LED используется только один внешний регистр.

<группа кол-в> <тело> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр>

HC-05 Bluetooth используется для таких приложений, как беспроводная гарнитура, игровые контроллеры, беспроводная мышь, беспроводная клавиатура, а также некоторых других потребительских приложений и студенческих проектов. Его радиус действия составляет до 100 метров, что зависит от используемых передатчика и приемника, атмосферы, географических и городских условий.

HC-05 использует стандартизированный протокол IEEE 802.15.1, с помощью которого можно построить беспроводную персональную сеть (PAN). Он использует технологию радиосвязи с расширенным спектром со скачкообразной перестройкой частоты для передачи данных по воздуху и последовательной связи для связи с устройствами. Он связывается с микроконтроллером через последовательный порт с универсальной скоростью передачи данных 9600 бит/с.

HC-05 — это модуль Bluetooth, предназначенный для беспроводной связи. Модуль можно использовать в конфигурации ведущего или ведомого. На рис. 3 показано, как это выглядит.

Рис. 4 показан контроллер Blue Pill, который стоит намного дешевле по сравнению с платой Arduino. Аппаратное обеспечение имеет открытый исходный код. Микроконтроллер в нем — STM32F103C8T6 от STMicroelectronics.

Плата также оснащена кварцевым генератором 8 МГц и кварцевым генератором 32 кГц, которые можно использовать для управления внутренними часами реального времени (RTC). Благодаря этому микроконтроллер может работать в режиме глубокого сна, что делает его идеальным для приложений с батарейным питанием.

В плате Blue Pill используется микроконтроллер ARM Cortex M3 STM32F103C8. Номенклатура микроконтроллера STM32F103C8T6 имеет смысл:

<ул>

STM означает название производителя STMicroelectronics

32 означает 32-битную архитектуру ARM

F103 обозначает архитектуру ARM Cortex M3

C означает 48-контактную структуру.

8 означает память Flash объемом 64 КБ

T указывает, что тип пакета — LQFP.

6 для рабочей температуры от -40°C до +85°C

Трасса и работа

Принципиальную схему схемы матричного прокручивающегося дисплея LED можно разделить на две части — регулируемый источник питания и схему управления.

Регулируемый источник питания показан на рис. 5. Он содержит двухполупериодный выпрямитель на основе выпрямительных диодов 1N4007 (D1, D2) и стабилизатор напряжения 5 В (IC1). Трансформатор X1 с центральным отводом снижает напряжение сети 230 В переменного тока до 12 В-0-12 В, 500 мА. Конденсаторы С1 и С2 фильтруют пульсации. Регулируемый выход 5 В (Vcc) от IC1 используется для питания схемы.

Таблица 1: Спецификация

• MAX7219 LED Матричный дисплей (1088AS)

• Плата разработки STM32 (Blue Pill)

• Модуль Bluetooth HC-05

• Регулируемый источник питания 5 В

• общего назначения PCB/макетная плата

• Перемычки

<группа кол-в> <столбец/> <тело> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр> <тр>

Для проекта требуется напряжение 5 В для платы STM32, 3,3–6 В для модуля Bluetooth HC-05 и 3,3–5 В для матричного дисплея MAX7219 LED.

Основная схема управления, показанная на рис. 6, построена на базе STM32 с точечной матрицей MAX7219 LED. Плата STM32 связана с телефоном Android через Bluetooth. Матрица LED размером 8×8, подключенная к Arduino через MAX7219, управляется через специальное приложение на телефоне Android.

Поскольку связь между STM32 и MAX7219 основана на протоколе связи SPI, все, что нам нужно, это три контакта от STM32 (данные, часы и выбор чипа). Выводы CS, CLK и DIN платы ИС MAX7219 подключены к контактам PA4, PA5 и PA7 контроллера STM32.

Поскольку для соединения между STM32 и устройством Android будет использоваться Bluetooth, контакты RX и TX модуля Bluetooth HC-05 подключены к контактам TX1 (PA9) и RX1 (PA10) контроллера STM32.

Блок-схема на рис. 7 показывает взаимодействие матричного дисплея MAX7219 LED с микроконтроллером STM32 с использованием Arduino IDE и Bluetooth HC-05.

Управление матрицей LED через приложение для Android

Для этого проекта было разработано специальное приложение для устройств на базе Android. Макет приложения, уже установленного на мобильном телефоне (Bluetooth Terminal HC-05), доступен в магазине Google Play по ссылке для бесплатного скачивания https://play.google.com/store/apps/details?id=project.bluetoothterminal&hl=en_IN

Вид приложения спереди показан на рис. 8.

Приложение поддерживает два режима: формат HEX и формат ASCII. Здесь мы использовали режим формата ASCII. В этом режиме мы можем отправлять текст, цифры и любые специальные символы для отображения с помощью default.

В тот момент, когда мы вводим их в приложение терминала, микроконтроллер STM32 немедленно получает информацию последовательно через Bluetooth. Полученная информация разделяется и текст отображается на матричном дисплее LED по протоколу SPI. Помните, что конечные символы текста \r \n должны быть включены в режиме ASCII, как показано на рис. 9.

(Примечание EFY. Приложение использует функцию Bluetooth телефона. Следовательно, необходимо предоставить необходимые разрешения. Кроме того, модуль Bluetooth HC-05 должен быть сопряжен с устройством (телефоном), для которого пароль default — 1234.)

Программное обеспечение

STM32 — это еще один микроконтроллер от STMicroelectronics. Таким образом, все существующие методы программирования чипа ARM можно использовать и для платы STM32. Одним из известных и часто используемых IDE является Keil ARM MDK, но мы также можем использовать IAR Workbench, Atollic TrueStudio, MicroC Pro ARM, Crossworks ARM, Ride 7, PlatformIO+STM32 и т. д.

Что сделало эту плату популярной, так это ее возможность программирования с помощью Arduino IDE. Таким образом, люди могут быстро начать работу и создавать проекты с помощью STM32, поскольку многие уже знакомы с Arduino IDE, который является простым в использовании языком программирования и имеет легкодоступные библиотеки. Итак, здесь мы будем использовать Arduino IDE, чтобы начать работу с STM32.

Плата разработки STM32 Blue Pill не поставляется с загрузчиком, обеспечивающим совместимость с Arduino IDE. Однако этот загрузчик можно прошить в плату STM32, а затем порт micro-USB можно напрямую использовать для загрузки программ. См. ссылку на YouTube , чтобы узнать, как загрузить загрузчик.

С помощью этого руководства вы сможете легко загружать программное обеспечение загрузчика. После успешного завершения вы можете использовать встроенный микропорт USB.

Выполните следующие действия, чтобы загрузить и подготовить Arduino IDE к использованию с платой STM32.

Таблица 2: Технические характеристики STM32 (синяя таблетка)

Имя

Описание

Архитектура

32-битный ARM Cortex M3

Рабочее напряжение

2,7–3,6 В

CPU частота

72МГц

Количество контактов GPIO

37

Количество контактов PWM

12

Выводы аналогового входа

10 (12-бит)

USART периферийные устройства

3

I2C периферийные устройства

2

SPI периферийные устройства

2

Периферийное устройство Can 2.0

1

Таймеры

3 (16-бит) (1 PWM)

Flash память

64Kb

RAM

20Kb

<группа кол-в> <столбец/> <тело> <тр> <тр> <тд> <тр> <тр> <тр> <тд> <тр> <тр> <тр> <тд> <тр> <тр> <тр> <тд> <тр> <тд>

Шаг 1. Если вы еще не установили Arduino IDE, загрузите и установите его из Интернета. Убедитесь, что вы выбрали правильную операционную систему.

Шаг 2. После установки Arduino IDE откройте и загрузите необходимые пакеты для платы STM32. Это можно сделать, выбрав «Файл» → «Настройки».

Шаг 3. При нажатии на «Настройки» откроется диалоговое окно, показанное на рис. 10. В текстовом поле «URL-адрес диспетчера дополнительных досок» введите ссылку ниже и нажмите «ОК»:

http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json

Шаг 4. Откройте «Инструменты» → «Доски» → «Диспетчер досок». Откроется диалоговое окно Boards Manager. Найдите STM32F1 и установите появившийся пакет.

Шаг 5. После завершения установки пакета перейдите в раздел «Инструменты» и прокрутите вниз, чтобы найти серию Generic STM32F103C, как показано на рис. 11. Убедитесь, что это вариант 64k типа Flash, скорость CPU составляет 72 МГц; измените метод загрузки на последовательный.

Шаг 6. Подключите плату Micro USB к компьютеру и проверьте, к какому COM-порту подключена плата STM32, с помощью диспетчера устройств. Выберите тот же номер порта в меню «Инструменты» → «Порт».

Шаг 7. После внесения всех изменений проверьте правый нижний угол Arduino IDE. Вы заметите, что стандартная плата STM32F103C (Blue Pill) подключена к COM9, как показано на рис. 12. Теперь Arduino IDE готов к программированию платы разработки STM32 Blue Pill.

Для работы схемы необходимо загрузить программу во внутреннюю память STM32. Программа написана на языке программирования Arduino Sketch. Arduino IDE 1.8.11 используется для компиляции и загрузки программы. Для программирования проекту необходим следующий внешний заголовочный файл:

#include <MD_MAX72xx.h> :

Библиотека реализует функции, которые позволяют использовать MAX72xx для матриц LED (64 отдельных светодиода), что позволяет программисту использовать матрицу LED в качестве пиксельного устройства, отображающего графические элементы так же, как и любой другой дисплей с пиксельной адресацией.

Строительство и испытания

После загрузки исходного кода mains.ino в STM32 выполните монтаж главной цепи и подключите к ней регулируемый источник питания 5 В. После включения схема готова к использованию.

Для тестирования проекта загрузите код mains.ino (написанный на Arduino IDE) в микроконтроллер STM32. Поскольку в микроконтроллере не установлен загрузчик Arduino, нам необходимо использовать внешнее устройство, например модуль FTDI или преобразователь USB в TTL с драйвером CP 2102, для передачи кода, подключив один конец модуля/преобразователя к нашему ноутбуку, а другой — к контактам UART микроконтроллера.

Чтобы подключить модуль FTDI, подключите его контакт VCC к 3,3 В модуля STM32, контакт GND к контакту GND модуля STM32, а контакты RX и TX к контактам PA-9 и PA-10 модуля STM-32 соответственно.

Важным шагом перед передачей кода в модуль STM32 является установка для него режима загрузки Boot-1. После этого вы можете последовательно перенести код со своего ноутбука на модуль STM32.

Для тестирования проекта вы можете использовать обычный адаптер с микро USB для питания вместо упомянутого ранее регулируемого источника питания 5 В. Затем можно загрузить мобильное приложение для подключения к модулю HC-05. Теперь можно вводить данные, чтобы проверить, работает ли проект должным образом.

<час/>

Памарти Канакараджа увлекается электроникой

Список деталей для резервного источника питания 5 В

Полупроводники:

IC1

– 7805, регулятор напряжения 5В

D1, D2

– выпрямительный диод 1N4007

Конденсаторы:

C1

– 1000мкФ, 25В электролитический

C2

– 100 мкФ, 25 В электролитический

Разное:

CON1

– 2-контактный разъем

X1

– 230 В переменного тока, первичная обмотка

12-0-12В, 500мА вторичный

трансформатор