《基于單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)的的智能掛鐘設(shè)計(jì)》10000字（論文）

基于單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)的的智能掛鐘設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u26744摘要 410551緒論 5127481.1研究的目的和意義 5276921.2研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 5268841.3研究的內(nèi)容及目標(biāo) 7194572系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 9159122.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 9243952.2系統(tǒng)的方案選擇 9321432.3系統(tǒng)的功能介紹 13230143系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14162193.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 14293723.2電源模塊的設(shè)計(jì) 15296463.3V穩(wěn)壓電路 1629893.3.藍(lán)牙通信模塊 16278373.4.LDE點(diǎn)陣顯示屏模塊 17173653.5存儲(chǔ)模塊 18207604系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 20295084.1主程序設(shè)計(jì) 20133374.2初始化子程序設(shè)計(jì) 21234844.2初始化子程序 22178864.3時(shí)鐘顯示子程序 22179234.4動(dòng)畫顯示更新子程序 23229015系統(tǒng)調(diào)試過程 25149895.1硬件調(diào)試 259415.2軟件調(diào)試 25268826總結(jié) 26 摘要在半導(dǎo)體迅速發(fā)展的時(shí)代里，發(fā)光二極管得到了很大的發(fā)展，由之前的帶來光明至傳遞信息、顯示信息，形成了LED點(diǎn)陣顯示屏。LED點(diǎn)陣顯示屏隨之而來的許多問題也展現(xiàn)在人們面前，對(duì)點(diǎn)陣屏顯示內(nèi)容的更新就是其中之一。本次設(shè)計(jì)是一種基于藍(lán)牙通信技術(shù)的LED點(diǎn)陣屏顯示更新方案，首先根據(jù)需求確定智能動(dòng)畫掛鐘的整體設(shè)計(jì)方案，之后進(jìn)行硬件焊接搭建。經(jīng)過實(shí)踐確定以stm32單片機(jī)為控制中心與藍(lán)牙hc-05透?jìng)髂K、LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成藍(lán)牙控制系統(tǒng)，當(dāng)手機(jī)將所需顯示內(nèi)容通過藍(lán)牙通信傳送至stm32后經(jīng)stm32單片機(jī)處理，由驅(qū)動(dòng)電路輸出實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的更新。最后，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試，確保各項(xiàng)功能可以正常使用。由結(jié)果表明此次設(shè)計(jì)可以通過手機(jī)藍(lán)牙通信更新LDE點(diǎn)陣屏的顯示內(nèi)容，更新方便快捷。關(guān)鍵詞：LED點(diǎn)陣屏；單片機(jī)技術(shù)；控制；藍(lán)牙1緒論1.1研究的目的和意義隨著科技的發(fā)展，材料的更新使得LED點(diǎn)陣屏的成本降低，點(diǎn)陣顯示屏得到了普及漸漸充滿了日常生活的個(gè)個(gè)角落。LED點(diǎn)陣顯示屏因?yàn)闊艄馍守S富，造價(jià)低廉控制簡(jiǎn)便從而被廣泛的應(yīng)用于證券交易、金融信息的顯示至機(jī)場(chǎng)、車站、旅游景點(diǎn)等各種場(chǎng)所為人們提供引導(dǎo)信息的顯示，從道路交通信息紅綠燈、信號(hào)燈的顯示至郵局信息公示、商場(chǎng)購(gòu)物廣告、景區(qū)景觀引導(dǎo)，這些地方都需要LED點(diǎn)陣顯示屏向人們傳達(dá)信息。隨著制造工藝不斷提高材料的更新?lián)Q代以及LED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，使得LED顯示屏制造的成本快速降低，LED點(diǎn)陣顯示器在廣告戶外媒體中逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈箱、霓虹燈等產(chǎn)品。在現(xiàn)代信息社會(huì)之中，LED點(diǎn)陣顯示器作為平板顯示的主要產(chǎn)品一定具有更加廣闊的發(fā)展前景，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也存在一些問題，如果要更新LED顯示屏的顯示內(nèi)容大多都是利用單片機(jī)鏈接上位機(jī)，然后在軟件中更改屏幕顯示內(nèi)容，整個(gè)過程不但非常復(fù)雜而且使用難度較大。藍(lán)牙無線通信技術(shù)是一種中短距離的無線通信技術(shù)，相對(duì)于常見的有線電纜連接具有移植性強(qiáng)，對(duì)比WiFi無線通信技術(shù)又具有輻射范圍小、低功耗的優(yōu)勢(shì)，適用范圍廣、穩(wěn)定性好。針對(duì)點(diǎn)陣顯示屏更新顯示十分復(fù)雜難用的缺點(diǎn)，可以采用藍(lán)牙技術(shù)與點(diǎn)陣屏技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)一種可以簡(jiǎn)單方便的更新顯示內(nèi)容，低價(jià)格的點(diǎn)陣LED顯示屏，采用藍(lán)牙無線通信對(duì)LED顯示內(nèi)容進(jìn)行更新，不用高成本的處理點(diǎn)陣屏的專業(yè)上位機(jī)軟件和控制卡，操作更加簡(jiǎn)單，提出的設(shè)計(jì)方案具有有實(shí)際推廣價(jià)值。本次設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款通過手機(jī)藍(lán)牙通信更新LED點(diǎn)陣屏的顯示內(nèi)容的相關(guān)產(chǎn)品，深入了解點(diǎn)陣屏與藍(lán)牙的工作原理。1.2研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)LED顯示屏是上世紀(jì)八十年代后期在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展起來的一種進(jìn)行信息顯示的新型顯示媒體，它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像和動(dòng)畫等多種信息的顯示屏幕。是利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏幕，有穩(wěn)定性高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價(jià)格低功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，LED電子顯示屏是通過一定的控制方式來進(jìn)行文字、圖形、圖片和動(dòng)畫顯示等各種信息以及電視、錄像信號(hào)并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。作為新一代的顯示媒體，LED電子顯示屏按使用環(huán)境分為室內(nèi)LED顯示屏、半室外LED顯示屏、室外LED顯示屏。1990年以前LED顯示屏的成長(zhǎng)形成時(shí)期。首先，由于受LED材料器件的限制，沒有合適的材料來進(jìn)行LED器件的制造，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有基礎(chǔ)器件的支持無法廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，在客觀上對(duì)顯示效果造成了一定的影響。這一時(shí)期的LED顯示屏在國(guó)外應(yīng)用比較廣，國(guó)內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級(jí)為單點(diǎn)4級(jí)調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。1990-1995年，這一階段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時(shí)期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)，信息技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域不斷突破，LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進(jìn)入市場(chǎng)；電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級(jí)實(shí)現(xiàn)16級(jí)灰度和64級(jí)灰度調(diào)灰，顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果大大提高。這一階段，LED顯示屏在我國(guó)發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾空企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬(wàn)元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機(jī)場(chǎng)、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了LED顯示屏市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。1995年以來，LED顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時(shí)期。1995年以來，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價(jià)格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題，有關(guān)部門對(duì)LED顯示屏的發(fā)展予以重視并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)。目前這方面的工作正在逐步深化。在1995年以前，LED顯示屏的生產(chǎn)無行業(yè)規(guī)范。1996年原電子部委托藍(lán)通公司制定LED顯示屏通用規(guī)范》，1998年1月正式作為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，使LED顯示屏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作開始走向規(guī)范。1998年初，中國(guó)光協(xié)光電器件分會(huì)加強(qiáng)了LED顯示屏行業(yè)的管理和業(yè)務(wù)，在引導(dǎo)規(guī)范行業(yè)發(fā)展、開展光電器件與LED顯示屏產(chǎn)品技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)交流協(xié)調(diào)等方面積極開展工作。隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的形成和一系列標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正在向健康有序的方向發(fā)展。LED點(diǎn)陣顯示器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，從證券交易、金融信息的顯示至機(jī)場(chǎng)、車站、港口旅客引導(dǎo)信息的顯示，道路交通信息的顯示至郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物、景區(qū)景觀，這些地方都需要LED點(diǎn)陣顯示器向人們傳達(dá)信息。隨著制造工藝不斷提高，同時(shí)制造成本的快速降低，LED點(diǎn)陣顯示器在廣告戶外媒體中會(huì)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈箱、霓虹燈等產(chǎn)品。在現(xiàn)代的信息社會(huì)中，材料產(chǎn)品快速的發(fā)展，技術(shù)水平的更新以及集成電路的小型化。LED點(diǎn)陣顯示器作為平板顯示的主要產(chǎn)品必然可以迎來更大的發(fā)展。信息化社會(huì)的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會(huì)發(fā)生改變，類似于霓虹燈這樣的適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏將會(huì)有較大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED顯示屏的產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破，如公共交通、停車場(chǎng)、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額。1.3研究的內(nèi)容及目標(biāo)本課題集中于用藍(lán)牙控制點(diǎn)陣顯示器完成顯示更新研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于手機(jī)藍(lán)牙控制的LED點(diǎn)陣屏動(dòng)畫掛鐘，設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)陣控制電路。以藍(lán)牙信號(hào)接收模塊，完成手機(jī)和單片機(jī)之間的相互通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示屏的顯示信息更新。手機(jī)作為上位機(jī)，可以編輯發(fā)送顯示內(nèi)容更新指令來更新點(diǎn)陣屏的信息顯示；用藍(lán)牙通信的方式將顯示內(nèi)容和控制指令由藍(lán)牙通信模塊傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)保存并根據(jù)上位機(jī)傳輸來的內(nèi)容和指令驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的LED點(diǎn)陣顯示屏實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫，圖片等內(nèi)容的播放。同時(shí)作為一個(gè)掛鐘還要具有時(shí)鐘顯示的功能。通過此次設(shè)計(jì)來了解LED點(diǎn)陣屏的工作原理，明白如何改裝點(diǎn)陣屏，掌握關(guān)于STM32的開發(fā)工具以及開發(fā)方法。提高學(xué)生的實(shí)踐能力。2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路基于藍(lán)牙的智能動(dòng)畫掛鐘的設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)圖如下是基于藍(lán)牙的LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)，可以方便快捷的更新顯示內(nèi)容，包括微處理器、儲(chǔ)存模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、藍(lán)牙模塊、驅(qū)動(dòng)電路、和LED點(diǎn)陣屏。儲(chǔ)存模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、藍(lán)牙模塊等組成。由于設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是通過手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行點(diǎn)陣屏顯示內(nèi)容的更新和點(diǎn)陣屏動(dòng)畫，圖片的顯示，最后決定以單片機(jī)作為控制中心通過藍(lán)牙模塊接受手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送的藍(lán)牙信號(hào)單片機(jī)處理后將通過驅(qū)動(dòng)電路來進(jìn)行內(nèi)容顯示或更新顯示內(nèi)容。單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路和LED點(diǎn)陣屏相連，微處理器通過藍(lán)牙模塊和手機(jī)無線通信進(jìn)行信息的傳遞。單片機(jī)選用stm32單片機(jī)或51單片機(jī)，藍(lán)牙模塊選用HC-05/JDY-31儲(chǔ)存模塊W25Q16/32/64。圖2.1系統(tǒng)整體框圖2.2系統(tǒng)的方案選擇基于藍(lán)牙的智能藍(lán)牙畫鐘的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過手機(jī)藍(lán)牙通信對(duì)畫鐘進(jìn)行顯示內(nèi)容的更新，以及通過單片機(jī)以類似放電影的那種切換圖片的方式實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣屏動(dòng)畫效果的顯示。(1)單片機(jī)的選擇基于藍(lán)牙的智能動(dòng)畫掛鐘是以單片機(jī)為控制核心，所以選擇合適的單片機(jī)是最為關(guān)鍵的一步。但要在型號(hào)十分繁雜的單片機(jī)之中，選擇滿足設(shè)計(jì)需要的單片機(jī)是件很困難的事情。因此，選擇單片機(jī)要有方法，每一種單片機(jī)型號(hào)在投入生產(chǎn)之后，都會(huì)推出本型號(hào)的使用說明書。我們可以根據(jù)說明書來判斷該單片機(jī)所具有的功能是否滿足此次設(shè)計(jì)的要求，然后再根據(jù)單片機(jī)運(yùn)行速度、引腳數(shù)量、引腳功能等基本參數(shù)，進(jìn)行進(jìn)一步的縮小選擇范圍。當(dāng)根據(jù)上述兩個(gè)步驟進(jìn)行初步的選擇之后，在這些備選單片機(jī)之中進(jìn)行分析查看是否有自己比較熟悉的或是使用過的單片機(jī)型號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)有熟悉的單片機(jī)型號(hào)，優(yōu)先考慮選擇自己熟悉的單片機(jī)，我們選取結(jié)構(gòu)相同指令系統(tǒng)相似的單片機(jī)可以縮短開發(fā)時(shí)間充分利用掌握的軟硬件知識(shí)使設(shè)計(jì)更加優(yōu)化。最后需考慮單片機(jī)有沒有自主開發(fā)能力，所以在選擇單片機(jī)之后還要考慮現(xiàn)有的開發(fā)工具。將所選的單片機(jī)與其進(jìn)行比較，驗(yàn)證所選的單片機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)要求。第一個(gè)方案：STC89C52是一種帶有8K字節(jié)閃爍可編程以及擦除的只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能微處理器即稱作單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)功耗低，具有較高的兼容性，待機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，基本能滿足設(shè)計(jì)要求，且價(jià)格低廉可以降低設(shè)計(jì)成本，指定編程、最小系統(tǒng)和外圍電路構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)IO口的操作和程序也比較方便。因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)具有系統(tǒng)可編程的特點(diǎn)，用戶可以通過數(shù)據(jù)連接線將程序代碼燒錄到單片機(jī)中不必再特地購(gòu)買編碼器。第二個(gè)方案：以STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片。STM32F103C8T6單片機(jī)執(zhí)行速率約為51單片機(jī)的數(shù)十倍，內(nèi)部集成的復(fù)位電路可靠性更高。該單片機(jī)有64K或128K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器、2.0-3.6伏供電和I/O引腳的驅(qū)動(dòng)電壓、定時(shí)器、高精度R/C振蕩時(shí)鐘和復(fù)位等功能。通過研究了解第一個(gè)方案中的STC89C52單片機(jī)比較普通，編程和下載比較簡(jiǎn)單而且在校園使用較多也屬于較為熟悉的一種單片機(jī)型號(hào)。但相對(duì)于其他單片機(jī)來說它的運(yùn)行速度較STM32F103C8T6單片機(jī)無法相比后者不論是性能還是可利用的資源都比STC89C52更加出色，更符合要求，所以直接放棄了第一個(gè)方案以第二個(gè)方案STM32F103C8T6作為主控芯片。顯示屏的選擇第一個(gè)方案：采用4.0寸SPI觸摸彩色液晶顯示屏，主要的構(gòu)成包括熒光管、導(dǎo)光板、偏光板、濾光版、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜式晶體管等。采用主動(dòng)式矩陣的方式來驅(qū)動(dòng)，有效顯示區(qū)域?yàn)?5.6mm*83.5mm分辨率為480*320（Pixel）具有極好的成像效果且分辨率很高,驅(qū)動(dòng)IC為ST7796S,是一款比較優(yōu)秀且具有較多功能的液晶顯示屏。第二個(gè)方案：使用LDE顯示屏單元板，顯示屏有單色、雙色等多種類此次選用32*32單色LED點(diǎn)陣顯示屏大小為304mm-152mm。采用SMD封裝即表面貼裝器件，是目前LED室內(nèi)顯示屏的主流產(chǎn)品。它具有較高刷新率且采取了分組集群的顯示管理為此款LED點(diǎn)陣屏非常契合本次設(shè)計(jì)的要求，工作電壓為5V。對(duì)以上兩種方案進(jìn)行對(duì)比液晶顯示雖然顯示效果好但掛鐘需要屏幕大，視角廣闊，大規(guī)格液晶屏價(jià)格較高且視角狹小，經(jīng)過研究采用方案二選用LED點(diǎn)陣屏。藍(lán)牙模塊的選擇第一個(gè)方案：HC-05藍(lán)牙模塊，HC-05藍(lán)牙模塊是專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造，遵循V20+EDR藍(lán)牙規(guī)范，模塊本身可以在主模式和從模式下運(yùn)行。本模塊支持UARTUSBSPIPCMSPDI等接口，并支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。該模塊主要用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域.可以方便的和PC機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備相連，也可以兩個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)互通。避免繁瑣的線纜連接，能直接替代串口線。但距離較短約為10米。第二個(gè)方案：JDY-31藍(lán)牙模塊其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度較快可達(dá)到8K每秒以上的速率。此模塊支持藍(lán)牙SPP串口協(xié)議，支持與SPP主藍(lán)牙模塊連接通信也具有UART接口。工作電壓為3.3-6V，功耗19毫安。方便快捷使用靈活主要用于智能家居控制、藍(lán)牙玩具、藍(lán)牙高速數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)為基于藍(lán)牙的智能動(dòng)畫掛鐘屬于生活用品一般使用場(chǎng)所為室內(nèi)，考慮到方案一的通信距離太短即便在房間十米仍然太短，且方案二藍(lán)牙成本低、體積小、收發(fā)靈敏性高，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)大功能。出于對(duì)便捷性與實(shí)用性考慮方案二明顯優(yōu)于方案一。電源模塊選擇第一個(gè)方案：是可以直接貼裝在電路板的電源供應(yīng)器，一路輸入直流6V--11V，三路輸出為3.3V，5.0V，11V可為專用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器、微處理器、儲(chǔ)存器以及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。特別設(shè)計(jì)了2個(gè)排針固定孔，可直接固定在洞洞板上進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。DC-DC變換是將可變的直流電壓變換成固定的直流電壓成為直流斬波其工作方式可分為脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制。第二個(gè)方案：采用的是鋰電池+太陽(yáng)能供電，太陽(yáng)能供電是通過光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽(yáng)能供電的工作原理：當(dāng)太陽(yáng)光照在晶體管半導(dǎo)體PN結(jié)上時(shí),形成空穴和電子，在PN結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通負(fù)載形成回路后就形成電流。太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光-熱-電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光-電直接轉(zhuǎn)換方式。該設(shè)計(jì)中使用的是光-電直接轉(zhuǎn)換方式，輸出的5V電壓非常穩(wěn)定。第三個(gè)方案：采用USB接口為設(shè)備提供電源此方案只需將USB接口連接到電路中，再搭建3.3V穩(wěn)壓電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行供電的功能本次設(shè)計(jì)為室內(nèi)物品，不會(huì)接觸到太陽(yáng)光，方案二與本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況不符。方案一選用3.3V、5V-10V電源模塊，多路輸出DC-DC電壓轉(zhuǎn)換，LED點(diǎn)陣屏的額定工作電壓為DC-5V，藍(lán)牙模塊額定工作電壓為3.3V.可以較好的完成供電任務(wù)但對(duì)此模塊的供電又需要找電源，只有第三個(gè)方案不僅可以很好的完成了供電任務(wù)而且自身僅需與普通的手機(jī)充電器相連就可以明顯最為合適因此則第三方案USB接口供電。(5)最終設(shè)計(jì)方案基于以上方案的選擇與分析采用STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片用電源模塊多路輸出5V，3.3V進(jìn)行供電。通過JDY-31藍(lán)牙模塊接收手機(jī)藍(lán)牙信號(hào)將指令傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)由單片機(jī)處理后向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號(hào)并向藍(lán)牙模塊傳遞信息，藍(lán)牙模塊通過藍(lán)牙信號(hào)將信息發(fā)送到手機(jī)。作為上位機(jī)手機(jī)通過手機(jī)app與單片機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙通信，由單片機(jī)處理信號(hào)后通過驅(qū)動(dòng)電路點(diǎn)亮點(diǎn)陣屏實(shí)現(xiàn)圖片與動(dòng)畫的顯示。由時(shí)鐘模塊連接單片機(jī)系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)電路在LDE點(diǎn)陣屏上顯示時(shí)間。2.3系統(tǒng)的功能介紹此次設(shè)計(jì)完成了基本的藍(lán)牙通信、時(shí)鐘顯示、LED動(dòng)畫和圖片顯示功能。當(dāng)智能動(dòng)畫掛鐘的電源開啟后LED屏顯示時(shí)間，用戶通過手機(jī)藍(lán)牙連接掛鐘發(fā)出指令，藍(lán)牙模塊接收向單片機(jī)發(fā)送單片機(jī)進(jìn)行處理若為圖畫更新通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)LED顯示屏進(jìn)行顯示更新，若為時(shí)間校準(zhǔn)則對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行修改，修改后再進(jìn)行顯示通過藍(lán)牙向手機(jī)反饋信息。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM7架構(gòu)的32位、支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的微控制器。選擇此款控制芯片是因?yàn)楸敬讼到y(tǒng)設(shè)計(jì)并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在滿足基本的設(shè)計(jì)功能后能夠提供許多的接口和功能，讓我們可以更加方便地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的外圍擴(kuò)展電路。STM32系列的單片機(jī)是一種基于ARM7架構(gòu)的32位且支持實(shí)時(shí)仿真跟蹤的微控制器，它是使用ARM先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，既有優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能又有十分出色的功耗控制，最大程度的集成整合使其更加易于開發(fā)。STM32F103C8T6作為智能藍(lán)牙動(dòng)畫掛鐘的控制核心，在整個(gè)系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的地位。STM32F103C8T6單片機(jī)通過接受藍(lán)牙模塊的電信號(hào)，處理后經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣屏，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣屏顯示內(nèi)容的更新。單片機(jī)系統(tǒng)和藍(lán)牙模塊是通過串口進(jìn)行連接的。藍(lán)牙模塊與單片機(jī)相連通過串口來達(dá)到藍(lán)牙通信的發(fā)送與接收信號(hào)。39、38、37、36則與FLSH閃存器W25Q64進(jìn)行連接遵循SPI協(xié)議。STM32F103C8T6單片機(jī)原理圖3.2電源模塊的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采取USB供電方式為系統(tǒng)進(jìn)行供電在供電方面準(zhǔn)備采用鋰電池作為電源，鋰電池主要是依靠鋰離子在正極和負(fù)極間來回移動(dòng)來工作，采用金屬鋰作為電池的負(fù)電極。優(yōu)點(diǎn)：能量密度大、使用壽命長(zhǎng)可以快速充放電而且電池內(nèi)不含有毒物質(zhì)。鋰電池只需要很少的維護(hù)，使用鋰電池供電可以降低設(shè)計(jì)成本。像手機(jī)充電寶一樣由通過USB連接這樣可以節(jié)約成本。對(duì)于3.3V穩(wěn)壓電路只是調(diào)節(jié)電壓將5V降至3.3V。此次穩(wěn)壓電路所選用的AMS1117-3.3是輸出3.3V電壓的低壓降穩(wěn)壓器一般情況下適用于小型的系統(tǒng)接口的電源管理電池供電的情況。USB電源接口3.3V穩(wěn)壓電路3.3.藍(lán)牙通信模塊藍(lán)牙是采用無線電波連接手機(jī)或電腦的設(shè)備。藍(lán)牙技術(shù)若想在一對(duì)設(shè)備之間通訊時(shí)這對(duì)設(shè)備需要確定主從關(guān)系，本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙控制點(diǎn)陣因此手機(jī)藍(lán)牙為藍(lán)牙通訊的主角色，藍(lán)牙模塊為從角色。在通訊時(shí)由手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行查找、發(fā)起配對(duì)、連接成功后即可收發(fā)數(shù)據(jù)。點(diǎn)陣屏藍(lán)牙模塊是集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合的簡(jiǎn)稱，用來進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)通訊。在通信時(shí)主要作為一個(gè)中轉(zhuǎn)站來傳遞信息，在串口的基礎(chǔ)上通過TXD、RXD藍(lán)牙模塊可以和STM32F103C8T6單片機(jī)相連接。上位機(jī)手機(jī)也通過藍(lán)牙和藍(lán)牙模塊相連。這樣就架起了一座可以是上位機(jī)手機(jī)和STM32F103C8T6單片機(jī)通信的橋梁，兩者均可以相互通信傳遞數(shù)據(jù)。藍(lán)牙通信模塊3.4.LDE點(diǎn)陣顯示屏模塊LED點(diǎn)陣屏是一種利用LED半導(dǎo)體發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或者像素單元組成的平面式顯示屏幕。因?yàn)長(zhǎng)ED燈對(duì)比其他的霓虹燈等具有更高的發(fā)光效率和使用壽命更長(zhǎng)，不論在室內(nèi)和室外對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力都很強(qiáng)，還可以進(jìn)行靈活的組合連接具有較強(qiáng)的操作性。由于它具有較多的燈珠，屬于大屏幕顯示系統(tǒng)是由多個(gè)較小的單元模塊集合拼接組成只需控制每個(gè)單元的顯示內(nèi)容而不會(huì)去控制每個(gè)燈珠，大大減輕了編程及系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)擔(dān)。同時(shí)在顯示方式上也有靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種方式，現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)中都用的為動(dòng)態(tài)顯示即采取掃描的方式工作。用較大峰值的窄脈沖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)一方面對(duì)顯示屏進(jìn)行洗通另一方面則發(fā)出表達(dá)圖形或文字信息的脈沖信號(hào)，對(duì)以上操作進(jìn)行循環(huán)，就達(dá)成了顯示各類圖形及文字等信息的目的。點(diǎn)陣屏模塊所采取的是動(dòng)態(tài)顯示，所采用的掃描方式為1/16掃這就需要一個(gè)定時(shí)器來為其提供時(shí)序，本次設(shè)計(jì)中CLK與單片機(jī)的37號(hào)引腳相連為其提供時(shí)序功能，因?yàn)殡娫床捎肬SB接口因此可以直接為其供電。時(shí)鐘點(diǎn)陣接口圖像點(diǎn)陣接口3.5存儲(chǔ)模塊W25Q64是華邦公司推出的SPIFLSH產(chǎn)品,其容量為64Mb存儲(chǔ)在本設(shè)計(jì)中，通過W25Q64芯片來存儲(chǔ)點(diǎn)陣屏的自模文件。普通的串行閃存器件在靈活性和性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如該25Q系列的閃存器。W25Q64不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的SPI還支持雙輸出/四輸出的SPI，最大的SPI時(shí)鐘可達(dá)80Mhz。W25Q64存儲(chǔ)器4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)為了使所設(shè)計(jì)的智能動(dòng)畫掛鐘達(dá)到到預(yù)期的功能除了要有正確、完整的硬件電路設(shè)計(jì)外，還需要進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。如果要整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)成功運(yùn)行，離不開軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的相互配合。當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)程序時(shí)必須要具有一定編程基礎(chǔ)才能進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。鑒于匯編語(yǔ)言的可讀性較差，C語(yǔ)言不論在功能上、還是在結(jié)構(gòu)上都更具優(yōu)勢(shì)，所以選擇C語(yǔ)言來作為這次程序設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。就像硬件設(shè)計(jì)一樣，軟件設(shè)計(jì)也需要有大概的流程圖，這樣可以有利于用嚴(yán)密的思維邏輯來進(jìn)行程序的編寫，并有利于保持思路清晰不會(huì)輕易出錯(cuò)。設(shè)計(jì)時(shí)采用KeiluVision5編程軟件來編寫程序，該編寫軟件具有很強(qiáng)的在線編輯和調(diào)試功能，可以完全滿足該設(shè)計(jì)編寫程序的要求4.1主程序設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說至關(guān)重要，它支配著整個(gè)系統(tǒng)，在系統(tǒng)開始運(yùn)行之后所有子程序都需要通過主程序的調(diào)用來進(jìn)行工作運(yùn)行。當(dāng)所有子程序全部循環(huán)運(yùn)行完了之后，系統(tǒng)才開始正式工作。主程序的設(shè)計(jì)過程中，先對(duì)各模塊和端口進(jìn)行初始化處理的子程序設(shè)計(jì)，然后根據(jù)各模塊的功能要求對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)程序在完成初始化后再循環(huán)，成功識(shí)別出驅(qū)動(dòng)硬件電路。如圖4-1所示在接通電源后線先進(jìn)行硬件初始化之后中斷，讀取時(shí)鐘模塊時(shí)間并顯示，確認(rèn)藍(lán)牙的連接狀態(tài)進(jìn)行判斷看是否連接，若連接則向手機(jī)發(fā)送當(dāng)前的顯示內(nèi)容與手機(jī)app進(jìn)行同步，當(dāng)手機(jī)app向掛鐘發(fā)送指令后由藍(lán)牙作為橋梁發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行子程序的調(diào)用執(zhí)行。4.1主程序流程圖4.2初始化子程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)中主程序占主導(dǎo)地位，可合理設(shè)計(jì)子程序也是關(guān)鍵。初始化系統(tǒng)能夠?qū)σ恍┊惓３绦蚝蛦纹瑱C(jī)引腳進(jìn)行初始化，而初始化各個(gè)模塊是實(shí)現(xiàn)程序正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。首先定義端口、變量的程序設(shè)計(jì)，以及與串口相關(guān)的程序設(shè)計(jì)。運(yùn)行時(shí)，首先調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)初始化的子程序，在這個(gè)子程序中，首先調(diào)用設(shè)計(jì)的變量和端口定義程序，然后在完成各模塊的初始化。初始化子程序的設(shè)計(jì)，顯示開始端口和串口的初始化然后是定時(shí)器的初始化最后才是藍(lán)牙通信的初始化。其初始化子程序流程圖如圖4.2所示：4.2初始化子程序4.3時(shí)鐘顯示子程序時(shí)鐘顯示對(duì)于LDE屏來說是一件相當(dāng)簡(jiǎn)單的事情。當(dāng)打開電源后單片機(jī)進(jìn)行初始化之后調(diào)用時(shí)鐘子程序，時(shí)鐘程序先進(jìn)行初始化調(diào)整好各串口與定時(shí)器，然后讀取時(shí)鐘模塊的時(shí)間信息將其送到單片機(jī)處。單片機(jī)檢查一下藍(lán)牙模塊是否存在時(shí)間校準(zhǔn)的命令，若存在由手機(jī)發(fā)送過來的時(shí)間校準(zhǔn)信號(hào)，則通過單片機(jī)對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。將調(diào)整后的時(shí)鐘信息進(jìn)行顯示，之后再次讀取時(shí)鐘信息判斷藍(lán)牙是否發(fā)來校準(zhǔn)指令，有則執(zhí)行程序處理如果沒有那就直接進(jìn)行時(shí)鐘信息的顯示實(shí)現(xiàn)循環(huán)。4.3時(shí)鐘顯示子程序4.4動(dòng)畫顯示更新子程序Stm32不僅需實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)屏幕顯示，同時(shí)還要接受藍(lán)牙無線發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，經(jīng)過解析后的數(shù)據(jù)識(shí)別在Flash數(shù)據(jù)儲(chǔ)存中找到對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容，stm32單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理后經(jīng)由將電信號(hào)發(fā)送到LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)電路，之后在LED屏上進(jìn)行顯示。之后繼續(xù)檢測(cè)藍(lán)牙通信的狀態(tài)如果還有發(fā)送的指令則執(zhí)行新指令，進(jìn)行循環(huán)。4.4圖畫顯示更新子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試過程5.1硬件調(diào)試本次設(shè)計(jì)采用多功能板進(jìn)行硬件焊接，在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)可以直觀地看出是否有焊接與電路連接問題，并較為方便的進(jìn)行修改，而硬件調(diào)試主要分為幾個(gè)重要步驟。首先檢查線路的連接情況，用萬(wàn)用表對(duì)線路的完好情況進(jìn)行檢測(cè)，如果出現(xiàn)阻止過小、短路或開路等錯(cuò)誤。再用的數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源對(duì)電路進(jìn)行此整體檢查看是否存在問題。線路完好是系統(tǒng)可以運(yùn)行的最基礎(chǔ)的保障，同樣只有確保這部分沒有問題才可以進(jìn)行下一步。在用數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源對(duì)電路檢測(cè)完后立刻對(duì)電路各元器件進(jìn)行檢查看是否存在嚴(yán)重發(fā)熱的情況如果有嚴(yán)重發(fā)熱的情況立刻切斷電源，對(duì)相應(yīng)的元器件進(jìn)行檢查排除問題。沒問題后則需要接通電源對(duì)各模塊的電壓進(jìn)行檢測(cè)看是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓。在電路板沒有問題后再需要向系統(tǒng)下載一段測(cè)試程序若無法下載或連接則表明芯片的部分電路出現(xiàn)問題也可能是晶振電路復(fù)位電路。若沒有問題則將系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)