摘 要

LED显示屏是一种生活中随处可见的新型信息显示媒体。它能够通过控制发光二极管的工作状态即导通或关断来显示字符，并广泛应用于数字、文字、图像、视频、图表等各种信息的显示。本文针对传统的有线显示屏可移动性差、铺设成本高、传播距离近等缺点，设计了一款基于LoRa模块的无线LED点阵屏。

本文工作主要包含如下几部分：第一，根据设计要求，分析硬件电路所应实现的功能，完成芯片选型、电路连接及性能分析等工作；第二，梳理数据在上位机和下位机之间的传输过程，编写上位机和下位机程序，并在待发送字符前加入帧头实现数据校验；第三，完成PCB电路板绘制，进行上位机及下位机程序调试，实现设计功能。

本次设计采用Visual Studio 2019进行一个简易的串口通信对话框，实现上位机通信，下位机采用Keil MDK开发平台对STM32单片机实现程序控制。本次设计信号失真小，传播速度快，能很好地达到设计要求。

关键词：LoRa无线通信；LED点阵屏；STM32单片机；上位机

Abstract

LED display is a new type of information display media which can be seen everywhere in our life. It can display characters by controlling the working state of LED, i.e. on or off, and is widely used in the display of digital, text, image, video, chart and other information. In this paper, a wireless LED lattice screen based on Lora module is designed to overcome the disadvantages of traditional wired display screen, such as poor mobility, high laying cost and short propagation distance.

This paper mainly includes the following parts: first, according to the design requirements, analyze the functions of hardware circuit, complete the chip selection, circuit connection and performance analysis; second, comb the data transmission process between the upper computer and the lower computer, write the upper computer and the lower computer programs, and add the frame header before the characters to be sent to achieve data verification; third, finish drawing PCB circuit board, debug upper computer and lower computer program, realize the design function.

In this design, visual studio 2019 is used for a simple serial communication dialog box to realize upper computer communication, and keil MDK development platform is used for lower computer to realize program control of STM32 single chip microcomputer. The design signal distortion is small, the transmission speed is fast, and it can meet the design requirements well.

Key Words：LoRa wireless communication；LED screen；STM32 microcontrollers；Upper computer

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要内容及章节安排 2

第2章 系统总体设计 4

2.1 系统总体方案 4

2.2 STM32系列单片机概述 5

2.2.1 STM32简介 5

2.2.2 STM32单片机型号选择 6

2.2.3 单片机引脚使用情况 6

第3章 系统硬件电路的设计与实现 7

3.1 无线发送模块硬件电路设计 7

3.1.1 电平转换电路的设计 7

3.1.2 无线收发芯片Ra-06 8

3.2 无线接收模块硬件电路设计 9

3.2.1 SPI通信简介 10

3.2.2 外部存储器电路设计 10

3.3 LED控制模块硬件电路设计 11

3.3.1 8*8 LED点阵简介 11

3.3.2 4-16线译码器74HC154 12

3.3.3 数据缓存器74HC595 13

3.4 供电电路设计 14

第4章 系统软件的设计与实现 15

4.1 上位机设计 15

4.1.1 上位机显示界面设计 15

4.1.2 上位机程序设计 15

4.2 下位机程序设计 17

4.2.1 数据接收及帧校验 18

4.2.2 Flash存储器寻址 20

4.2.3 发送显示 20

第5章 电路板制作及系统调试 22

5.1 电路板的绘制 22

5.2 电路系统测试 23

5.2.1 上位机测试 23

5.2.2 下位机测试 24

第6章 总结与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

本章将对LED显示屏的发展历史、无线显示屏的研究目的及意义、国内外研究现状及文章主要内容及章节安排做以综合论述。

1.1 研究目的及意义

LED显示屏是由一个个微小的像素点组成的平面式显示屏幕，在LED显示技术刚刚起步时，LED显示屏仅仅适用于显示简单的数字、文本等形状较规则，颜色较单一的字符。随着人们对于这方面的研究的不断深入，LED显示技术得到快速发展并日趋成熟，LED显示屏的显示特性也相应提高。自上世纪90年代改革开放时期以来，随着国民经济的快速发展，绝大部分的公共场所对信息发布的要求越来越高^[1]。而此时，随着LED显示屏在制造水平、技术应用等方面的逐渐成熟，LED显示屏与时代发展需要完美契合，且由于其实时性，准确性，快速性等良好性能在商业传媒、文化演出市场、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等领域均得到了广泛应用。

在无线通信技术还未普及之前，LED显示屏一般通过有线方式进行控制。有线方式，顾名思义就是通过导线实现数据之间的传递。这种数据传输方式传输速度快，信号失真小，可以用来进行高精度的数据传输，但这种方式仅适合在传输距离较小的情况使用。而随着传输距离的增加，有线传输方式的劣势便逐渐显露出来：导线的铺设成本，损耗，布线方式及检修成本等大量额外费用成为无法忽视的问题。因此，无线LED显示屏登上历史舞台。