基于stm32的流水灯Protues仿真设计

原创已于 2025-08-02 12:12:34 修改 · 668 阅读

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#stm32 #嵌入式硬件 #单片机

于 2025-08-02 12:11:47 首次发布

51单片机Protues仿真设计专栏收录该内容

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一、设计概述

商店灯光系统设计是为了商店外的灯光显示。本设计是采用STM32F103C4作为核心元件，利用三个按键作为输入元件和八个二极管LED作为显示元件。其中三个按键分别用于启动、关闭和切换操作，LED显示四种花样作为商店的灯光展示。

二、设计背景

随着物联网技术的发展，商店灯光设计越来越多地采用智能控制系统。这些系统可以调节灯光的亮度、颜色和开关状态，实现节能和提升顾客体验的双重目的。此外，智能系统还能与商店的其他管理系统集成，比如根据客流量、时间或特定事件自动调整照明场景。其核心目的在于革新传统商业照明模式，通过智能化、高效化的设计理念，融合现代科技与美学，同时为企业带来节能减排、管理优化等多重效益，进一步提升品牌形象与市场竞争力。这一系统的设计与实施，不仅是对现有技术的一次重要探索，也是对商店空间未来发展的前瞻性布局。

消费者对购物环境的个性化需求日益增长，促使商店灯光设计趋向定制化。设计师根据商店的品牌形象、商品展示需求以及顾客的心理感受，创造独特且吸引人的照明场景。LED具有高效节能和长寿命的特点，在商店照明中得到广泛应用。结合智能控制系统，通过精确的光量控制进一步减少能源消耗，也成为灯光设计的重要考量。

同时考虑到商店需要频繁调整布局，灯光设计倾向于采用模块化、可选展示效果，便于根据需要快速调整照明布局。商店灯光的设计朝着更加智能、节能、个性化和数据驱动的方向发展，旨在创造既美观又实用，同时符合可持续发展目标的环境[2]。

随着人工智能、物联网等技术的发展，商业空间正朝着更加智慧的方向演进。商店灯光系统设计，是一个集技术创新、用户体验优化、环境友好、管理智能化于一体的综合性解决方案，深刻影响商店环境的多个层面，带来了实质性的经济与社会效益，是商业照明领域一次具有前瞻性和示范效应的实践探索。

三、设计方案

3.1 方案设计

本设计选择STM32单片机作为核心控制元件，按键输入模块为灯光系统的启动、关闭、切换功能，LED灯显示模块有八个LED，用来显示四种不同效果。系统框图如图3.1所示。

3.2 硬件选型和设计

本设计选择STM32单片机，相比于51单片机具有高性能内核，丰富的外设资源，STM32集成了更多的外设，能够满足更复杂的应用需求。更大容量的存储，可以存储更多的程序代码和数据，支持更复杂的软件功能。

型号选择STM32F103C4，一款由意法半导体（STMicroelectronics）生产的基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，属于STM32F103系列，具有高性能、低功耗、丰富的外设集和灵活性。内置高性能的ARM Cortex-M3处理器，支持单周期乘法和硬件除法，最高运行频率通常可达72MHz。设计有多种低功耗模式，适合电池供电设备或对功耗敏感的应用。有丰富的外设，包括通用I/O引脚、定时器、USART/UART (串行通信接口)、SPI (串行外设接口)、I²C (两线接口)、ADC (模数转换器)、DMA控制器等。实时时钟和计时器功能有助于系统的时间管理和定时任务执行。通过串口通信等协议，单片机可以连接各种外部设备，实现数据传输和通信。中断处理机制使得系统能够在需要即时响应的情况下进行中断触发。具有64KB Flash存储器和20KB SRAM，支持宽范围的工作电压，通常为2V至3.6V。

在本设计中，选择发光二极管(LED)作为显示模块的核心组件，其在节能和环保方面具有显著优势。与传统的白炽灯、荧光灯等光源相比，LED灯在转换电能为光能的过程中效率高，能够节省超过80%的电能，并且响应速度快没有延迟。在长时间运行商店的灯光展示，采用LED灯能够大幅度减少电力消耗，降低了运营成本中的电费支出，还符合当前全球节能减排的趋势。

四、软件设计

4.1 按键模块设计

选择PB0、PB1、PB2作为三个按键的输入IO口，start_stop作为启停变量，当按下KEY1启动按钮时，start_stop置1，LED灯亮；当按下KEY2关闭按钮，start_stop置0，LED灯熄灭。cnt作为模式变量，其数值0、1、2、3分别对应四个不同显示效果。当按下KEY3切换按钮，cnt加1，到4时又变为0，即为四种显示效果。按键部分代码如下：

    if(KEY_1 == 1)//开始
    {
	    start_stop = 1;
    }
    if(KEY_2 == 1)//停止
    {
	    start_stop = 0;
    }
    if(KEY_3 == 1)//切换
    {
	    delay_ms(50);//消抖
	    cnt++;
	    if(cnt > 3)
	    {
		    cnt = 0;
	    }
    }

4.2 LED灯显示模块设计

选择PA1到PA8为8个LED灯输出IO口，共阳极接法，当IO口为低电平时，二极管导通，LED灯亮。GPIO_ResetBits函数对IO口置0，GPIO_SetBits函数对IO口置1。当start_stop为1时，LED灯亮，cnt0、1，2，3对应四种显示效果；当start_stop为0时，LED灯熄灭。显示模块代码如下：

    	if(start_stop==1&&cnt==0)
		{
			 GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8);//显示1
		}
		else if(start_stop==1&&cnt==1)
		{
			GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7);//显示2
			GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_8);
		}
		else if(start_stop==1&&cnt==2)
		{
			GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_8);//显示3
			GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7);
		}
		else if(start_stop==1&&cnt==3)
		{
			GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_8);//显示4
			GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7);
			delay_ms(50);
			GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_7);
			GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_8);
			delay_ms(50);
		}
		else if(start_stop==0)
		{
			GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8);//熄灭	
			cnt=0;
		}

五、设计结果验证

选用Proteus进行仿真电路设计。Proteus是一款功能强大的电子设计自动化工具，提供了丰富的电子元器件库和强大的仿真功能，可以对设计的硬件电路和软件程序进行测试和调试。集成了仿真、分析、以及印刷电路板（PCB）设计于一体的全方位软件。

可以在该软件中绘制电路原理图，软件提供了一个包含大量元器件库的环境，覆盖了从基本的电阻、电容到复杂的微控制器、传感器等各种电子元器件。具有多种类型的单片机，包括本设计选择的STM32F103C4单片机，能够在软件内部编写、调试代码并观察单片机及其外设的工作情况。不仅可以仿真单片机，还能与之相连的外围电路一同进行仿真，如按键、LED等，为用户提供了一个接近真实的系统级仿真环境。并支持多种编译器，可以直接在Keil软件中编译和调试代码，无缝集成开发流程。

运行程序，按下启动按钮，LED灯按效果1显示，如图5.1所示。

按下切换按钮。LED灯显示效果2，如图5.2所示。