Mario Clock — STM32 + HUB75E 64×64 RGB LED 点阵屏

• 项目概述
• 硬件
  • MCU
  • LED 面板
  • 引脚接线 (mario 工程，标准 HUB75E 映射)
  • 电源
  • 调试器接线
• 软件工作原理
  • 总体架构
  • 动画播放流程 (main.c)
  • TIM2 定时器 (timer.c)
  • HUB75E 显示驱动 (led.c)
    • 数据格式
    • 一次扫描输出过程 (led_display_64x64_rgb222())
    • 4 级灰度实现
  • 系统初始化 (sysinit.c)
  • 马里奥帧数据
• 构建与烧录
  • Keil 工程
  • mario 工程（推荐）
• 调试串口
• 常见问题
• 项目参考

项目概述

在 64×64 RGB LED 点阵屏上播放马里奥动画，同时叠加一个 0–999 循环递增的数字计数器。动画以"来回顾盼"（正放+倒放）方式循环播放，帧切换由定时器中断触发。

项目包含两套工程：

• Keil 工程 — 原始版本，基于 STM32 SPL（标准外设库），使用 ARMCC 编译器
• mario 工程 — 移植版，基于 libopencm3，使用 GCC 工具链，命令行构建

硬件

MCU

项目	Keil 工程	mario 工程
芯片	STM32F103ZE (512K Flash)	STM32F103C8T6 (64K Flash)
晶振	12MHz 外部	8MHz 外部
系统时钟	72MHz (PLL)	72MHz (PLL)
调试接口	SWD (PA13/PA14)	SWD (PA13/PA14)
JTAG	已禁用 (释放 PB3/PB4)	已禁用 (释放 PB3/PB4)

LED 面板

• 类型：64×64 全彩 RGB LED 点阵屏
• 接口：=HUB75E=（2×8 排针，共 16 针）
• 结构：上下半屏独立驱动（R1/G1/B1 驱动上半 32 行，R2/G2/B2 驱动下半 32 行）
• 颜色深度：RGB222（每通道 2 位 = 64 色）

引脚接线 (mario 工程，标准 HUB75E 映射)

所有信号线接在 GPIOB，引脚定义见 =mario/src/led.c:6-19=：

信号	引脚	功能
R1	PB0	上半屏 红色数据
G1	PB1	上半屏 绿色数据
B1	PB2	上半屏 蓝色数据
R2	PB3	下半屏 红色数据
G2	PB4	下半屏 绿色数据
B2	PB5	下半屏 蓝色数据
A	PB6	行地址 bit0
B	PB7	行地址 bit1
C	PB8	行地址 bit2
D	PB9	行地址 bit3
E	PB10	行地址 bit4
CLK	PB11	移位时钟
LAT	PB12	锁存脉冲
OE	PB13	输出使能 (低有效)

*重要*：Keil 工程的引脚映射不同——由于作者的面板 RGB 线序错位，R1/G1/B1 在程序中被调换了顺序（PB0=G1, PB1=B1, PB3=R1）。如果你的面板颜色不对，检查 led.c 中最前面的 LED_x_OUT 宏定义。

电源

LED 面板全白时电流可达 3–5A，*不能*从 STM32 开发板的 3.3V 取电。面板需要独立的 5V 电源供电，控制器和面板 共地 即可。

调试器接线

• 用 ST-Link / CMSIS-DAP / J-Link 等调试器
• 接 4 根线：=3.3V=, GND, PA13(SWDIO), PA14(SWCLK)

软件工作原理

总体架构

┌──────────────────────────────────────────────┐
│ main()                                       │
│   ├─ 系统初始化 (时钟, GPIO, 定时器)           │
│   └─ while(1)                                │
│        ├─ [display_flag=1] 播放一遍动画 + 更新数字 │
│        └─ [display_flag=0] 持续刷新当前帧        │
└──────────────────────────────────────────────┘
                     ▲
                     │ display_flag
                     │ num (0-999)
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ TIM2 中断 (每 10ms)                           │
│   ├─ 计数 100 次 ≈ 1 秒置位 display_flag      │
│   └─ num++, 模 1000                           │
└──────────────────────────────────────────────┘

动画播放流程 (main.c)

动画共有 6 帧（=gImage_Mario_1= 到 =gImage_Mario_6=），播放方式为"来回顾盼"： 1→2→3→4→5→6→[更新数字]→5→4→3→2→1

每帧调用 led_display_64x64_rgb222() 重复 GIF_DELAY_TIME (10) 次，目的是让扫描循环多执行几轮以维持视觉亮度和控制帧率。

当 display_flag==0 时（没有动画需要播放），主循环持续扫描第 1 帧作为"待机画面"，让 LED 保持显示而非黑屏。

TIM2 定时器 (timer.c)

TIM2 是帧更新的"心跳"。配置如下：

参数	值	说明
PSC	7200-1	预分频：72MHz ÷ 7200 = 10kHz
ARR	10000-1	自动重装载：10kHz ÷ 10000 = 1Hz
实际中断频率	每 10ms 一次	—

每次中断中，软件计数器自增。累计 100 次（≈ 1 秒）后置位 display_flag~，同时将 ~num 加 1（模 1000 循环）。主循环检测到 display_flag==1 后播放一整遍动画，然后将其清零。

注意: mario 工程的中断处理方式与 Keil 工程不同。Keil 工程在每次 10ms 中断中都置位 flag（中断频率本身是 10ms），而 mario 工程中用软件计数器 counter 累加到 100 才触发，实际帧切换间隔约 1 秒。

HUB75E 显示驱动 (led.c)

HUB75E 接口的核心是 行扫描 + /移位输出/。64×64 面板被分为上下两个 32 行，同时驱动。

数据格式

图像数据以 RGB222 格式存储，每像素用 2 字节：

• 上半像素：第 1 字节高 4 位 = G[1:0] B[1:0]，第 1 字节低 4 位 + 第 2 字节 = R[1:0]
• 下半像素：存储在数组后半段，格式相同

每个 64×64 的帧占 8192 字节（64×64×2 = 4096 像素 × 2 字节/像素）。

一次扫描输出过程 (led_display_64x64_rgb222())

1. 解码 (led_get_rgb222_pic)：将 RGB222 格式的帧数据解成 RGB 缓冲数组 ~gImage_RGB_up/down[2048][3]~，每通道值 = 0–3（2 位）
2. 数字叠加 (led_num_color_set)：将 4 位数字对应区域的像素挖空（背景透明效果）

3. *扫描输出*：4 级灰度 × 32 行循环：

   • 设置行地址（A/B/C/D/E 五根地址线）
   • 逐像素移位输出 64×6 个颜色位（上下半屏各 RGB 3 位），每个 CLK 脉冲输出一列
   • LAT 锁存脉冲：将移位寄存器数据锁存到输出端
   • OE 脉冲：使能输出，点亮当前行
   • line++ ，进入下一行

4 级灰度实现

灰度通过 PWM 思想 实现：外层循环 grayscale 0→3 共 4 轮。对于每个像素，只有当当前灰度级 < 像素通道值时，才将该颜色引脚置高。例如像素 R=2，则灰度级 0 和 1 时亮，2 和 3 时灭，视觉上就是 50% 占空比的红色。

系统初始化 (sysinit.c)

步骤	说明
时钟	外部 8MHz 晶振 → PLL 倍频至 72MHz
AFIO	使能复用功能时钟，释放 PB3/PB4
JTAG	禁用 JTAG，保留 SWD 调试接口
GPIO	所有 HUB75E 引脚初始化为 50MHz 推挽输出

马里奥帧数据

6 帧动画数据定义在 mario/src/font.c=，每帧 8192 字节的压缩 RGB222 数据，通过 =mario/include/font.h 以 extern 声明导出。

构建与烧录

Keil 工程

1. 用 Keil uVision 打开 1.程序/STM32_LED64X64_Clock_V4.0/example.uvprojx
2. 重要：在 Project Options → C/C++ → Optimization 设为 ~Level 1 (-O1)~（提升帧率）
3. F7 编译
4. F8 下载到芯片

mario 工程（推荐）

依赖：~arm-none-eabi-gcc~, libopencm3, make, openocd

编译：

cd mario/
make

生成文件：=mario_led.elf=, mario_led.bin, mario_led.hex

烧录（使用 OpenOCD，默认 CMSIS-DAP）：

make flash

如果使用 ST-Link，修改 =mario/Makefile:14=：

OPENOCD_INTERFACE = interface/stlink.cfg

调试：

make debug-server   # 终端 1：启动 OpenOCD
make debug          # 终端 2：启动 GDB

调试串口

mario 工程有调试串口：UART1 (PA9=TX, PA10=RX) @ 115200 8N1。启动时会输出 ~=== Mario LED Matrix ===~。

常见问题

• *颜色不对*：检查 led.c 中 R1/G1/B1 的引脚宏定义，不同面板的 RGB 线序可能错位
• *亮度/帧率低*：确保编译优化等级为 -O1~（Keil）或 ~-Os~（GCC）；减少 ~GIF_DELAY_TIME 可加快动画速度但会降低亮度
• *花屏/抖动*：杜邦线过长会导致信号质量问题，建议打 PCB
• *面板不亮*：检查 OE 引脚初始状态是否为 HIGH（关闭输出），以及面板独立供电是否正常

项目参考

原始项目基于以下两篇文章：

1. https://blog.csdn.net/ReCclay/article/details/115307011
2. https://blog.csdn.net/BBFBBFBBFBBFBBF/article/details/114290470