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基于单片机控制的多功能广告牌的设计.doc
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基于单片机控制的多功能广告牌的设计.doc
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I
目 录
1 选题背景 .....................................................................................................................................1
1.1 单片机的发展 ...................................................................................................................1
1.2 广告牌的发展 ...................................................................................................................1
2 方案论证 .....................................................................................................................................1
2.1 单片机芯片 .......................................................................................................................1
2.2 时钟芯片 ...........................................................................................................................2
2.3 显示芯片 ...........................................................................................................................2
2.4 通信总线标准及其接口 ...................................................................................................2
3 过程论述 .....................................................................................................................................3
3.1 单片机最小系统 ...............................................................................................................3
3.2 时钟模块 ...........................................................................................................................3
3.3 温度检测模块 ...................................................................................................................3
3.4 掉电保护模块 ...................................................................................................................3
3.5 通信模块 ...........................................................................................................................4
3.6 显示模块 ...........................................................................................................................4
3.7 报警模块 ...........................................................................................................................4
3.8 按键模块 ...........................................................................................................................4
3.9 电源模块 ...........................................................................................................................4
3.10 系统总体电路图 .............................................................................................................4
3.11 主程序设计 .....................................................................................................................4
3.12 时钟程序设计 .................................................................................................................4
3.13 温度检测程序设计 .........................................................................................................5
3.14 掉电保护程序设计 .........................................................................................................6
3.15 通信程序设计 .................................................................................................................6
3.16 显示程序设计 .................................................................................................................7
3.17 按键程序设计 .................................................................................................................7
4 结论总结 .....................................................................................................................................8
5 设计体会 .....................................................................................................................................8
参 考 文 献 .................................................................................................................................10
附 录 .............................................................................................................................................11
附录 I 系统原理图 ................................................................................................................11
附录 II 主程序.......................................................................................................................12
附录 III 时钟程序 .................................................................................................................13
附录 IV 温度程序 .................................................................................................................20
II
附录 VI 通信程序 .................................................................................................................27
附录 VII 显示程序................................................................................................................31
附录 VIII 按键程序...............................................................................................................36
1
1 选题背景
近几年广告牌的发展越来越迅速,从纸制的布画形式到数字式广告。伴随着电子产品
的发展进步,广告牌从样式和功能上都得到全方位的改善。广告牌已由传统的手绘图纸的
形式向数字式转变,数字广告牌已逐渐成为街景,甚至超越传统广告牌成为城市风景。现
如今,不论是国内还是国外,不论是大型广告牌还是小型广告牌,在设计上越来越讲求它
的自动化和美观性。这些广告牌不仅简单方便,并且具备一些其他的功能。本次设计的内
容是基于单片机控制的多功能广告牌,该广告牌的内容除了实现显示广告外,还具有显示
时间,检测温度,掉电保护,设置时间,设置显示广告内容,温度报警及与计算机通信的
功能。硬件电路设计和软件程序设计均以模块化方式设计,保证它们的通用性,易读性和
易于扩展性。在设计的过程中最重要的是资源的合理利用,干扰的处理,程序的嵌套顺序
及程序的冗杂处理。本设计通过对硬件选型的分析,进行模块化设计和调试,最终实现整
个系统的功能,并进行优化。
1.1 单片机的发展
1974 年,美国仙童(Fairchild)公司研制了世界上第一台单片机 F8。从此单片机开始
迅速发展,应用领域也不断扩大,现已成为微型计算机的重要分支。目前,单片机的主流
仍然是 8 位高性能单片机。其发展具体体现在 CPU 功能增强、内部资源增多、引脚的多功
能化、低电压、低功耗等。单片机的发展是为了满足不断增长的自动检测、控制的要求。
具体体现在传感器接口、各种工业对象的电气接口、功率驱动接口、人机接口、通信网络
接口。这些接口性能的发展体现在高速的 I/O 能力,较强的中断处理能力,较高的 A/D、D/A
性能,较强的位操作能力、功率驱动能力、程序运行监控能力、信号实时处理能力等。总
之,单片机将向高性能、高可靠性、低电压、低功耗、低噪声、低成本的方向发展
[1]
。
1.2 广告牌的发展
随着新科技的不断涌现,广告牌的模式和设计也日新月异,广告牌已由传统的手绘图
纸的形式向数字式转变,数字广告牌已逐渐成为街景,甚至超越传统广告牌成为城市风景。
现如今,不论是国内还是国外,不论是大型广告牌还是小型广告牌,在设计上越来越讲求
它的自动化和美观性。大型广告牌的发展日趋激烈,小型广告牌也在加速渗入到我们生活
的各个角落中,这些广告牌不仅简单方便,并且具备一些其他的功能。小型数字广告牌由
于它的简单小巧,原材料便宜,且适合于多种场合而越来越受到厂商们的青睐。
2 方案论证
2.1 单片机芯片
方案一:MSP430 单片机
MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)公司生产的一种特低功耗的 Flash 微控制器。
MSP430 最大的特点就是超低功耗。程序代码空间 60KB、数据存储空间 2KB,I/O 引脚 48
2
线,片内集成 12 位 A/D,16 位定时器、模拟比较器、串行接口、硬件乘法器等模块
[2]
。
方案二:STC89 系列单片机
STC89 系列单片机是 MCS-51 系列单片机的派生产品。它的主要特性有:5V 工作电
压,操作频率 0~40MHZ;1K 字节 RAM;支持 12 时钟或 6 时钟模式;4 个 8 位 I/O 口,
含 3 个高电流 P1 口,可直接驱动 LED;3 个 16 位定时器/计数器等。
通过比较,选择 STC89 系列单片机,它能够满足设计要求和需要,并且价格便宜。
2.2 时钟芯片
方案一:X1203
X1203 是一个带时钟/日历和两个闹钟的实时时钟芯片。该芯片以秒、分、时、星期、
日、月和年为单位跟踪时间。具有闰年校正功能,并能对小于 31 天的月份自动进行调整。
方案二:DS1302
DS1302 是一种高性能,低功耗,带 RAM 的实时时钟芯片,它可以对年、月、日、星
期、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿功能。采用三线串行数据传输接口与 CPU 进行
同步通信,具有主电源/后备电源双电源引脚。
通过综合比较,由于 DS1302 的电路简单,软件控制容易,故选取 DS1302 芯片。
2.3 显示芯片
显示模块采用液晶显示,常用的显示模块有以下两种。
方案一:通用 LCD1602 液晶片
1602 为字符型 LCD,它具有 40 通道点阵 LCD 驱动。1602 液晶模块内部的字符发生
存储器(CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形,每一个字符都有一个固定的代
码。
方案二:FYD-12864-0402B
FYD-12864-0402B 内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;
其显示分辨率为 128×64,可以显示 8×4 行 16×16 点阵的汉字,也可完成图形显示。低电压
低功耗。
通过综合比较,1602 不能满足设计的需要,故选择 FYD-12864-0402B 液晶模块。
2.4 通信总线标准及其接口
方案一:RS-485 总线标准与接口电路
RS-485 的通信距离为几十米至上千米。它采用平衡发送和差分接收。具有较高的灵敏
度,能检测低至 200mV 的电压
[3]
。
方案二:RS-232C 总线标准与接口电路
RS-232C 采取不平衡传输方式,是为点对点通信而设计的,驱动器负载为 3~7kΩ。
RS-232C 适用于传送距离不大于 15m,速度不高于 20kb/s 的本地设备之间通信的场合
[4]
。
通过综合比较,由于设计中要求的传送距离短,故选择 RS-232 总线标准。
3
3 过程论述
基于单片机控制的广告牌由显示部分、温度检测部分、万年历部分、通信部分、掉电
保护部分和报警部分组成。采用模块化设计,液晶显示,滚动显示广告,广告下方显示日
期、时间和温度;内部可以存储多条广告,并通过按键调整时间和选择要显示的广告;检
测周围温度,并且在温度高于或低于某一值时,报警装置报警;用 E2PROM 芯片来实现掉
电保护功能;与计算机通信,传送日期、时间和温度。该装置屏幕刷新速度快,显示可靠,
性能稳定,控制简单,并且具备多种功能,适用于多种场合。
本次设计的电路原理图在 PROTEL 99SE 环境下制作完成。
3.1 单片机最小系统
本设计采用 STC89C51RC 芯片,由晶振电路和复位电路组成,电路如图 3-1 所示。
图 3-1 单片机最小系统
3.2 时钟模块
时钟模块在这里采用 DS1302,DS1302 需要提供 32.768MHz 的晶振。它有两个电源:
后备电源 Vcc1 和主电源 Vcc2。在本系统中主电源为+5V,后备电源为+3V 电池。
3.3 温度检测模块
温度传感器 DS18B20 只有三个引脚分别为 DQ、VDD、GND。DS18B20 为单线总线,
为保证其正常工作,DQ 必须接一个近似于 5KΩ 的上拉电阻。
3.4 掉电保护模块
在掉电保护模块中,本设计采用的是 24C08 芯片,在连线时,则将芯片的地址引脚接
C1
10uF
R3
10K
S6
SW-PB
X1
X2
RESET
Y1
12M
C2
30P
C3
30p
P1.0(T2)
1
P1.1(T2EX)
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
RST
9
P3.0(RXD)
10
P3.1(TXD)
11
P3.2(INT0)
12
P3.3(INT1)
13
P3.4(T0)
14
P3.5(T1)
15
P3.6(WR)
16
P3.7(RD)
17
XTAL2
18
XTAL1
19
GND
20
P2.0(A8)
21
P2.1(A9)
22
P2.2(A10)
23
P2.3(A11)
24
P2.4(A12)
25
P2.5(A13)
26
P2.6A14)
27
P2.7A15)
28
PSEN
29
ALE/PROG
30
EA
31
P0.7(AD7)
32
P0.6(AD6)
33
P0.5(AD5)
34
P0.4(AD4)
35
P0.3(AD3)
36
P0.2(AD2)
37
P0.1(AD1)
38
P0.0(AD0)
39
VCC
40
U1
STC89C52RC
+5V
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黑色的迷迭香
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