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1、目 录1 选题背景11.1 单片机的发展11.2 广告牌的发展12 方案论证12.1 单片机芯片12.2 时钟芯片22.3 显示芯片22.4 通信总线标准及其接口23 过程论述33.1 单片机最小系统33.2 时钟模块33.3 温度检测模块33.4 掉电保护模块33.5 通信模块43.6 显示模块43.7 报警模块43.8 按键模块43.9 电源模块43.10 系统总体电路图43.11 主程序设计43.12 时钟程序设计43.13 温度检测程序设计53.14 掉电保护程序设计63.15 通信程序设计63.16 显示程序设计73.17 按键程序设计74 结论总结85 设计体会8参 考 文 献10
2、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附录VI 通信程序27附录VII 显示程序31附录VIII 按键程序36I1 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
3、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
4、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
5、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线，片内集成12位A/D，16位
6、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040MHZ；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：X1203X1203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：DS130
7、2DS1302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-12864-0402BFYD-
8、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12864，可以显示84行1616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37k。RS-232C适用于传送距离不大于15m，
9、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 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
10、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5K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
11、将芯片的地址引脚接地，默认为0。写保护引脚WP接地，允许器件进行正常的读/写操作。串行时钟SCL与串行数据/地址SDA引脚与单片机相连，用于产生时钟及发送和接收数据。3.5 通信模块通信部分的连接器采用DB-9连接器。利用MAX232芯片完成TTL到EIA的双向电平转换。3.6 显示模块在显示数据前，要先确定显示数据的坐标。在显示广告时，会出现两个问题：一是循环显示广告时，广告的末尾自动添加为最后一个字的内容；二是广告内容与其它行的内容重叠。在本次设计中，液晶模块采用12864，液晶模块12864采用并口方式。3号引脚用来调节液晶屏的亮度。19、20号引脚提供背光源。415号引脚与单片机相连，
12、用于数据和指令信息的传输。3.7 报警模块报警部分采用蜂鸣器报警，一端接+5V，另一端接NPN和电阻后与单片机相连。3.8 按键模块 本次设计只有5个按键，故采用独立式按键。3.9 电源模块 电源部分采用交直流电源从电源插座输入，通过7805三端稳压器得到5V的直流电源。J4为DC-005B插座。3.10 系统总体电路图系统总体电路原理图见附录。3.11 主程序设计程序设计采用模块化编程，总体设计思想为：进入主程序后，先设置串口通信的波特率和定时时间，并对液晶屏、时钟芯片进行初始化，之后循环调用显示程序。设置定时中断，每隔20ms扫描一次键盘。主程序见附录。3.12 时钟程序设计时钟模块在这里
13、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。时钟芯片工作前先将掉电保护芯片EPROM中的时间数据初始化到DS1302中，该过程已在主程序中执行。时钟读程序嵌套在显示程序中。时钟信息以BCD码的形式存储在7个时钟/日历写读寄存器内。时钟程序流程图如图3-2所示。时钟程序见附录。 （a）时钟读程序 （b）时钟初始化程序图3-2 时钟程序流程图3.13 温度检测程序设计温度程序嵌套在显示程序中，DS18B20所有的执行都从一个初始化序列开始。在单线端口条件下，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。温度信息以16bit带
14、符号位扩展的二进制补码形式读出。温度检测流程图如图3-3所示。温度程序见附录。图3-3 温度检测流程图3.14 掉电保护程序设计掉电保护程序完成对时间信息和广告信息的保护。掉电保护程序分为读程序和写程序，在本程序中写操作为字节写，读操作为选择性读。掉电保护程序的流程图如图3-4。掉电保护程序见附录。 （a）写程序 （b）读程序图3-4 掉电保护程序流程图3.15 通信程序设计单片机与计算机的通信只是单片机向计算机传送数据。串行口的波特率位1200。发送的一帧信息包括1个起始位0,8个数据位和一个停止位1。数据发送结束时TI由硬件自动置位。通信程序流程图如图3-5所示。通信程序见附录。图3-5
15、通信程序流程图3.16 显示程序设计在显示数据前，要先确定显示数据的坐标。在显示广告时，会出现两个问题：一是循环显示广告时，广告的末尾自动添加为最后一个字的内容；二是广告内容与其它行的内容重叠。为解决这个问题，设置一个算法，当循环显示广告时，在广告的末尾补空格，消除多余的字；将与其它行的内容重叠的信息截除，不显示，避免信息的重叠。显示程序的流程图如图3-6所示。显示程序见附录。图3-6 显示程序流程图3.17 按键程序设计按键为独立式按键，按键的功能依次为KEY1调整时间的选择按键，KEY2加一按键，KEY3减一按键，KEY4停止调整时间按键，KEY5选择广告按键。 按键程序流程图如图3-7所示。按键程序见附录。图3-7 按键程序流程图4 结论总结基于单片机控制的多功
