带驱蚊功能的电子广告显示屏设计最终版.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流带驱蚊功能的电子广告显示屏设计最终版.精品文档.湖南师范大学毕业设计论文题目：带驱蚊功能的电子广告显示屏设计考籍号：910805301843 姓名：李井锋专业：电子工程 指导教师：刘习春 通讯地址：物理与信息科学学院 电话： 07316680646目 录摘要·······························································（3）1 总体结构设计·····················································（4）2 单片机外围硬件设计···············································（4）2.1 AT89S52 简介·················································（4）2.2 电源电路设计·················································（5） 2.3 单片机复位及时钟电路·········································（6）2.4 电源监控电路·················································（7）2.5 点距阵显示电路···············································（8）2.6 74LS154 译码电路·············································（9）3 单片机串行通信··················································（10）3.1 单片机串行接口··············································（10）3.2 串行接口工作原理············································（10）3.3 帧格式······················································（10）3.4 通信波特率··················································（11）3.5 电平转换····················································（11）4 系统软件设计····················································（12）5 超声波发生原理··················································（14）6 超声波功率放大··················································（15）7 软硬件调试······················································（16）8 电路原理图······················································（17）9 结束语··························································（18）摘要LED电子广告显示屏主要用于显示各种宣传信息，它信息含量大，可显示文字、图表、动画、图像等。它采用低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远等特点。近年来LED广告显示屏在银行、邮电、税务、机场、车站、港口、证券市场及医院、海关、体育场、公交车内等需要进行公告、宣传的场合得到了广泛的应用，目前LED电子广告显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化的标志。本设计以MCS-51单片机为核心，为电子广告显示提供廉价解决方案。另外，本设计巧妙地与仿生学相结合，由单片机定时产生的超声波可对蚊虫进行驱扰，在夏天这对公共场所的卫生将有很大的改善，并且绿色、环保、无污染。关键字：单片机，LED点阵，串口通信，超声波 带驱蚊功能的电子广告显示屏设计1 总体结构设计本设计应用AT89S52单片机对高亮度LED点距阵显示屏进行控制，显示的汉字通过RS232串行接口从计算机输入。操作人员可以在计算机上使用文字输入程序通过计算机的COM口向控制系统输入需要显示的文字，即可在LED显示屏上显示相应的文本。并由单片机定时产生超声波对蚊虫进行驱扰。总体框图如图1。89S52单片机电脑功率放大（超声波）LED点矩阵RS232串口通信驱动文字输入程序图1 系统总体框图2 单片机外围硬件设计2.1 AT89S52简介 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。AT89S52和AT89C52相比新增加了以下功能：支持在系统编程ISP，生产及维护更方便。增加了片内看门狗，使用户的应用系统更坚固。双数据指针，使数据操作更加快捷、方便。速度更高，最高可使用33MHZ的晶振。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有标准Intel51单片机所没有的功能，如AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52引脚排列图如图2。AT89S52主要特性总结如下1: 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 支持频率：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 图2 AT89S52引脚图掉电后中断可唤醒 8K 字节在系统可编程看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 2.2电源电路设计AT89S52单片机需要+5V直流稳压电源。将220V交流电降压，变压器选择15W，次级电压为10V，经稳压块后变成AT89S52单片机需要的+5V直流电源。桥式整流二级管选择IN4002，从整流电路来看，无论哪种整流电路，它们的输出电压都会有较大的脉动成分。而对于显示屏的电源，它要求接近理想的直流电压，因此含有较大脉动的电压作为电源是不合格的，它会使单片机工作不正常，并引入很大的交流声。因此，本电路采取220uF的滤波电容两次滤波后使整流以后输出电压尽量减小其脉动成分，保留其直流成分，并采用10000pF瓷片电容进行高频滤波以便接近理想的直流电压。稳压块选用三端稳压块MC7805或LM7805。7805封装形式和引脚图如图3。 图3 7805引脚图78系列稳压块具有限流保护、内部过热过载保护电路和输出晶体管安全区保护功能。但有必要预先采取措施以防使用不慎而使稳压器受损。如图5所示，在稳压块输入与输出之间跨接保护二极管D1。当输入端意外接地时，输出电容C3可经二极管D1放电，防止过大的电容能量通过稳压器内部放电而受损。输出电容小于10uF时，一般不需接保护二极管。还有一点需特别注意的是稳压块输入输出之间的电压之差在3V以上，也就是输入端电压必须大于8V。电源电路如图4。图4 电源电路图2.3 单片机复位及时钟电路AT89S52的复位输入引脚RST（9脚）为其提供了初始化的手段。有了它可以使程序从指定处开始执行，即从程序存储器中的0000H地址单元开始执行程序。在S52的时钟电路工作后，只要在RST引脚上出现10ms以上的高电平时，单片机内部则初始复位。只要RST保持高电平，则S52循环复位。只有当RST内高电平变低电平以后，S52才从0000H地址开始执行程序。本电路采用上电复位和按钮复位，由一个10uF的电容和一个按钮以及51K欧、22K欧电阻各一个构成。可见本电子钟的复位电路兼有自动与手动的双重特点！时钟电路由2个30PF的电容和一个12MHZ的晶体振荡器组成2。时钟及复位电路如图5图5 时钟及复位电路2.4 电源监控电路图6 TL7705       单片机构成的应用系统在突然断电时，往往使片内RAM数据遭到破坏，尽管89S52具有掉电保护功能，但需要耗费大量软件资源。本设计利用TL7705构成的电源监控电路，使单片机系统在掉电时自动保护现场数据。TL7705是电源监控用集成电路，采用8脚双列直插式封装。引脚图如图6。本系统需要在系统掉电时记忆当前现场状态，以使电源恢复后能继续从断电处运行，图7以89S52采用其空闲方式或掉电方式，在备用电池支持下实现掉电后的数据保护。图7中R1、C1和74LSO4构成单片机的上电自动复位和手动按钮复位电路，备用电池P1及D1、D2实现掉电时备用电池的切换。电源正常时D1不导通，5V直接给单片机供电，并为电池P1充电，为了减小电池耗电，备用电池只给单片机供电，保护片内RAM中的数据，电源掉电后，其他外围电路的工作电压仅靠电源电容维持很短的时间，电位器RW用来调节检测电压，范围为4.54.75V，当掉电时，外围电路的电压下降到门限设定电压时，可将片外RAM中需要保护的数据写入片内RAM中，并使单片机进入掉电工作方式以完成数据保护，为了保证单片机有足够的处理时间，取检测电压为4.75V，当电源电压降至4.75V时，TL7705由RESET反向单片机发出中断请求信号（INTO反）。单片机运行到一个可断断点后相应中断，在中断服务程序中保护现场数据，使单片机进入掉电工作状态。 2.5 点距阵显示电路16X16点距阵由256个发光二极管组成。8X8点距阵结构图如图8。16X16点距阵可由4块8X8点距阵拼成。在实际电路中为使在点阵屏上显示的内容没有闪烁感，点亮一屏的频率要大于24Hz，那么点阵一行的时间就要小于1.5ms。时间太短就会对亮度造成影响。这个时间的长度先可以取一个大概的值（如1ms），再对实际电路进行观察，如果闪烁感很强就减少每行的点阵时间。显示屏亮度以在正常光照条件下能看清汉字。如果感到亮度不足就适当增加每行点亮的时间。这样反复调节使得效果最佳。为有效单片机资源，点阵的16个行使用译码方式，74LS154，列采用单片机的P0口和P2口直接来驱动，可有效防止移位时LED的闪烁与重影。图8       2.6 74LS154译码电路 74LS 154是4-16译码器，其管脚如图9示，A，B，C，D为译码的输入端，值的区间从0000到1111， Y1Y15是对应A，B，C，D四个输入引脚的输出脚，其中选中的线用输出低电平，没有选中的输出高电平，G1、G2是使能端，只有输入相应D低电平才能使译码器正常工作。74LS154的真值表如表1。图9表1 74154真值表 3 单片机串行通信单片机的串行接口是一个可编程的全双工通信接口，通过软件编程它既可用作通用异步接收和发送器使用，也可作同步移位寄存器使用。3.1单片机串行接口单片机的串行接口如图10，它主要由两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器，以及一个串行控制寄存器SCON组成。定时器T1常用做其波特率发生器。3.2串行接口工作原理发送数据：数据送入发送SBUF，在移位时钟控制下，数据一位一位发送，当发送完一帧时，在TI产生中断请求信号（人工清0）。接收数据：SCON的REN位处于允许接收状态，（REN=1），串行口采样RXD端，当采样到从1变0时，就认定收到起始位。在移位时钟的控制下将数据送入移寄存器，接收完后将中断标志RI置1。 3.3帧格式： 单片机有三种帧格式：a、方式0，以8位数据为一帧，无起始位和停止位，先发送或接收最低位。b、方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位“0”、8个数据位和1个停止位“1”。c、方式2和3以11位为一帧，设有1个起始位“0”、8个数据位、1个可编程位（第九数据西半球）D8和1个停止位“1”：其帧格式如下，可编程位D8由软件置“1”或清“0”，该位可作检验位，也可作其它用。3.4通信波特率方式0的波特率：在方式0中，每一个机器周期发送或接收一位数据，与SMOD无关。波特率112fosc方式2的波特率：方式2的波特率与PCON中的SMOD有关：当SMOD0时，波特率164fosc当SMOD1时，波特率132fosc在方式2的波特率可用：波特率2SMOD64fosc方式1和方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD的值决定：波特率2SMOD/32T1溢出率当定时器T0工作在方式3时，定时计数器T1可以工作在方式012三种方式，此时，T1的溢出直接送串行口。其中：SMOD为PCON寄存器最高位的值； 选用定时器1方式2工作。 3.5电平转换 单片机串行口输入输出的电信号为TTL/CMOS电平，而PC机的串行口输入输出的电信号却为RS232电平，RS232使用-3V到-5V的电压表示高电平，使用+3V到+5V的电压表示低电平。因此单片机和PC机串行口不能直接相连，必须进行电平转换。普遍的做法是采用MAX232芯片进行电平转换。连接方法如图11所示，11、12脚接单片机的串行口，13、14脚接PC机的串行口。图11 MAX232芯片电平转换4 系统软件设计系统软件分成上位机用于输入文本的串行通信程序及单片机控制系统主程序两部分。串行通信程序可采用Delphi在计算机上进行编程，程序采用Delphi的串行通信组件来实现上位机与显示屏控制系统之间的通信。但是为了节约开发时间也可以直接采用通用的串口调试软件sscom3.2。 图12、图13为通信程序主界面。控制系统主程序框图如图14所示，显示子程序如图15所示。控制程序采用C51在计算机上编写，通过下载线将编写好的控制程序下载到单片机中并进行调试。图12 串口通信调试程序界面（1）图13 串口通信调试程序界面（2）5 超声波发生原理超声波驱蚊是运用仿生学原理，利用音响发出类似蚊子天敌(如蝙蝠、蜻蜓等)发出的超声波，制造一个让蚊子难以承受的噪音环境，逼迫蚊子逃走。其发出的高频声波（21K-30KHZ）远高于人耳的听力范围不会影响人正常工作，根据需要调节音量，可把蚊子吓个半死。高频声波不是电磁波而是机械波，所以对人体、家用电器是无影响的；加上其频率高于人耳的听力范围，所以是听不到的，不会影响人的听觉3。超声波软件设计：利用单片机P3.3口取反以获得方波。12M的晶振，一个机器周期为1us，超声波的频率大于20KHZ，周期小于50us。所以P3.3的取反间隔必须小于25us。超声波持续时间为2552*100*25*106162.5625s约2.7分钟。超声波汇编程序如下：CHAO:MOV R7,#100 MOV R6,#255 MOV R5,#255DL: MOV R4,#11 DJNZ R4,$ CPL P3.3 DJNZ R5,DL DJNZ R6,DL DJNZ R7,DL RET 6 超声波功率放大功率放大采用集成电路TDA2822M，最大功率为2W,实际中可采用几十上百瓦的大功放，功率越大驱赶蚊虫的空间就越大。TDA2822M为8脚双列直插式封装，使用TDA2822须把电压降到8V以下。R1的数值要求不拘，一般选用10k的碳膜电阻。C1可选用0.1uF的涤纶电容，C2为100uF/16V的电解电容。TDA2822集成功放电路常用在随身听、便携式的DVD等音频放音用；功率不是很大但可以满足系统要求，且有电路简单、音质好、电压范围宽等特点，是业余制作小功放的较佳选择。TDA2822M功率放大电路图如图16。图16 超声波功放部分电路图7 软硬件调试 电路板的制作采用多孔板（俗称万能板）直接焊线连接而成。- 在仿真调试阶段，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐模块进行仿真测试，在此基础上逐步集成。在仿真过程中发现错误，采用“分块压缩策略”，快速找到并改正错误；注意在集成过程中出现问题，大多是由于模块间资源使用冲突引起的。当软件模块仿真成功后，可与硬件一起进行在线仿真，此时在调试中出现的问题大多是由于连接线连接错误、虚焊、布线不合理等硬件原因造成的。硬件调试第一步是在电路板加电之前，先用万用表等工具，根据硬件电路设计图，仔细检查线路是否连接正确，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合耍求，应特别注意电源系统的检查，以防止电源的短路和极性错误，并重点检查系统线路是否存在相互之间短路或与其它信号线的短路。第二步加电后检查各括件上引脚的电位，仔细测量各点电平是否正常、尤其应注意89S52插座的各点电位。只要安装无误，硬件方面一般无需过多调试。硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性故障。当软硬件都已经调试成功，按道理说运行肯定成功，然而实际并非如此，仍然有可能出现以下故障：系统不工作，其原因主要有：晶振不起振，可能是晶振损坏或晶振不正常。当使用仿真头进行联机调试时，使用的晶振是仿真器的晶振，用户系统电路板的晶振如有损坏，在调试时并不影响程序的运行。可以采用示波器检测XTAL引脚来检测晶振的好坏。 复位电路有问题，当使用仿真调试时，RESE复位信号肯定是正常的，但脱机运行时，如果系统的复位电路有问题的话，可能不产生复位电平或复位信号不能到达89S52的RESET引脚。 系统工作时好时坏，这主要是干扰引起的，由于本系统没有传感信号输入前和向通道和控制信号输出后向通道，干扰源相对简单，只要在5V输出端再加一个0.01uF瓷片电容进行高频滤波即可4。8 电路原理图9 结束语：该LED电子广告显示屏经过多次实验，达到了预期的效果，但是其智能性和可扩展程度还远远不够，如不能显示简单的图片，不能脱机显示等，这些都需要不断完善。随着电子技术的广泛应用，LED电子广告显示屏在线化、实时化和智能化将成为一种发展趋势，下一步将在此基础上开发综合信息系统，扩充显示信息种类，如:在线显示最新新闻信息、行程信息、网络信息、服务信息等，在公共场所给人们提供更大的方便。 参考文献1 2005年电子报合订本 .四川： 电子科技大学出版社， 20052 张友德.单片微型机原理应用与实验（第四版）.上海：复旦大学出版社，20043 徐宗本.计算智能中的仿生学 . 西安： 科学出版社， 20034王幸之.单片机应用系统抗干扰技术.北京：北京航空航天大学出版社， 2000