畢業(yè)論文-基于at89c2051單片機(jī)滾動(dòng)式廣告窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于AT89C2051單片機(jī)滾動(dòng)式廣告窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二一一年五月二十六日摘要本文介紹了滾動(dòng)式廣告窗的概念、發(fā)展現(xiàn)狀、控制系統(tǒng)、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以AT89C2051單片機(jī)為核心的滾動(dòng)式廣告窗控制系統(tǒng)原理以及系統(tǒng)的硬件方面的設(shè)計(jì)，其中包括單片機(jī)的型號(hào)、引腳功能介紹，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性、原理及驅(qū)動(dòng)電路圖，超聲波接收與發(fā)射原理及電路圖的設(shè)計(jì)以及語(yǔ)音電路圖的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)各個(gè)部分的功能的理解明確了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，并做出了整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)流程圖，實(shí)現(xiàn)了以AT89C2051單片機(jī)為核心的滾動(dòng)式廣告窗控制系統(tǒng)，通過(guò)超聲波發(fā)射電路和接收電路檢測(cè)廣告窗前有人停留時(shí)，播放語(yǔ)音廣告信息；無(wú)人停留時(shí)，則通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定時(shí)間周期滾動(dòng)顯示窗內(nèi)廣告畫面，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制，提高了廣告宣傳的效果。關(guān)鍵詞廣告窗；AT89C2051單片機(jī)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；超聲波發(fā)射與接收；語(yǔ)音電路。ABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESTHECONCEPTOFROLLINGUPADSWINDOWSDEVELOPMENTSTATUS,CONTROLSYSTEM,FUTURETRENDS,AT89C2051MICROCONTROLLERTOROLLINGUPADSASTHECOREPRINCIPLEOFTHEWINDOWCONTROLSYSTEMANDSYSTEMHARDWAREDESIGN,THESEINCLUDETHETYPESINGLECHIP,PINFEATURES,STEPPERMOTORCHARACTERISTICS,PRINCIPLEANDDRIVINGCIRCUIT,RECEIVINGANDTRANSMITTINGULTRASONICPRINCIPLEANDCIRCUITDESIGNANDSCHEMATICDESIGNOFSPEECH,BYUNDERSTANDINGTHEFUNCTIONOFEACHPARTCLEAROFTHEWHOLESYSTEMWORKFLOW,ANDMAKEAFLOWCHARTOFTHESOFTWARESTRUCTURE,AT89C2051MICROCONTROLLERIMPLEMENTSTHEROLLINGUPADSASTHECORECONTROLSYSTEMOFTHEWINDOW,THEULTRASONICTRANSMITTERANDRECEIVERCIRCUITWHENTHEADSTOTHEWINDOWWASTOSTAY,PLAYAUDIOADVERTISINGINFORMATIONNOBODYSTAYS,THESTEPPERMOTORTHROUGHTHESCMATACERTAINTIMEPERIODWITHINTHEADVERTISINGSCREENSCROLLTHEDISPLAYWINDOW,ROTATINGSTATICADVERTISEMENTSTOACHIEVEAUTOMATICCONTROLOFTHESCREENTOIMPROVETHEEFFECTIVENESSOFADVERTISINGKEYWORDSADVERTISEMENTWINDOW,AT89C2051MICROCONTROLLER,STEPPINGMOTOR,ULTRASOUNDTRANSMITTERANDRECEIVER,ELECTRICCIRCUIT目錄摘要IABSTRACTII1前言111滾動(dòng)式廣告窗的概念和基本特性112滾動(dòng)式廣告窗的控制系統(tǒng)及基本工作過(guò)程213滾動(dòng)式廣告窗的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)22系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)53單片機(jī)介紹631單片機(jī)概述632單片機(jī)編程語(yǔ)言的介紹733AT89C2051引腳功能介紹84系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1141步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)11411步進(jìn)電機(jī)的特性11412步進(jìn)電機(jī)的原理和分類11413步進(jìn)電機(jī)的控制原理及驅(qū)動(dòng)電路1142超聲波檢測(cè)部分設(shè)計(jì)14421近距離探測(cè)電路14422超聲波發(fā)射原理15423超聲波接收原理1743語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)175系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2251系統(tǒng)的軟件流程圖2252步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程圖226結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝261前言11滾動(dòng)式廣告窗的概念及基本特性滾動(dòng)式廣告窗也叫換畫燈箱，原理就是利用一套數(shù)字滾動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)畫面間隔轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到在一個(gè)燈箱內(nèi)安裝多幅畫面的效果，配上定時(shí)控制的照明裝置，有的還會(huì)配上LED電子顯示屏，用來(lái)發(fā)布公益信息或增加視覺(jué)上的新引力。滾動(dòng)式廣告窗在同一燈箱上依次可以顯示240幅不同的廣告畫面。廣告畫面可任意增減，更換方便，尺寸可做單面、雙面及多面機(jī)型，亦可因需求制作上下滾動(dòng)或左右滾動(dòng)，可接受非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格定制，尺寸40厘米80厘米到5米6米任意制作。比較有代表性的如新型多畫面滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄，其充分利用了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。新型多畫面滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄具有很強(qiáng)的社會(huì)宣傳的功能是黨和政府重要的輿論宣傳陣地，也是平面媒體新聞二次傳播的載體，報(bào)社通過(guò)為受眾提供免費(fèi)的增值服務(wù)，使讀者又增加了一個(gè)學(xué)習(xí)黨的方針政策的機(jī)會(huì)和了解各類信息的渠道有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和精神文明建設(shè)。因此，設(shè)置新型多畫面滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄既是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和文明程度的標(biāo)志，又是黨和政府?dāng)U大和占領(lǐng)新的輿論陣地的重要舉措；新型多面化滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄具有美化、亮化城市的功能，以其新穎的外觀樣式，絢麗多彩的夜間量化效果，與新的城市規(guī)劃、城市建設(shè)形成了高度的和諧統(tǒng)一。它另一方面給給受眾提供了愉悅的精神生活和靚麗的視覺(jué)感受，極大的豐富了群眾文化的生活，提升了城市的品味和城市價(jià)值，另一方面又提升了城市街道市容風(fēng)貌，營(yíng)造了濃厚的文化氛圍，成為創(chuàng)建文明城市、衛(wèi)生城市的形象工程；新型多畫面滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄具有傳播信息、方便群眾的功能新型多畫面滾動(dòng)式閱報(bào)欄是一座現(xiàn)代城市重要的文化設(shè)施，也是群眾文化生活的一項(xiàng)重要內(nèi)容。閱報(bào)欄建設(shè)一般都是連鎖性的成片設(shè)施，具有一定的規(guī)模型，它的出現(xiàn)為廣大群眾隨時(shí)隨地的在自己的大門口，廣場(chǎng)街頭免費(fèi)閱讀到報(bào)紙，了解各類新的經(jīng)濟(jì)生活信息提供了極大的方便，因此深受廣大群眾的喜愛(ài)，成為聚集讀者群體的重要場(chǎng)所；其具有提升廣告效果的功能，通過(guò)進(jìn)一步擴(kuò)大報(bào)紙和廣告的受眾范圍，是新聞內(nèi)容和報(bào)紙廣告突破了傳統(tǒng)報(bào)紙作為室內(nèi)傳播媒介的局限，從而實(shí)現(xiàn)了廣告效果的最大化，達(dá)到了促使廣告客戶加大對(duì)報(bào)紙廣告的投入的目的；新型多畫面滾動(dòng)燈箱式閱報(bào)欄具有提升保值品牌的功能，中國(guó)報(bào)業(yè)已有賣方市場(chǎng)時(shí)代步入買方市場(chǎng)市場(chǎng)時(shí)代，跑馬圈地發(fā)展浪潮已經(jīng)結(jié)束，開始進(jìn)入一個(gè)品牌競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。通過(guò)分布在城市大街小巷的閱報(bào)欄24小時(shí)不間斷的對(duì)各類受眾的視覺(jué)“提示”，必將在極大程度上拓展報(bào)紙的受眾面，在受眾心目中逐漸形成良好的品牌形象。具有畫面過(guò)幅傳感器接觸不到錫紙報(bào)警保護(hù)功能，性能穩(wěn)定，用不掉畫設(shè)置簡(jiǎn)單，機(jī)電一體化，電子部分采用高精度傳感定位，機(jī)械部分采用主、分動(dòng)轉(zhuǎn)化，自調(diào)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)流暢，能在各種環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，抗干擾能力極強(qiáng)1。12滾動(dòng)手機(jī)廣告窗的控制系統(tǒng)及基本工作過(guò)程滾動(dòng)式廣告窗控制系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C2051、語(yǔ)音電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路組成。1、步進(jìn)電機(jī)控制電路用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)廣告畫面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了廣告畫面的轉(zhuǎn)換功能。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是按步距來(lái)進(jìn)行的，但其步距又很??；因此，控制廣告畫面在窗口內(nèi)定位顯示時(shí)具有很高的精度，只有這樣才能保證廣告窗滾動(dòng)顯示不同廣告畫面時(shí)的質(zhì)量。2、語(yǔ)音電路語(yǔ)音電路用于播放與對(duì)應(yīng)廣告畫面相關(guān)的語(yǔ)音信息，可以在廣告窗顯示對(duì)應(yīng)的廣告畫面時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播放，這樣會(huì)使人們對(duì)廣告的注意和了解加深，同時(shí)加強(qiáng)了廣告的效果。3、超聲波發(fā)射和接受電路超聲波發(fā)射電路是近距離檢測(cè)電路的一部分，它的作用是發(fā)射用于近距離檢測(cè)的源信號(hào)。由于超聲波具有較好的反射性和定向性，超聲波發(fā)射電路是由廣告窗向正面方向發(fā)射超聲波，當(dāng)廣告窗正面有人停留時(shí)，就會(huì)反射超聲波送回至廣告窗；超聲波接收電路是近距離檢測(cè)電路的另外一個(gè)部分，其作用是用于接收廣告窗前停留的人或物所反射回來(lái)的超聲波。反射超聲波被超聲波接收電路接收后就送入到單片機(jī)，從而可以判斷出是否有人停留在廣告窗前。4、單片機(jī)AT89C2051AT89C2051是控制系統(tǒng)的核心部分。其工作包括第一控制超聲波信號(hào)的發(fā)射和超聲波反射信號(hào)的接收；第二根據(jù)超聲波反射的情況決定語(yǔ)音的播放；第三就是控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)廣告窗畫面按一定時(shí)間周期滾動(dòng)從而輸出不同的廣告畫面。滾動(dòng)式廣告窗工作過(guò)程是以單片機(jī)AT89C2051為核心的滾動(dòng)式廣告窗控制系統(tǒng)，通過(guò)超聲波發(fā)射電路和接收電路檢測(cè)廣告窗前是否有人。當(dāng)有人停留時(shí)，則視為其對(duì)廣告牌有興趣，播放當(dāng)前畫面語(yǔ)音廣告信息；無(wú)人停留時(shí)，則通過(guò)單片機(jī)AT89C2051控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)循環(huán)滾動(dòng)顯示窗內(nèi)廣告畫面，從而實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面滾動(dòng)的自動(dòng)控制。13滾動(dòng)式廣告窗的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)1、婚紗影樓、家居裝飾、建筑裝修、設(shè)計(jì)院、規(guī)劃院、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心、橋梁建筑、汽超薄美觀她超薄超輕。外形優(yōu)雅大方。其厚度一般小于3CM，僅是普通燈箱厚度的近十分之一。因而她最大限度地提高了空間利用率，美化了環(huán)境，節(jié)省了運(yùn)輸成本，簡(jiǎn)化了安裝程序，拓寬了應(yīng)用范圍。尤其是對(duì)空間使用要求苛刻的環(huán)境如電梯內(nèi)、公共通道、商場(chǎng)、超市、地鐵、車站等，是超薄燈箱最理想的適用場(chǎng)所。2、展覽館、博物館、圖書館、體育館、美術(shù)館、陳列館、歌劇院、大學(xué)、醫(yī)院、保險(xiǎn)、銀行、證券的裝飾宣傳工程。3、會(huì)議中心、展覽中心、辦證中心、市政工程、百貨公司、連鎖超市、購(gòu)物廣場(chǎng)、珠寶首飾專賣、化妝品連鎖、飲料貿(mào)易、煙酒貿(mào)易、連鎖快餐、藥品連鎖、文具中心、精品中心、家居中心、家電批發(fā)、樂(lè)器專賣等廣告促銷工程。4、市政平面照明系統(tǒng)、廣場(chǎng)地?zé)艄こ?、公園景點(diǎn)介紹工程、地方等會(huì)工程、小區(qū)宣傳欄工程、候車廳工程、銀行自助取款工程、電話亭工程、電力應(yīng)急工程、建筑展示工程、機(jī)場(chǎng)通道工程、地鐵火車站出口工程等。5、酒店、賓館、餐廳、山莊、茶館、西餐廳、咖啡館、美容院、保健院等的墻畫美化工程。發(fā)展趨勢(shì)滾動(dòng)廣告窗是近年來(lái)崛起的一種戶外廣告牌廣告模式，采用微電腦控制轉(zhuǎn)動(dòng)卷軸的方式滾動(dòng)顯示不同的廣告畫面，以達(dá)到動(dòng)感廣告效果，滾動(dòng)廣告燈窗具有畫面切換平穩(wěn)順暢，運(yùn)行安靜的特點(diǎn)，切換時(shí)間可任意設(shè)定。相比傳統(tǒng)的單一平面廣告，會(huì)帶來(lái)更大的受眾面，更多是視覺(jué)沖擊效果，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)更多的生意人群。隨著近幾年技術(shù)的不斷完善和成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性得到了很大的提高，已經(jīng)完全適應(yīng)各種惡劣戶外環(huán)境。滾動(dòng)式廣告窗具有以下幾大技術(shù)特點(diǎn)，這是他得以發(fā)展的立足之本1、采用歐美同步的尖端科技。實(shí)現(xiàn)了全新的動(dòng)感視覺(jué)效果，定時(shí)定格動(dòng)感無(wú)限，代替以往單一畫面，更具有視覺(jué)沖擊力。2、智能畫面。采用微電腦進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)左右，上下的任意滾動(dòng)效果，畫面更換，停留時(shí)間可任意調(diào)整。3、機(jī)電一體化，電子部分采用高精度傳感定位。機(jī)械部分采用主、從動(dòng)轉(zhuǎn)化，自調(diào)設(shè)置，轉(zhuǎn)動(dòng)流暢。4、多畫面大容量，畫面可放置28副，廣告畫面可任意增減，更換方便。5、廣告燈箱可按要求制作吊式、立式及壁掛式，外觀新穎獨(dú)特。美化、亮化環(huán)境，為城市、企業(yè)增添幾分現(xiàn)代色彩。6、滾動(dòng)式廣告窗成本低、效益大。由傳統(tǒng)的單一廣告模式變?yōu)槎喈嬅?，減少了廣告占用位置，在寸土寸金的現(xiàn)代城市，極大地降低了成本，造就更多的成功企業(yè)。7、防水放電裝置，設(shè)定自動(dòng)開機(jī)、關(guān)機(jī)程序，可適應(yīng)不同的惡劣環(huán)境，具有測(cè)電保護(hù)功能，滾動(dòng)廣告燈箱發(fā)展前景。我們都知道，觀眾對(duì)于滾動(dòng)滾動(dòng)的畫面具有更大的興趣，相比單一的平面廣告，會(huì)帶來(lái)更大的受眾面，帶來(lái)更多的生意人群，現(xiàn)在已經(jīng)有很多諸如如購(gòu)物中心、市民廣場(chǎng)、路牌廣告、酒店等捷足先登，利用這種新的媒體廣告方式將多種產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行全面的多樣化的介紹，來(lái)招攬生意，根據(jù)調(diào)查顯示，由于畫面更迭出現(xiàn)，使得行人愿意停下來(lái)觀看的時(shí)間增加了25，如果剛好在畫面滾動(dòng)時(shí)，這種機(jī)會(huì)還會(huì)增加1倍，人們就像停留下來(lái)看一下一幅出現(xiàn)的畫面。這種動(dòng)態(tài)的廣告牌讓產(chǎn)品廣告更接近我們的現(xiàn)實(shí)生活，特別是在人流，車流量比較繁忙的地段，這種廣告牌帶給受眾不同的的感覺(jué)，滾動(dòng)廣告燈箱的特點(diǎn)，不僅起到美化環(huán)境的效果，而且又增加了企業(yè)的銷量，所以由此相信，滾動(dòng)廣告窗一定會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)滾動(dòng)式廣告窗采用單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)輸出多種廣告畫面，并且能自動(dòng)輸出多種廣告畫面，還能自動(dòng)識(shí)別廣告窗前是否有人。若廣告窗前有人，則單片機(jī)控制語(yǔ)音電路播放語(yǔ)音；沒(méi)人時(shí)，單片機(jī)則控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)滾動(dòng)廣告畫面。根據(jù)要求各電路元器件的選型如下1單片機(jī)選用AT89C20511。2近距離探測(cè)電路由超聲波發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，采用一對(duì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的壓電陶瓷片傳感器，其中一個(gè)具有40KHZ發(fā)射功能，另一個(gè)具有40KHZ接收功能。3語(yǔ)音電路中的語(yǔ)音芯片采用ISD1200/1400語(yǔ)音處理集成電路。這種語(yǔ)音芯片內(nèi)部有基準(zhǔn)時(shí)鐘源，控制非常方便。4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用SH20806C，它是一個(gè)內(nèi)部可以自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)的電路。它只要求外部向其提供3種控制信號(hào)步進(jìn)脈沖信號(hào)、方向、控制信號(hào)和脫機(jī)控制信號(hào)。下圖為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖1圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖3單片機(jī)的介紹31單片機(jī)的概述單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELI960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)了300MHZ，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的WINDOWS和LINUX操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有12部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算機(jī)的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱單片微控制器。它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相對(duì)于一個(gè)衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是他的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò)10即可。用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙機(jī)、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是也輸?shù)锚?dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能是要用美國(guó)50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大PCB板。但是如果要使用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可能性。由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)的匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢很多高級(jí)語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化的編程的水平為什么不用呢原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸。對(duì)于家用PC的硬盤來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編語(yǔ)言原始月還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC的也是承受不了的?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已經(jīng)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）、顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)還貸的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其他也要電子開發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)其他可編程邏輯器件上。32單片機(jī)編程語(yǔ)言的介紹欲使單片機(jī)工作，必須給他“下命令”，這里的“命令”稱作指令，單片機(jī)執(zhí)行不同的指令就可以完成不同的操作。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的任務(wù)，單片機(jī)執(zhí)行一兩條指令就可以完成，但是一些復(fù)雜的任務(wù)就需要執(zhí)行很多條指令才可以完成。我們把單片機(jī)執(zhí)行特定任務(wù)的指令的綜合叫做叫做程序。我們編寫這些指令綜合的過(guò)程叫做程序設(shè)計(jì)。我們要單片機(jī)執(zhí)行我需要的什么任務(wù)時(shí)，我們就對(duì)其寫出任務(wù)命令，然后傳達(dá)（編入）給單片機(jī)。要設(shè)計(jì)單片機(jī)程序，除了要了解單片機(jī)指令的含義和用法外，還要掌握指令組合成程序的規(guī)則。就跟我們學(xué)習(xí)英語(yǔ)一樣，我們要學(xué)習(xí)英語(yǔ)的語(yǔ)法和用法規(guī)則，才能說(shuō)好用好流利的英語(yǔ)。單片機(jī)常用的編程語(yǔ)言有機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言（主要是C語(yǔ)言）1機(jī)器語(yǔ)言單片機(jī)是一種大規(guī)模的數(shù)字集成電路，它只能識(shí)別0和1這樣的二進(jìn)制代碼。以前在單片機(jī)開發(fā)過(guò)程中，人們用二進(jìn)制代碼編寫程序，然后再把所編寫的二進(jìn)制代碼程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，單片機(jī)執(zhí)行這些代碼程序就可以完成相應(yīng)的程序任務(wù)。用二進(jìn)制代碼編寫的程序稱為機(jī)器語(yǔ)言程序。在用機(jī)器語(yǔ)言編程時(shí)，不同的指令用不同的二進(jìn)制代碼代表，這種二進(jìn)制代碼構(gòu)成的指令就是機(jī)器指令。在用機(jī)器語(yǔ)言編寫程序的時(shí)候，由于需要記住大量的二進(jìn)制代碼指令及這些代碼代表的功能，很不方便且容易出錯(cuò)，現(xiàn)在基本上很少有人用機(jī)器語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程了。2匯編語(yǔ)言由于機(jī)器語(yǔ)言編程很不方便，人們使用一些有意義并且容易記憶的符號(hào)來(lái)表示不同的二進(jìn)制代碼指令，這些符號(hào)稱為助記符。用助記符表示的指令稱為匯編語(yǔ)言指令，用助記符編寫出來(lái)的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。0111010000000010（機(jī)器語(yǔ)言）MOVA,02H（匯編語(yǔ)言）這兩行程序的功能是一樣的，都是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)00000010送到累加器A中?？梢钥闯?，機(jī)器語(yǔ)言程序要比匯編語(yǔ)言難寫，并且很容易出錯(cuò)。單片機(jī)只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言，所以匯編語(yǔ)言程序要匯編（翻譯）成機(jī)器語(yǔ)言程序，再寫入單片機(jī)中。一般都是用軟件匯編自動(dòng)將匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器指令。3高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言是依賴數(shù)學(xué)語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，在用高級(jí)語(yǔ)言編程時(shí)不用過(guò)多的考慮單片機(jī)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)。與匯編語(yǔ)言相比，高級(jí)語(yǔ)言易學(xué)易懂，而且通用性很強(qiáng)。高級(jí)語(yǔ)言的種類很多，如B語(yǔ)言PASCAL語(yǔ)言C語(yǔ)言和JAVA語(yǔ)言等。單片機(jī)常用C語(yǔ)言作為高級(jí)編程語(yǔ)言。14單片機(jī)不能識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言的程序，因此也需要用編譯器對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序后再寫入單片機(jī)。在以上三種編程語(yǔ)言中，高級(jí)，高級(jí)語(yǔ)言編程較為方便，但實(shí)現(xiàn)相同的功能，匯編語(yǔ)言代碼少，運(yùn)行效率高，另外對(duì)于初學(xué)單片機(jī)的朋友，學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言編程有利于更好的理解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理，也能為以后學(xué)醫(yī)高級(jí)語(yǔ)言編程打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。33AT89C2051引腳功能介紹圖2AT89C2051引腳配置AT89C2051單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與INTELMCS51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此，AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。AT89C2051是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖2所示。與8051相比，AT89C2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對(duì)外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為VCC電源電壓。GND接地。RST復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。P1口8位雙向I/O口。引腳P12P17提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P10和P11需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20MA電流，并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器；P1口引腳寫入“1”后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P3口引腳P30P35與P37為7個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向I/0引腳。P36在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問(wèn)。P3口的輸出緩沖器能接收20MA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口。P3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。3454系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)41步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)411步進(jìn)電機(jī)的特性1步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。2騰龍版步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為75度，一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成。3步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。4改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。412步進(jìn)電機(jī)的原理和分類工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。分類現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為75度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為15度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；混合式步進(jìn)電機(jī)是指綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)。它又分為兩相、三相和五相兩相步進(jìn)角一般為18度，三相步進(jìn)角一般為12度，而五相步進(jìn)角一般為072度。413步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理及驅(qū)動(dòng)原理圖3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)滾動(dòng)式廣告窗是由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)廣告畫面滾動(dòng)顯示的。在系統(tǒng)中，單片機(jī)發(fā)射控制信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，再由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制原理如圖3所示。單片機(jī)的P32用于發(fā)送步進(jìn)脈沖信號(hào)，故和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)端相接；P33用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，所以和驅(qū)動(dòng)電路的方向端相連；P34用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脫機(jī)，故和脫機(jī)端相連。另外，單片機(jī)的電源和驅(qū)動(dòng)電路的4端相連。實(shí)際上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路SH20806C的輸入端1都是和光電耦合器的輸入發(fā)光二極管的負(fù)端相連，從而有3路光電隔離控制信號(hào)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；而輸入端4則和3路光電耦合器的輸入發(fā)光二極管的正極相連，為發(fā)光二極管提供5V電源。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路SH20806C是一個(gè)內(nèi)部可以自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)的電路。它只要求外部向其提供3種控制信號(hào)步進(jìn)脈沖信號(hào)、向控制信號(hào)以及脫機(jī)控制信號(hào)。231步進(jìn)脈沖信號(hào)STEP步進(jìn)脈沖信號(hào)最高頻率為50KHZ，這個(gè)信號(hào)為低電平時(shí)，使驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部光電耦合器的發(fā)光二極管導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路在步進(jìn)脈沖信號(hào)的下降沿時(shí)響應(yīng)工作，脈沖低電平的有效寬度不能小于10S。32方向控制信號(hào)DIR這個(gè)信號(hào)用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向當(dāng)這個(gè)信號(hào)為高電平時(shí)為一種轉(zhuǎn)動(dòng)方向；當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)為反方向。為了保證可靠控制方向，要求方向控制信號(hào)比步進(jìn)脈沖信號(hào)至少提早20S建立。步進(jìn)電機(jī)的初始運(yùn)行方向和電機(jī)接線有關(guān)，把電動(dòng)機(jī)的兩相互換，則可改變電動(dòng)機(jī)的初始運(yùn)行方向。33脫機(jī)控制信號(hào)FREE這個(gè)信號(hào)用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電源的開關(guān)，當(dāng)其為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路切斷步進(jìn)電機(jī)繞組電流，使電機(jī)處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)脈沖信號(hào)不能被響應(yīng)。自由狀態(tài)可顯著降低驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)的功耗和溫升，當(dāng)不用此功能時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以懸空。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為86BYG250BBAFRBC0302的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其相數(shù)為2，步距角為18，靜態(tài)相電流3A，相電阻12，相電感為72MH，轉(zhuǎn)動(dòng)增量為3000GCM2。步進(jìn)脈沖信號(hào)、方向信號(hào)以及脫機(jī)信號(hào)的時(shí)序波形圖如圖5所示圖5步進(jìn)、方向、脫機(jī)信號(hào)波形時(shí)序步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路原理圖6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路原理圖AT89C2051將控制脈沖從P1口的P14P17輸出，經(jīng)74LS14反相后進(jìn)入9014，經(jīng)9014放大后控制光電開關(guān)，光電隔離后，由功率管TIP122將脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動(dòng)作。圖中L1為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。AT89C2051選用頻率22MHZ的晶振，選用較高晶振的目的是為了在方式2下盡量減小AT89C2051對(duì)上位機(jī)脈沖信號(hào)周期的影響。89圖6中的RL1RL4為繞組內(nèi)阻，50電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個(gè)改善回路時(shí)間常數(shù)的元件。D1D4為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)續(xù)流二極管（D1D4）而衰減掉，從而保護(hù)了功率管TIP122不受損壞。在50外接電阻上并聯(lián)一個(gè)200F電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200電阻可減小回路的放電時(shí)間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時(shí)間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。1542超聲波檢測(cè)部分設(shè)計(jì)421近距離探測(cè)電路近距離探測(cè)電路由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，如圖7圖7超聲波發(fā)射和接收電路所使用的傳感器誰(shuí)一對(duì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的壓電陶瓷片，其中的一個(gè)具有40KHZ的發(fā)射功能，另外一個(gè)具有40KHZ的接收功能。根據(jù)雷達(dá)的探測(cè)原理，所有進(jìn)入該探測(cè)電路的探測(cè)范圍的物體都可以將HD1壓電陶瓷片發(fā)射的40KHZ超聲波反射到接收端的HD2壓電陶瓷片上。由AT89C2051單片機(jī)P35端口控制的NE555輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)BG1功率管，再由升壓變壓器T1升壓后驅(qū)動(dòng)HD1壓電陶瓷片向廣告窗前發(fā)射出40KHZ的超聲波信號(hào)。接收電路主要有LM324運(yùn)放組成，首先由兩級(jí)單電源的同相放大器將接收電路中的HD2所接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大，再有下一級(jí)的比較器對(duì)其輸出地幅度進(jìn)行比較，沒(méi)有超過(guò)設(shè)定門限的則被認(rèn)為是無(wú)用信號(hào)；超過(guò)的被認(rèn)為是有用信號(hào)，有用的將被送入單片機(jī)的P37端口進(jìn)行更進(jìn)一步的判定。當(dāng)接收電路接收到設(shè)定數(shù)量的40KHZ的回波脈沖信號(hào)后，即認(rèn)為在廣告窗前有人，則單片機(jī)馬上控制ISD1210語(yǔ)音電路播放出與此時(shí)廣告畫面對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息。直到人離開后才停止播放語(yǔ)音信息，然后恢復(fù)原來(lái)的滾動(dòng)。422超聲波發(fā)射原理超聲波發(fā)射電路由555可控振蕩電路以及超聲波輸出電路組成。555可控振蕩電路的核心是555時(shí)基集成電路。555時(shí)基集成電路之所以用“555”來(lái)標(biāo)志其型號(hào)，是因?yàn)樾酒瑑?nèi)的基準(zhǔn)電壓由3個(gè)誤差極小的5K電阻組成，有很高的分壓精度。555時(shí)基電路之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂腥缦聨讉€(gè)特點(diǎn)（1）555在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路和數(shù)字電路組合而成的。它將模擬功能與邏輯功能兼容為一體，能夠產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩。它拓寬了模擬集成電路的應(yīng)用范圍。（2）該電路采用單電源。雙極型555的電壓范圍為4515V；而CMOS型的電源適應(yīng)范圍更寬，為218V。這樣，它就可以與模擬運(yùn)算放大器、TTL或CMOS數(shù)字電路共用一個(gè)電源。（3）555可獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)定時(shí)電路，并且定時(shí)精度高。（4）555時(shí)基集成電路最大輸出電流達(dá)200MA，帶負(fù)載能力強(qiáng)?？芍苯域?qū)動(dòng)小電機(jī)、喇叭、繼電器等負(fù)載。555時(shí)基集成電路的封裝如圖8所示，一般采用雙列直插式封裝，也有少數(shù)采用TO99型封裝。圖8555時(shí)基電路的封裝555時(shí)基集成電路的等效電路框圖如圖9所示圖9555等效功能框圖從圖9可見(jiàn)，3個(gè)5K電阻組成的分壓器，使內(nèi)部2個(gè)比較器構(gòu)成一個(gè)電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為2/3VDD，下觸發(fā)電平為1/3VDD。在5腳控制端外接一個(gè)參考電源VC，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器A1的輸出同或非門1的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個(gè)或非門組成的RS觸發(fā)器必須用正極性信號(hào)觸發(fā)，因此，加到比較器A1同相端6腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時(shí)，RS觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器A2腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)點(diǎn)位低于A2同相端的點(diǎn)位1/3VDD時(shí)，RS觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。在555電路中，引腳2的觸發(fā)信號(hào)比引腳6的閥值觸發(fā)信號(hào)要優(yōu)先，就是說(shuō)，只要引腳2有低電平1/3VDD輸入，則不論引腳6狀態(tài)如何，都會(huì)把片內(nèi)RS觸發(fā)器置為“1”，這時(shí)或非門2輸出為“0”，故V0輸出“1”。555電路的功能真值表如表1所列表格1555電路的功能真值表引腳2（ERROR）6R4ERROR7Q3V01/3VDD14V截止11/3VDD2/3VDD14V導(dǎo)通01/3VDD2/3VDD14V保持保持狀態(tài)14V導(dǎo)通0根據(jù)555電路的真值表，在圖7超聲波發(fā)射電路中，只單片機(jī)輸入輸出端口P35輸出為低電平，即P350,555的引腳2輸入的電平低于1/3VDD,則555電路只處于VO1狀態(tài)，即其引腳3輸出“1”。當(dāng)P351時(shí)，則有555電路的引腳2輸入電平高于1/3VDD，而同時(shí)P35輸出地高電平經(jīng)R2和W1對(duì)C3充電，當(dāng)C3充電到達(dá)2/3VDD時(shí)，則555的引腳6會(huì)使其內(nèi)部RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使引腳3輸出“0”。同時(shí)，由于引腳7導(dǎo)通接地，則C3的電荷通過(guò)內(nèi)部晶體管BG1放電。當(dāng)C3的電荷放到一定程度，C3的電壓下降到使R2，W1分壓比小于1/3VDD，輸入到引腳2中，則555的引腳3又輸出“1”，同時(shí)，RS觸發(fā)器輸出地“0”信號(hào)使BG截止，C3停止放電。P35送來(lái)的高電平又經(jīng)R2，W1對(duì)C3充電以后過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。顯然，這是一個(gè)震蕩過(guò)程。振蕩頻率由R2，W1和C3的值確定。由此看出第一，單片機(jī)P350時(shí)，555電路輸出靜態(tài)電平，VO1；第二，單片機(jī)P351時(shí)，555電路輸出振蕩信號(hào)，頻率由R2，W1，C3的參數(shù)決定。只要恰當(dāng)選擇這些參數(shù)，可以使555電路輸出40KHZ的超聲波信號(hào)。555電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)通過(guò)功放電路的晶體管BG1放大之后，經(jīng)由變壓器T1耦合給壓電陶瓷片HD1轉(zhuǎn)換成聲波發(fā)射出去。423超聲波接收原理超聲波接收原理非常簡(jiǎn)單，壓電陶瓷片HD2接收反射的超聲波之后，會(huì)產(chǎn)生一定的微弱電壓，這個(gè)電壓由2級(jí)同相的放大器進(jìn)行放大，經(jīng)過(guò)2級(jí)放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)，再和第3級(jí)的給定信號(hào)進(jìn)行比較；當(dāng)超過(guò)給定的比較閥值，則認(rèn)為反射的超聲波是真信號(hào)，否則以為是偽信號(hào)。第3級(jí)比較器產(chǎn)生的40KHZ信號(hào)送到單片機(jī)的P37端。單片機(jī)對(duì)P37端輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)其值足夠大時(shí)，可以認(rèn)為是有人停留在廣告窗前，否則，只是表示有人路過(guò)廣告窗。6743語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音電路的語(yǔ)音芯片采用ISD1200/1400語(yǔ)音處理集成電路。這種語(yǔ)音芯片內(nèi)部有基準(zhǔn)時(shí)鐘源，以單一電源5V供電。只需要少量的外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)錄放音電路。在錄音時(shí)只需一個(gè)按鍵控制，放音時(shí)也只需一個(gè)按鍵控制，所以控制極為方便。另外，采用單片機(jī)的電平也可完成錄放音按鍵的控制功能。在芯片內(nèi)存儲(chǔ)的語(yǔ)音電路可保存100年，芯片的錄放次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次。1ISD1200/1400的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ISD1200/1400系列語(yǔ)音集成電路有4種不同的型號(hào)，如表2所示表格2ISD1200/1400系列語(yǔ)音芯片器件型號(hào)錄放音時(shí)間最大輸入采樣頻率/KHZ通頻帶上線/KHZ分辨率/MSISD1210106427125ISD1212125323150ISD1416168034100ISD1420206427125ISD1200/1400系列語(yǔ)音集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由內(nèi)部時(shí)鐘電路、自動(dòng)增益控制電路、前置放大電路、濾波器、差動(dòng)功率放大電路、電源電路、存儲(chǔ)器EEPROM、地址譯碼電路、存儲(chǔ)控制電路等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示圖11ISD1200/1400芯片結(jié)構(gòu)框圖2ISD1200/1400的封裝引腳及含義ISD1200/1400系列語(yǔ)音芯片在表2中列出4中，每種型號(hào)的最后2位數(shù)字表示語(yǔ)音錄放時(shí)間的長(zhǎng)度。從表中可知，錄放時(shí)間最短的為10S，最長(zhǎng)的為20SISD1200/1400系列語(yǔ)音芯片的封轉(zhuǎn)引腳如圖12所示。它是有28條引腳的雙列直插式芯片。各條引腳的功能含義說(shuō)明如下。圖12語(yǔ)音芯片封裝引腳圖A0A7引腳16,9,10，地址輸入端或控制命令輸入端。A7，A6同時(shí)為高電平時(shí)，A4A0為控制命令；否則，A7AO為地址。DGND引腳12，數(shù)字信號(hào)地線。AGND引腳13，模擬信號(hào)地線。SP,SP揚(yáng)聲器連接端，輸出音頻信號(hào)。V模擬信號(hào)電源，5V。MIC引腳17，話筒輸入端。MICREF引腳18，話筒參考輸入端。AGC引腳19，自動(dòng)增益控制端。ANAIN引腳20，模擬信號(hào)輸入端。ANAOUT引腳21，模擬信號(hào)輸出端。引腳23，語(yǔ)音控制電平觸發(fā)端。當(dāng)該段位低電平時(shí)，芯片進(jìn)入語(yǔ)音周PLAY期；當(dāng)該段為高電平時(shí)，停止放音。引腳24，語(yǔ)音控制脈沖觸發(fā)端。該端輸入由高電平向低電平跳變的下E降沿時(shí)，芯片進(jìn)入語(yǔ)音周期。引腳25，錄音顯示端。該端接發(fā)光二極管，在錄音時(shí)做錄音指示燈。RCLDXCLK引腳26，始終控制端。引腳27，錄音控制端。該端為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入錄音狀態(tài)，錄音期間該端必須保E持低電平。信號(hào)的優(yōu)先級(jí)高于和兩種放音信號(hào)。RCPLAYERCD3ISD1200/1400的應(yīng)用方法ISD1200/1400芯片有2種基本的應(yīng)用方法，即固定地址發(fā)和隨機(jī)地址法。固定地執(zhí)法中，較多使用的固定地址是把A0A7接地，故錄放音都是從存儲(chǔ)器的首地址開始，而錄放音由有關(guān)按鍵進(jìn)行控制。固定地址的錄放音電路如圖13所示圖13固定地址錄放音電路固定地址錄放音電路的工作過(guò)程如下錄音時(shí)只需按下S3鍵，REC電平由高變低，聲音由話筒輸入。同時(shí)由于RECLD端的電平降低，發(fā)光二極管發(fā)光，指示錄音正在進(jìn)行中。松開S3，錄音中止，發(fā)光二極管熄滅。放音可通過(guò)兩種方式控制第一種是電平觸發(fā)控制，即按下S1鍵，此時(shí)端電平由高變低，放音開始。在放音過(guò)程中如果松開S1鍵，端電平PLAYPLAY變高，放音立即中止，否則放音將持續(xù)下去，直至全部信息播完為止。第二種是脈沖觸發(fā)方式，即按下S2鍵，才是在端產(chǎn)生一個(gè)由高到低的電平跳變，期間PLAYE就進(jìn)入放音狀態(tài)，并一直進(jìn)行直至全部信息播完，而不管中間是否松開S2鍵。隨機(jī)地址錄放音電路的錄放音起始地址可以通過(guò)單片機(jī)對(duì)ISD1200/1400系列語(yǔ)音芯片的A0A7進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)。隨機(jī)地址可以選擇芯片中的任意地址。隨機(jī)地址錄放音電路如圖14所示12隨機(jī)地址錄放音電路的工作過(guò)程如下。圖14錄放音電路圖單片機(jī)的P1端口和ISD1200/1400芯片的A0A7對(duì)應(yīng)連接，P31和REC的外接開關(guān)S一端相連，P30則和或相連。模擬語(yǔ)音信號(hào)從MIC和MICPLAYEREF兩個(gè)端口輸入，經(jīng)拾音放大器放大又從ANAOUT端輸出，然后通過(guò)外接耦合電容輸入到ANAIN端，該信號(hào)再經(jīng)適當(dāng)放大后就可被時(shí)鐘信號(hào)采樣存儲(chǔ)到EEPROM中。AGC端一般直接一個(gè)RC積分容器即可，它可使存儲(chǔ)的語(yǔ)音具有良好的重放效果。A7A0端口具有地址編碼和邏輯控制雙重功能。當(dāng)A7，A6都取值為高電平時(shí)，A4，A3，A1，A0，各位用作芯片操作方式控制。A0用作信息檢索控制。例如在放音時(shí)，如果不清楚每段語(yǔ)音的實(shí)際地址，可用A0控制檢索過(guò)程，A0每輸入一個(gè)負(fù)脈沖，地址計(jì)數(shù)器就可跳過(guò)一段，指向下一段的地址。A1用作刪除信息段結(jié)束標(biāo)志的控制位，例如在錄音期間可用A1刪除每段信息中間的結(jié)束標(biāo)志的插入，是全部錄制內(nèi)容只保留最后一個(gè)結(jié)束標(biāo)識(shí)符，以便將來(lái)可以連續(xù)重放。A3可用來(lái)進(jìn)行片內(nèi)信息循環(huán)重放的控制，既可以循環(huán)重放一段，又可以循環(huán)重放全部。A4用于連續(xù)尋址控制，一般情況下芯片放完一段遇上結(jié)束標(biāo)志就要停止，計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)復(fù)位。用A40就可以制止這種復(fù)位過(guò)程，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)信息的連續(xù)播放。A1若與A0聯(lián)用，控制效果更好。當(dāng)A6，A7中有一個(gè)為低電平時(shí)，A7A0用作EEPROM的地址編碼。編碼范圍為00H9FH，共160個(gè)地址碼，對(duì)應(yīng)著160段語(yǔ)音存儲(chǔ)單元。若芯片的錄放時(shí)間為TM，則們段錄放時(shí)間TSTM/160,稱為分辨率。根據(jù)它可以估算出從錄放開始算起的每段語(yǔ)音起始時(shí)間。錄放地址信息都是在有效錄放控制命令下降沿時(shí)寫入片內(nèi)地址鎖存器的，因此可以有選擇地進(jìn)行語(yǔ)音的存儲(chǔ)錄放。因此，在錄音時(shí)，在不同地址內(nèi)，錄入不同廣告畫面對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音；在顯示一幅廣告畫面時(shí)，在單片機(jī)控制下同步放出對(duì)應(yīng)語(yǔ)音。10115系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)51系統(tǒng)的軟件流程圖滾動(dòng)式廣告窗的控制軟件包括3種主要功能步進(jìn)電機(jī)控制功能；超聲波控制及接收功能；語(yǔ)音播放功能。另外還有廣告畫面停留時(shí)間的定時(shí)功能，初始化功能等滾動(dòng)式廣告窗控制軟件框圖如圖15所示圖15控制軟件框圖程序開始執(zhí)行時(shí)，先對(duì)AT89C2051的有關(guān)部件包括定時(shí)器、I/O端口進(jìn)行初始化，接著開始執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)控制，使廣告窗滾動(dòng)顯示一幅新的廣告畫，接著步進(jìn)電機(jī)停止工作，廣告畫靜態(tài)顯示，程序開始定時(shí)，以確定廣告畫靜態(tài)停留的時(shí)間。在定時(shí)過(guò)程中，單片機(jī)控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波，接著程序判別定時(shí)時(shí)間是否結(jié)束，如果沒(méi)有結(jié)束，則去判別是否接收到超聲波的反射信號(hào)，實(shí)際上是檢測(cè)P37的輸入信號(hào)。當(dāng)接收到超聲波信號(hào)并有一定時(shí)間時(shí)，則播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信號(hào)，也就是說(shuō)一幅廣告畫應(yīng)該和一段語(yǔ)音對(duì)應(yīng)，如果沒(méi)有收到超聲波信號(hào)，則不播放語(yǔ)音，此后返回去對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行判別,如果沒(méi)有結(jié)束定時(shí)則重復(fù)上述相關(guān)過(guò)程；如果定時(shí)結(jié)束,則單片機(jī)控制發(fā)射超聲波電路停止工作,然后返回程序開始部分,重新執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)控制,滾動(dòng)翻出一幅新的廣告畫,并靜態(tài)顯示,此過(guò)程不斷執(zhí)行下去,所以,可以循環(huán)顯示若干幅在廣告窗內(nèi)部安裝好的廣告畫。52步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)撥碼開關(guān)KX、KY的不同組合有三種工作方式供選擇方式1為中斷方式P35（INT1）為步進(jìn)脈沖輸入端，P37為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)（PC機(jī)或單片機(jī)）與驅(qū)動(dòng)器僅以2條線相連。方式2為串行通訊方式上位機(jī)（PC機(jī)或單片機(jī)）將控制命令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過(guò)程。方式3為撥碼開關(guān)控制方式通過(guò)K1K5的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)。圖16步進(jìn)電機(jī)控制流程圖當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KR后，AT89C2051先檢測(cè)撥碼開關(guān)KX、KY的狀態(tài)，根據(jù)KX、KY的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。以下給出方式1的程序流程框圖與源程序。在程序的編制中，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)能平滑過(guò)渡，不至于產(chǎn)生錯(cuò)步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位；21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。在正轉(zhuǎn)時(shí)，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時(shí)給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值；在反轉(zhuǎn)時(shí)也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動(dòng)，避免了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。六結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)滾動(dòng)式廣告窗控制部分的研究，主要是以單片機(jī)AT89C2051為控制系統(tǒng)的核心。AT89C2051單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與INTELMCS51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此，AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。該單片機(jī)在此系統(tǒng)中主要控制三個(gè)部分（1）控制超聲波信號(hào)的發(fā)射和超聲波和超聲波反射信號(hào)的接收。由單片機(jī)的P35口控制的NE555輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率管再經(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓后驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片想廣告窗前發(fā)射信號(hào)；接收電路主要由LM324運(yùn)放組成，經(jīng)過(guò)同相放大器將接收到的信號(hào)放大，然后經(jīng)比較器進(jìn)一步判定是否為有用信號(hào)，然后再送入單片機(jī)做進(jìn)一步的判斷。（2）控制語(yǔ)音電路的播放。根據(jù)上一級(jí)單片機(jī)對(duì)超聲波信號(hào)的判斷，如果為有用信號(hào)，則播放與此是廣告畫面相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音廣告；反之則不播放。（3）控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在廣告窗前無(wú)人的情況下，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)廣告窗按一定時(shí)間周期滾動(dòng)輸出不同的廣告畫面。有人的情況下則停止其轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)式廣告窗所要求的功能。實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面滾動(dòng)的自動(dòng)控制，使人們對(duì)廣告的注意和了解加深，同時(shí)加強(qiáng)了廣告的效果。同時(shí)對(duì)單片機(jī)以及其他電子元器件有了更近一步的了解，學(xué)會(huì)了基本電路元器件的選型，進(jìn)一步鞏固了大學(xué)所學(xué)的電子技術(shù)和電工技術(shù)兩門課程所學(xué)的知識(shí)。參考文獻(xiàn)1余永權(quán)ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M北京