帶驅(qū)蚊功能的電子廣告顯示屏設(shè)計(jì)最終版

1、湖南師范大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：帶驅(qū)蚊功能的電子廣告顯示屏設(shè)計(jì)考籍號(hào)： 姓名：李井鋒 專業(yè)：電子工程 指導(dǎo)教師：劉習(xí)春 通訊地址：物理與信息科學(xué)學(xué)院 電話： 07316680646 目 錄摘要··································&

2、#183;····························（3）1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)···················&#

3、183;·································（4）2 單片機(jī)外圍硬件設(shè)計(jì)··············

4、·································（4）2.1 AT89S52 簡(jiǎn)介··············&

5、#183;··································（4）2.2 電源電路設(shè)計(jì)·············

6、····································（5） 2.3 單片機(jī)復(fù)位及時(shí)鐘電路···········

7、······························（6）2.4 電源監(jiān)控電路··················

8、;·······························（7）2.5 點(diǎn)距陣顯示電路················

9、83;······························（8）2.6 74LS154 譯碼電路················&#

10、183;····························（9）3 單片機(jī)串行通信···················&#

11、183;······························（10）3.1 單片機(jī)串行接口·················

12、;·····························（10）3.2 串行接口工作原理··················&

13、#183;·························（10）3.3 幀格式······················&#

14、183;·······························（10）3.4 通信波特率················&

15、#183;·································（11）3.5 電平轉(zhuǎn)換··············&

16、#183;·····································（11）4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)··········&

17、#183;·········································（12）5 超聲波發(fā)生原理······

18、············································（14）6 超聲波功率放大····

19、;··············································（15）7 軟硬件調(diào)試··

20、··················································

21、··（16）8 電路原理圖··············································&

22、#183;·······（17）9 結(jié)束語(yǔ)········································

23、3;·················（18）摘要LED電子廣告顯示屏主要用于顯示各種宣傳信息，它信息含量大，可顯示文字、圖表、動(dòng)畫、圖像等。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有耗電省、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。近年來(lái)LED廣告顯示屏在銀行、郵電、稅務(wù)、機(jī)場(chǎng)、車站、港口、證券市場(chǎng)及醫(yī)院、海關(guān)、體育場(chǎng)、公交車內(nèi)等需要進(jìn)行公告、宣傳的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，目前LED電子廣告顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成

24、為城市信息現(xiàn)代化的標(biāo)志。本設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為核心，為電子廣告顯示提供廉價(jià)解決方案。另外，本設(shè)計(jì)巧妙地與仿生學(xué)相結(jié)合，由單片機(jī)定時(shí)產(chǎn)生的超聲波可對(duì)蚊蟲進(jìn)行驅(qū)擾，在夏天這對(duì)公共場(chǎng)所的衛(wèi)生將有很大的改善，并且綠色、環(huán)保、無(wú)污染。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，LED點(diǎn)陣，串口通信，超聲波 帶驅(qū)蚊功能的電子廣告顯示屏設(shè)計(jì)1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)應(yīng)用AT89S52單片機(jī)對(duì)高亮度LED點(diǎn)距陣顯示屏進(jìn)行控制，顯示的漢字通過(guò)RS232串行接口從計(jì)算機(jī)輸入。操作人員可以在計(jì)算機(jī)上使用文字輸入程序通過(guò)計(jì)算機(jī)的COM口向控制系統(tǒng)輸入需要顯示的文字，即可在LED顯示屏上顯示相應(yīng)的文本。并由單片機(jī)定時(shí)產(chǎn)生超聲波對(duì)蚊蟲進(jìn)行驅(qū)擾?？?/p>

25、體框圖如圖1。89S52單片機(jī)電腦功率放大（超聲波）LED點(diǎn)矩陣RS232串口通信驅(qū)動(dòng)文字輸入程序圖1 系統(tǒng)總體框圖2 單片機(jī)外圍硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89S52簡(jiǎn)介 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。AT89S52和AT89C52相比新增加了以下功能：支持在系統(tǒng)編程ISP，生產(chǎn)及維護(hù)更方便。增加了片內(nèi)看門狗，使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)更堅(jiān)固。雙數(shù)據(jù)指針，使數(shù)據(jù)操作更加快捷、方便。速度更高，最高可使用33MHZ的晶振。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器

26、在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有標(biāo)準(zhǔn)Intel51單片機(jī)所沒(méi)有的功能，如AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52引腳排列圖如圖2。AT89S52主要特性總結(jié)如下1: 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Fl

27、ash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 支持頻率：0Hz33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 圖2 AT89S52引腳圖掉電后中斷可喚醒 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 2.2電源電路設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)需要+5V直流穩(wěn)壓電源。將220V交流電降壓，變壓器選擇15W，次級(jí)電壓為10V，經(jīng)穩(wěn)壓塊后變成AT89S52單片機(jī)需要的+5V直流電源。橋式整流二級(jí)管選擇IN4002，從整流電路來(lái)看，無(wú)論哪種整流電路，它們的輸出電壓都會(huì)有較大的脈動(dòng)成分。而對(duì)于顯示屏的電源，它要求接近

28、理想的直流電壓，因此含有較大脈動(dòng)的電壓作為電源是不合格的，它會(huì)使單片機(jī)工作不正常，并引入很大的交流聲。因此，本電路采取220uF的濾波電容兩次濾波后使整流以后輸出電壓盡量減小其脈動(dòng)成分，保留其直流成分，并采用10000pF瓷片電容進(jìn)行高頻濾波以便接近理想的直流電壓。穩(wěn)壓塊選用三端穩(wěn)壓塊MC7805或LM7805。7805封裝形式和引腳圖如圖3。 圖3 7805引腳圖78系列穩(wěn)壓塊具有限流保護(hù)、內(nèi)部過(guò)熱過(guò)載保護(hù)電路和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能。但有必要預(yù)先采取措施以防使用不慎而使穩(wěn)壓器受損。如圖5所示，在穩(wěn)壓塊輸入與輸出之間跨接保護(hù)二極管D1。當(dāng)輸入端意外接地時(shí)，輸出電容C3可經(jīng)二極管D1放電，防

29、止過(guò)大的電容能量通過(guò)穩(wěn)壓器內(nèi)部放電而受損。輸出電容小于10uF時(shí)，一般不需接保護(hù)二極管。還有一點(diǎn)需特別注意的是穩(wěn)壓塊輸入輸出之間的電壓之差在3V以上，也就是輸入端電壓必須大于8V。電源電路如圖4。圖4 電源電路圖2.3 單片機(jī)復(fù)位及時(shí)鐘電路AT89S52的復(fù)位輸入引腳RST（9腳）為其提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在S52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RST引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RST保持高電平，則S52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST內(nèi)高電平變低電平以后，S52才從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。本電

30、路采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，由一個(gè)10uF的電容和一個(gè)按鈕以及51K歐、22K歐電阻各一個(gè)構(gòu)成。可見(jiàn)本電子鐘的復(fù)位電路兼有自動(dòng)與手動(dòng)的雙重特點(diǎn)！時(shí)鐘電路由2個(gè)30PF的電容和一個(gè)12MHZ的晶體振蕩器組成2。時(shí)鐘及復(fù)位電路如圖5圖5 時(shí)鐘及復(fù)位電路2.4 電源監(jiān)控電路圖6 TL7705       單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)在突然斷電時(shí)，往往使片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)遭到破壞，盡管89S52具有掉電保護(hù)功能，但需要耗費(fèi)大量軟件資源。本設(shè)計(jì)利用TL7705構(gòu)成的電源監(jiān)控電路，使單片機(jī)系統(tǒng)在掉電時(shí)自動(dòng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。TL7705是電源監(jiān)控用集成電路，采用8腳

31、雙列直插式封裝。引腳圖如圖6。本系統(tǒng)需要在系統(tǒng)掉電時(shí)記憶當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，以使電源恢復(fù)后能繼續(xù)從斷電處運(yùn)行，圖7以89S52采用其空閑方式或掉電方式，在備用電池支持下實(shí)現(xiàn)掉電后的數(shù)據(jù)保護(hù)。圖7中R1、C1和74LSO4構(gòu)成單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位電路，備用電池P1及D1、D2實(shí)現(xiàn)掉電時(shí)備用電池的切換。電源正常時(shí)D1不導(dǎo)通，5V直接給單片機(jī)供電，并為電池P1充電，為了減小電池耗電，備用電池只給單片機(jī)供電，保護(hù)片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)，電源掉電后，其他外圍電路的工作電壓僅靠電源電容維持很短的時(shí)間，電位器RW用來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)電壓，范圍為4.54.75V，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，外圍電路的電壓下降到門限設(shè)定電壓時(shí)，可將

32、片外RAM中需要保護(hù)的數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)RAM中，并使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式以完成數(shù)據(jù)保護(hù)，為了保證單片機(jī)有足夠的處理時(shí)間，取檢測(cè)電壓為4.75V，當(dāng)電源電壓降至4.75V時(shí)，TL7705由RESET反向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)（INTO反）。單片機(jī)運(yùn)行到一個(gè)可斷斷點(diǎn)后相應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)程序中保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，使單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。 2.5 點(diǎn)距陣顯示電路16X16點(diǎn)距陣由256個(gè)發(fā)光二極管組成。8X8點(diǎn)距陣結(jié)構(gòu)圖如圖8。16X16點(diǎn)距陣可由4塊8X8點(diǎn)距陣拼成。在實(shí)際電路中為使在點(diǎn)陣屏上顯示的內(nèi)容沒(méi)有閃爍感，點(diǎn)亮一屏的頻率要大于24Hz，那么點(diǎn)陣一行的時(shí)間就要小于1.5ms。時(shí)間太短就會(huì)對(duì)亮度造成

33、影響。這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)度先可以取一個(gè)大概的值（如1ms），再對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行觀察，如果閃爍感很強(qiáng)就減少每行的點(diǎn)陣時(shí)間。顯示屏亮度以在正常光照條件下能看清漢字。如果感到亮度不足就適當(dāng)增加每行點(diǎn)亮的時(shí)間。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)使得效果最佳。為有效單片機(jī)資源，點(diǎn)陣的16個(gè)行使用譯碼方式，74LS154，列采用單片機(jī)的P0口和P2口直接來(lái)驅(qū)動(dòng)，可有效防止移位時(shí)LED的閃爍與重影。圖8       2.6 74LS154譯碼電路 74LS 154是4-16譯碼器，其管腳如圖9示，A，B，C，D為譯碼的輸入端，值的區(qū)間從0000到1111， Y1Y15

34、是對(duì)應(yīng)A，B，C，D四個(gè)輸入引腳的輸出腳，其中選中的線用輸出低電平，沒(méi)有選中的輸出高電平，G1、G2是使能端，只有輸入相應(yīng)D低電平才能使譯碼器正常工作。74LS154的真值表如表1。圖9表1 74154真值表 3 單片機(jī)串行通信單片機(jī)的串行接口是一個(gè)可編程的全雙工通信接口，通過(guò)軟件編程它既可用作通用異步接收和發(fā)送器使用，也可作同步移位寄存器使用。3.1單片機(jī)串行接口單片機(jī)的串行接口如圖10，它主要由兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF和一個(gè)輸入移位寄存器，以及一個(gè)串行控制寄存器SCON組成。定時(shí)器T1常用做其波特率發(fā)生器。3.2串行接口工作原理發(fā)送數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)送入發(fā)送SBUF，在移位時(shí)鐘控制下，數(shù)據(jù)一位一

35、位發(fā)送，當(dāng)發(fā)送完一幀時(shí)，在TI產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)（人工清0）。接收數(shù)據(jù)：SCON的REN位處于允許接收狀態(tài)，（REN=1），串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到從1變0時(shí)，就認(rèn)定收到起始位。在移位時(shí)鐘的控制下將數(shù)據(jù)送入移寄存器，接收完后將中斷標(biāo)志RI置1。 3.3幀格式： 單片機(jī)有三種幀格式：a、方式0，以8位數(shù)據(jù)為一幀，無(wú)起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。b、方式1以10位為一幀傳輸，設(shè)有1個(gè)起始位“0”、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位“1”。c、方式2和3以11位為一幀，設(shè)有1個(gè)起始位“0”、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)可編程位（第九數(shù)據(jù)西半球）D8和1個(gè)停止位“1”：其幀格式如下，可編程位D8由軟件置“1”或清“0

36、”，該位可作檢驗(yàn)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，每一個(gè)機(jī)器周期發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)，與SMOD無(wú)關(guān)。波特率112fosc方式2的波特率：方式2的波特率與PCON中的SMOD有關(guān)：當(dāng)SMOD0時(shí)，波特率164fosc當(dāng)SMOD1時(shí)，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的波特率由定時(shí)器T1的溢出率與SMOD的值決定：波特率2SMOD/32T1溢出率當(dāng)定時(shí)器T0工作在方式3時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器T1可以工作在方式012三種方式，此時(shí)，T1的溢出直接送串行口。其中：SMOD為PCON寄存器最高位的值； 選用定時(shí)器1方式2工作。 3.5

37、電平轉(zhuǎn)換 單片機(jī)串行口輸入輸出的電信號(hào)為TTL/CMOS電平，而PC機(jī)的串行口輸入輸出的電信號(hào)卻為RS232電平，RS232使用-3V到-5V的電壓表示高電平，使用+3V到+5V的電壓表示低電平。因此單片機(jī)和PC機(jī)串行口不能直接相連，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。普遍的做法是采用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。連接方法如圖11所示，11、12腳接單片機(jī)的串行口，13、14腳接PC機(jī)的串行口。圖11 MAX232芯片電平轉(zhuǎn)換4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件分成上位機(jī)用于輸入文本的串行通信程序及單片機(jī)控制系統(tǒng)主程序兩部分。串行通信程序可采用Delphi在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程，程序采用Delphi的串行通信組件來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與

38、顯示屏控制系統(tǒng)之間的通信。但是為了節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間也可以直接采用通用的串口調(diào)試軟件sscom3.2。 圖12、圖13為通信程序主界面?？刂葡到y(tǒng)主程序框圖如圖14所示，顯示子程序如圖15所示?？刂瞥绦虿捎肅51在計(jì)算機(jī)上編寫，通過(guò)下載線將編寫好的控制程序下載到單片機(jī)中并進(jìn)行調(diào)試。圖12 串口通信調(diào)試程序界面（1）圖13 串口通信調(diào)試程序界面（2） 5 超聲波發(fā)生原理超聲波驅(qū)蚊是運(yùn)用仿生學(xué)原理，利用音響發(fā)出類似蚊子天敵(如蝙蝠、蜻蜓等)發(fā)出的超聲波，制造一個(gè)讓蚊子難以承受的噪音環(huán)境，逼迫蚊子逃走。其發(fā)出的高頻聲波（21K-30KHZ）遠(yuǎn)高于人耳的聽(tīng)力范圍不會(huì)影響人正常工作，根據(jù)需要調(diào)節(jié)音量，可把蚊子嚇

39、個(gè)半死。高頻聲波不是電磁波而是機(jī)械波，所以對(duì)人體、家用電器是無(wú)影響的；加上其頻率高于人耳的聽(tīng)力范圍，所以是聽(tīng)不到的，不會(huì)影響人的聽(tīng)覺(jué)3。超聲波軟件設(shè)計(jì)：利用單片機(jī)P3.3口取反以獲得方波。12M的晶振，一個(gè)機(jī)器周期為1us，超聲波的頻率大于20KHZ，周期小于50us。所以P3.3的取反間隔必須小于25us。超聲波持續(xù)時(shí)間為2552*100*25*106162.5625s約2.7分鐘。超聲波匯編程序如下：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 超聲波功率放大功率放大采用集成電路TDA2822M，最大功率為2W,實(shí)際中可采用幾十上百瓦的大功放，功率越大驅(qū)趕蚊蟲的空間就越大。TDA2822M為8腳雙列直插式封裝，使用TDA28