基于单片机控制的无线电子广告牌的设计-毕业设计论文

1、 重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目： 基于单片机控制的无线电子广告牌的设计学 院 名 称 ：学 生 姓 名 ：专 业 ：班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：答辩组 负责人 ：摘 要LED电子广告牌是一种面向公众的信息显示终端，有着非常广泛的民用和商用价值，已经被广泛用于体育场、公交汽车、车站、高速公路、银行、学校、商店等公共场所信息的发布和广告宣传。随着电子产品快速的发展，单片机以其控制功能强、集成度高、低功耗、低电压、可靠性强等特点，被广泛运用和渗透到我们生活的各个领域。本论文就根据目前电子广告牌的发展现状，介绍了一款以STC89C52单片机为核心的无线电子广告牌的系统设计。本

2、次设计的电子广告牌主要为以单片机为控制核心，以无线方式通过串口对数据进行发收，LED点阵屏为终端显示器的无线电子广告牌。本文介绍了无线电子广告牌制作过程中的系统设计方案、芯片选择、电路设计原理和软件设计原理，以及后期的调试过程。目前市场上面已经有了很多种类的电子广告牌，各有各的优缺点。本次设计的广告牌最大的优点便是以无线的方式实现单片机与PC机的通信。打破了传统的有线传输方式，大大的增加了电子广告牌使用的便易程度，提高了产品的市场竞争能力。【关键词】单片机 LED 行驱动 列驱动ABSTRACTWireless electronic billboards, with its simple op

3、eration, functional diversity, the characteristics of low cost, has been widely used in stadium, buses, railway stations, highways, Banks, schools, shops and other public information publishing and advertising. Single-chip microcomputer as its control function is strong, high integration, low power

4、consumption, low voltage, reliability and other characteristics, widely used and penetrated into all areas of our lives. This thesis is based on the present situation of electronic billboards, introduces a STC89C52 MCU as the core of wireless electronic billboard system design.Above the market at pr

5、esent there have been many kinds of electronic billboard, the design of the electronic billboards are mainly based on single chip microcomputer as control core, wireless way to send data, LED dot matrix screen display information of wireless electronic billboard, Wireless electronic billboard manufa

6、cture process were introduced in this paper the system design, chip selection, circuit principle and software design principle.With the development of the society, ordinary electronic billboard has been difficult to meet people now use requirements. The significance of this design mainly is to break

7、 the traditional way of cable transmission, to transmit data in wireless way greatly increases the electronic billboard use of the easy degree, improve the product market competition ability.【Key words】MCU Micro Controller Line drive Column driver LED目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357462795 前 言

8、 PAGEREF _Toc357462795 h 1 HYPERLINK l _Toc357462796 第一章 LED电子广告牌的概述 PAGEREF _Toc357462796 h 2 HYPERLINK l _Toc357462797 第一节 LED电子广告牌的历史 PAGEREF _Toc357462797 h 2 HYPERLINK l _Toc357462798 第二节 LED电子广告牌的主要特点 PAGEREF _Toc357462798 h 2 HYPERLINK l _Toc357462799 第三节 LED电子广告牌使用现状 PAGEREF _Toc357462799 h

9、3 HYPERLINK l _Toc357462800 第四节 LED电子广告牌的发展趋势 PAGEREF _Toc357462800 h 4 HYPERLINK l _Toc357462801 第五节 本设计的意义 PAGEREF _Toc357462801 h 4 HYPERLINK l _Toc357462802 第六节 本章小结 PAGEREF _Toc357462802 h 5 HYPERLINK l _Toc357462803 第二章 系统整体设计思路 PAGEREF _Toc357462803 h 6 HYPERLINK l _Toc357462804 第一节 系统方案 PAGE

10、REF _Toc357462804 h 6 HYPERLINK l _Toc357462805 第二节 方案选择 PAGEREF _Toc357462805 h 7 HYPERLINK l _Toc357462806 一、最小系的统设计 PAGEREF _Toc357462806 h 7 HYPERLINK l _Toc357462807 二、显示模块的设计 PAGEREF _Toc357462807 h 9 HYPERLINK l _Toc357462808 三、无线模块的设计 PAGEREF _Toc357462808 h 11 HYPERLINK l _Toc357462809 第三节

11、本章小结 PAGEREF _Toc357462809 h 13 HYPERLINK l _Toc357462810 第三章 硬件设计 PAGEREF _Toc357462810 h 14 HYPERLINK l _Toc357462811 第一节 最小系统电路设计 PAGEREF _Toc357462811 h 14 HYPERLINK l _Toc357462812 一、复位电路 PAGEREF _Toc357462812 h 15 HYPERLINK l _Toc357462813 二、电源电路 PAGEREF _Toc357462813 h 16 HYPERLINK l _Toc3574

12、62814 三、晶振电路 PAGEREF _Toc357462814 h 16 HYPERLINK l _Toc357462815 四、I/O口连接电路 PAGEREF _Toc357462815 h 17 HYPERLINK l _Toc357462816 第二节 显示模块 PAGEREF _Toc357462816 h 18 HYPERLINK l _Toc357462817 一、LED点阵模块 PAGEREF _Toc357462817 h 20 HYPERLINK l _Toc357462818 二、行驱动模块 PAGEREF _Toc357462818 h 21 HYPERLINK

13、l _Toc357462819 三、列驱动模块 PAGEREF _Toc357462819 h 22 HYPERLINK l _Toc357462820 第三节 无线模块 PAGEREF _Toc357462820 h 23 HYPERLINK l _Toc357462821 一、无线模块电源电路 PAGEREF _Toc357462821 h 23 HYPERLINK l _Toc357462822 二、无线控制核心 PAGEREF _Toc357462822 h 24 HYPERLINK l _Toc357462823 第四节 本章小结 PAGEREF _Toc357462823 h 25

14、 HYPERLINK l _Toc357462824 第四章 软件设计 PAGEREF _Toc357462824 h 26 HYPERLINK l _Toc357462825 第一节 开发软件介绍 PAGEREF _Toc357462825 h 26 HYPERLINK l _Toc357462826 一、Keil C51开发系统概述 PAGEREF _Toc357462826 h 26 HYPERLINK l _Toc357462827 二、Keil C51开发系统整体构架 PAGEREF _Toc357462827 h 26 HYPERLINK l _Toc357462828 三、取字模

15、软件的介绍 PAGEREF _Toc357462828 h 26 HYPERLINK l _Toc357462829 第二节 软件流程 PAGEREF _Toc357462829 h 27 HYPERLINK l _Toc357462830 一、整体程序设计 PAGEREF _Toc357462830 h 27 HYPERLINK l _Toc357462831 二、子程序设计 PAGEREF _Toc357462831 h 28 HYPERLINK l _Toc357462832 第三节 本章小结 PAGEREF _Toc357462832 h 29 HYPERLINK l _Toc3574

16、62833 第五章 系统测试试及问题分析 PAGEREF _Toc357462833 h 30 HYPERLINK l _Toc357462834 第一节 硬件调试 PAGEREF _Toc357462834 h 30 HYPERLINK l _Toc357462835 第二节 软件调试 PAGEREF _Toc357462835 h 30 HYPERLINK l _Toc357462836 第三节 系统测试 PAGEREF _Toc357462836 h 31 HYPERLINK l _Toc357462837 第四节 本章小结 PAGEREF _Toc357462837 h 32 HYPE

17、RLINK l _Toc357462838 结 论 PAGEREF _Toc357462838 h 33 HYPERLINK l _Toc357462839 致 谢 PAGEREF _Toc357462839 h 34 HYPERLINK l _Toc357462840 参考文献 PAGEREF _Toc357462840 h 35 HYPERLINK l _Toc357462841 附 录 PAGEREF _Toc357462841 h 37 HYPERLINK l _Toc357462842 一、英语原文 PAGEREF _Toc357462842 h 37 HYPERLINK l _To

18、c357462843 二、英文翻译 PAGEREF _Toc357462843 h 43 HYPERLINK l _Toc357462844 三、工程图纸设计 PAGEREF _Toc357462844 h 50 HYPERLINK l _Toc357462845 四、程序源代码 PAGEREF _Toc357462845 h 53前 言LED点阵显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显

19、示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。电子广告牌是一种比较常见的信息显示终端，具有非常广泛的商用和民用价值。但是现在很多的LED电子广告牌都是事先将需要显示的信息固化在系统中，这样便失去了信息的实时性，如果需要更换显示内容就会十分麻烦；还有部分LED电子广告牌为了方便更换显示信息采用与微机直接相连的方法，用微机来传送需要改变的信息，这种系统解决了信息更新问题，但由于有线连接，一定程度上制约了系统放置的随意性。本文提出了通过UTC1212无线数传模块实现单片机与PC机通信的新方案，去掉了有线连接的制约条件。实现了对广告牌内容及显示 HYPERLINK :/info.ch

20、ina.alibaba /subject/5890511.html 方式的灵活改变，提高了操作的变易程度。本次设计主要分为三个模块：单片机控制模块，输出显示模块和无线模块。单片机控制模块以单片机为核心，以Kiel为程序编写软件，显示模块主要为16*16 LED点阵通过行驱动和列驱动控制显示信息。无线模块主要为UTC1212的发送机的调制和接收机的解调实现信息的无线传输。第一章 LED电子广告牌的概述第一节 LED电子广告牌的历史2011年全球著名市场研究公司权威尼尔森公司把户外LED显示屏称为继电脑、电视、 之后的“第四屏”。LED电子广告牌作为一种新兴的电子文字动态图点阵显示屏，是处于大众之

21、中可以连续自动发布广告信息的媒体，是在消费最前沿的吸引着万千眼球的广告神器。无论是个体经商户，还是大品牌的厂商都在利用LED电子显示屏来吸引顾客、推广产品、扩大品脾和装饰环境,从而给商家带来更巨大的财富。第二节 LED电子广告牌的主要特点LED显示屏具有耗电量少、寿命长、亮度高、工作性能稳定等优点。在很多领域都得到了比较广泛的运用：比如在机场、码头、广场、银行等公共场所都使用LED显示屏来发布信息1。现在LED显示屏的品种越来越多,从使用场所和亮度考虑可将LED屏分为室内屏和室外屏。从扫描的方式可分为静态扫描显示屏和动态扫描显示屏。LED显示器是单片机应用产品中一种比较常用的物美价廉的输出设备

22、。其主要优点在于可以降低成本，提高稳定性性和容易实现。简易的LED电子广告板设计主要是通过利用单片机控制系统来实现显示汉字，汉字的左右动和上下移动的功能。在我国改革开放以后，随着国民经济的不断增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场需求。从而使得LED显示技术得到了快速发展，LED显示屏幕可以用来显示变化的文字、数字、图像信息，不仅可以用于室内环境，也可以用于室外环境，具有液晶显示屏、电视墙、投影仪无法比拟的长处。同时LED灯与传统日光灯比较有如下优点：1.环保、无污染。普通的日光灯中通常含有大量的水银蒸汽。如果弄破的话水银蒸汽便会挥发到大气之中污染环境。L

23、ED灯不含水银，而且不含铅汞等物质，对环境的污染小。LED灯是公认为的二十一世纪的绿色照明灯。2.高效转换、减少发热。普通灯具在发光过程中会产生大量热量，而LED灯具则是把电能全部转化为光能，不会造成能源的浪费。并且不会使文件、衣物等褪色现象。3.清静舒适、没有噪音。LED灯具工作时不会发出噪音，在使用精密仪器的场所视为上上之选。也适用于图书馆、办公室之类的比较安静的场所。4.光线柔和、不伤眼睛。普通的日光灯是直接使用交流电，所以每秒钟会产生100-120次的闪烁，对眼睛有一定的伤害。LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生频闪现象。无紫外线、不吸引蚊虫。LED灯具工作时不会发出紫外线，

24、因此不会像普通灯具那样引来许多蚊虫围绕在灯源旁边。室内会变得更加干净整洁。可调电压。普通的日光灯通常需要利用镇流器释放的高电压来点亮的，当电压不足时则无法点亮。而LED灯具能够在一定范围的电压之内工作，还能调整亮度。节省能源、寿命更长。在相同的发光程度下，LED灯的耗电量不到普通灯的三分之一，寿命也是普通灯具的10倍左右，可以长时间使用而无需更换，减少人工及其他费用，更为适合使用于较难更换的场所。坚固牢靠、长久使用。LED灯的体自身使用的是环氧树脂而非普通的玻璃，更为坚固牢靠，即便掉到地板上也不会轻易被摔坏，可以放心使用，这样更便于运输。LED点阵电子显示屏是集计算机技术、微电子技术、信息处理

25、技术于一体的大型综合显示屏系统。本系统采用的是16*32 LED点阵图文显示屏。显示文字和各种常见字符信息，可较为广泛的应用于各种场所。具有安装方便、结构简单、图案清析、字型美观等特点。采用高性能单片机控制达到性能稳定，可靠性高的特点，有掉电保护功能，同时可以完全脱机运行。较大的屏幕显示系统一般都是由多个小的LED点阵模块搭建组合而成的，每一个小模块都拥有自己独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可。这种方法既简单又具有易展、易维LED电子广告牌应用。第三节 LED电子广告牌使用现状“激情盛会，和谐亚洲”，于2010年11月12日至27日在中国广州举办的第16

26、届亚洲运动会开幕。在广州海心沙岛亚运会开闭幕式的主场，坐落着四艘气势磅礴的“亚运之舟”，分别利用上下两块大型LED风帆组成一艘船，共用八块风帆并列组成了开闭幕式的舞台背景。每块LED风帆屏宽达30米，安装高度达86米，显示面积达8000于平米，是当今世界显示面积最大的LED显示屏。当今LED显示屏有PH10、PH12、PH16、PH20、PH25、，可以播放多种视频，还可显示图文信息，影像画面清晰，可显示各种计算机信息、图画、图形以及二、三维动画等，并具有同步显示功能。可应用于大型广场、税务、金融、工商、体育、邮电、厂矿企业、户外广告、大型体育场馆、教育系统、交通运输、机场、码头、车站、医院、

27、商场百货大楼、宾馆大厦、银行、演唱会现场、建筑市场、证券市场、拍卖行、酒店会议室、工业企业管理和其它公共场所。第四节 LED电子广告牌的发展趋势随着社会的发展，广告牌跟着经历了雕刻、印刷、电子等形式的发展。广告牌在如今的生活中已是随处可见，可以说广告牌具有很广阔的市场前景。其中LED显示屏是一个新起的显示技术，由于LED的本身特征决定了它可以作为最理想的光源去替代传统的光源，同时它有着广泛的用途。LED灯是被封装在环氧树脂里面的一块很小的芯片2。所以它非常小非常轻；LED耗电量非常低，一般来说LED的工作电流是，工作电压是，这就表明它没小时消耗的电量不超过；使用寿命长，在额定的工作电流和电压下

28、，LED灯的使用寿命可长达10万小时；高亮度、低热量、环保，LED灯是由无毒材料做成，不像荧光灯那样含水银会造成环境污染，而且LED灯还可以回收再利用；坚固耐用，LED灯是被完全封装在环氧树脂里面的，它比荧光灯管和灯泡都要坚固，灯体内也不会有松动部分，这使得LED灯不易损坏3。 这些特点使得LED显示屏受到市场的青睐。但是目前由于LED显示屏造价比较昂贵，主要用于比较高档的场所，主要集中在城市的繁华场所，作为多媒体广告的一部分。单双色LED显示屏主要应用于交通,高速公路,银行、证券交易等金融场所。以后随着人们生活水平的提高，户外LED显示屏将逐渐应用于各个行业。第五节 本设计的意义目前LED屏

29、已经得到了比较广泛的应用，但由于它的造价比较高昂，主要还是用于比较高昂的场所。本次设计主要运用单片机集成度高，价格低廉的特点，采用以SCT89C52单片机为核心的电子广告牌设计，降低其造价。同时，现在很多LED显示屏的能容为一开始就固化在单片机里面的，使得在需要改变其显示内容的时候变得很麻烦。而有一部分的LED显示屏通过与电脑连接，可以比较方便的改变其显示内容，可是连接线路制约了设备的使用环境和摆放形式。为了方便更换显示内容和设备摆放，本设计采用UTC1212无线数传模块作为发射机和接收机，建立PC机与单片机通信，简化了电子广告牌的操作难度和设备安装难度，提高了其市场竞争力。第六节 本章小结本

30、章主要对LED电子广告牌的历史背景和发展趋势做出了简要的介绍，讲解了LED点阵的优缺点，以及通过对LED点阵优点的讲诉表明了LED将成为主流电子广告牌显示器的必然趋势。本章还简单提及了本次设计的意义。第二章 系统整体设计思路第一节 系统方案基于单片机控制的无线电子广告牌设计，首先要考虑到电子广告牌的基本功能，及通过LED点阵显示屏显示使用者所希望显示的广告内容。基于单片机的电子广告牌，显示功能有多种。比如只显示固定内容，这样的电子广告牌设计简单，只需要单片机与LED点阵显示模块即可，将需要显示的内容固话在单片机之中，通过一定的程序和电路控制，便可以实现显示功能。这样的电子广告牌在使用时如果需要

31、改变显示内容便会变得十分麻烦；另外就是通过有线连接，将单片机连接到PC机上，通过一定的软甲设计，实现PC机对单片机的控制。这样便可以实现人工实时控制改变LED 屏的显示内容了。但是这样的广告牌由于有线连接线路制约了设备摆放的随意性。为了解决以上电子广告牌的缺点，本次设计的基于单片机控制的无线电子广告牌，本系统采用了无线模式建立单片机和PC机之间的联系，可以实现PC机对单片机的实时控制，使用者可以随时通过PC机发送显示内容给单片机，通过单片机的处理及时改变LED 屏显示内容。达到了可实时更改LED 屏显示内容的目的。同时它利用无线的模式实现PC机对单片机进行控制，去掉了PC机与单片机之间有线连接

32、的制约性，极大的提高了其设施摆放的随意性。其工作流程如图所示。图2.1 系统流程图通过USB接口将无线模块的发射机连接到PC机上面，将接收机连接到单片机的串口上面；在PC机里面利用上位机发送程序里面输入需要发送的信息，通过上位机发送程序解码将输入的信息解码为一个八位数据；发射机将PC机传来的八位数据通过无线串口通信协议发送给接收机；接收机在接收到数据解调过后通过串口发送给单片机；单片机接收到信息过后通过内部程序处理，单片机的相应I/O口输出对应的输出信息；到达控制LED屏显示PC机里输入的信息，实现无线电子广告牌基本功能。第二节 方案选择了解本次设计的具体要求，进行了对基于单片机的无线电子广告

33、牌的初步设计。一个完整无线电子广告牌需要一台上位机PC机，一个用于数据发送的无线模块，一个用于处理信息和控制显示屏的最小系统，一个用于显示信息的显示模块。根据设计要求可以通过多种方案实现系统的功能。但是为了设计出最合理的作品，不能随意选材，每一个模块的器件选择上面都需要非常认真的考虑。在对各种材料的个方面优缺点进行对比之后才能作出正确的选择。下面介绍一下对于每个模块，每个器件的选择原则。一、最小系的统设计设计一个基于单片机控制的无线电子广告牌，需要设计一个合理的最小系统作为其控制核心，而最小系统的设计需要选择一片合理的单片机和设计一个合理的电源电路。1、最小系统电源设计最小系统需要给单片机供电

34、，需要设计一个适合给单片机供电的电源电路。单片机工作电源为5V。对应电源电路的设计作出了两种方案：方案一：采用电脑USB接口直接供电，这样电路设计简单，只需要一个插槽，将正负极分别接到单片机的VCC和GND上面就可以了。为了方便观察是否通电，还可以加一个指示灯电路。由于是USB供电，提供电流小，虽然满足单片机工作条例，但是LED 点阵工作需要较大的电流，可能会达不到稳定工作条件。需要另行设计LED 点阵电源，电路设计复杂。方案二：采用稳压芯片提供稳定5V电源。在选取稳压芯片时考虑到78/79系列产品。78系列为正电压输出，79系列为负电压输出，7805稳压芯片主要用于电压稳定到5V的情况，同时

35、可以提供的稳定输出电流，满足单片机工作条件。但是在使用是如果电源电压过高，稳压管会出现发热的现象，需要较大的散热片，如果电压过高，稳压管会被烧坏。所以电源选择居中的9V电源。综合考虑，为了单片稳定工作，本设计选用方案二。7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5V。2、单片机的选择本设计是以单片机为控制核心的无线电子广告牌，目前市场上单片机的种类繁多，各有有各的优点和适用场所，所以想要选择最适合本设计的单片机需要比较全面的考虑和对比。本人通过单片机的学习了解，作出三种方案：方案一：使用51系列单片机。51系列是应用最广泛的单片机

36、，因为其产品硬件结构合理，指令系统规范。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称为位处理器，它的处理对象不是字或字节而是位4。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，但高电平时无输出能力，可谓有利有弊。故其他系列的单片机(如PIC系列、AVR系列等)对I/O口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或输出，但使用也

37、变得复杂。方案二：使用PIC单片机。PIC单片机CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令(视单片机的级别而定)，属精简指令集。采用Haryard双总线结构，运行速度快(指令周期约160200nS)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期(个别除外)，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点5。该系列单片机的专用寄存器)并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内，即存

38、储体0(Bank0：00-7FH)、存储体1(Bankl：80-FFH)、存储体2(Bank2：100-17FH)、存储体3(Bank3：180-1FFH)。只有5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4个存储体内同时出现。在编程过程中，少不了要与专用寄存器打交道，得反复地选择对应的存储体，也即对状态寄存器STATUS的第6位(RPl)和第5位(RPO)置位或清零。这多少给编程带来了一些麻烦。方案三：使用AVR单片机。AVR单片机其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为

39、单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。AVR的专用寄存器集中在003F地址区间，无需像PIC那样得先进行选存储体的过程，使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为006000DF(AT90S23131)和0060025F(AT90S85l5、AT90S8535)，它们占用的是数据空间的地址，这些片内RAM仅仅是用来存储数据的，通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时，通用寄存器R0一R31就显得不够用；而51系列的通用寄存器多达128个(为AVR的4倍)，编程时就不会有这种感觉。与AVR、PIC相比51单片机的应用最为广泛，由于产品硬件结构比较合理，指令系

40、统相对规范，加上历史悠久，有先入为主的先天优势。世界许多芯片公司都购买了51芯片的核心专利技术，并且在其原有基础上进行了性能上的优化和扩充，使51芯片得到了进一步完善，从而形成了一个庞大的体系，一直到现在仍在不断地翻新。51单片机比其它单片机更适合初学者操作，故本设计选用方案一，采用AT89C52单片机为主控芯片。二、显示模块的设计1、显示屏的选择基于单片机控制的电子广告牌的设计需要设计一块显示终端，用于显示广告内容。而现在市场上比较常见的显示器主要有LCD 液晶显示器和LED 点阵显示器。根据设计的要求初步提出了设计显示屏的两种方案：方案一：本设计主要是为了实现显示汉字和部分图像功能，可以采

41、用LCD液晶显示屏。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm 点阵型液晶模块。它由若干个5*7或者5*11等 HYPERLINK :/baike.baidu /view/545607.htm 点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD4

42、4780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶6。使用液晶显示屏电路简单，易于实现显示功能，但是不够醒目。作为广告牌使用不是最佳选择。方案二：采用LED点阵显示屏。由于每一个汉字都可以通过16*16点阵显示出来，并且16*16 LED点阵可以显示部分图像信息LED点阵亮度充足而且均匀，图像清晰稳定无串扰，显示效果非常理想，16*16点阵模块既可以显示静态的图文信息，也可以通过编程让图文运动起来，方式灵活多样，作为广告牌效果十分明显7。但是使用LED显示屏时，电路设计较为复杂，程序编写也比较麻烦。对比LED与LCD之间，LE

43、D点阵明显有比较好的显示效果，以及其低功耗和丰富的显示效果，能够更好的达到本设计的要求。本设计选用了方案二。2、驱动电路的设计16*16 LED点阵显示系统由4片8*8 LED点阵组成，从理论上来说，不管是显示图像还是文字，只要控制组成这些图形或文字的各个点所在位置对应的LED灯发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16*16的点阵共有256个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按8位的锁存器来计算，16*16的点阵需要256/8=32个锁存器。这个数字很庞大，因为我们仅仅是16*16的点阵，在实际应用中的显示

44、屏往往要大得多，这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。因此在本次设计中的显示屏都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如16行)的同名列共用一套列驱动器。具体就16*16的点阵来说，把所有同l行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起(共阳的接法)，先送出对应第1行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第l行使其点亮一定的时间，然后熄灭；再送出第2行的数据并寄存，然后选通第2行使其点亮相同的时间，然后熄灭；第16行之后，又重新点亮第1行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快(每秒24次以上)，

45、由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。对于LED显示屏的控制需要分为行驱动和列驱动两个部分。LED显示屏可分为共阳极和共阴极，一般采用共阳极电路。所谓共阳极则是将LED点阵的阳极连接在一起组成每一行，阴极连接在一起组成每一列。所以LED点阵的行驱动可以采用译码器来实现。译码器可以由 HYPERLINK :/wiki/%D3%EB%C3%C5 与门或 HYPERLINK :/wiki/%D3%EB%B7%C7%C3%C5 与非门来负责输出。若使用与门，当所有的输入均为高电平时，输出才为高电平，这样的输出称为“高电平有效”的输出；若使用与非门，则当所有的输入均为高电平时，输出才为低

46、电平，这样的输出称为“低电平有效”的输出。对行驱动的设计主要提出了一下两个方案：方案一：驱动LED 显示屏的16行阳极可采用74ls154 4线16线译码器。74ls154译码器虽然功耗大，但是价格比较低。并且为4线16线译码器，仅需一片就可以驱动16*16点阵的16行阳极，电路设计简单，使用方便。方案二：采用两片74ls138 3线8线译码器。可以轻松将两片两片74ls138 译码器进行拓展成为4线16线的译码电路实现对点阵的16行引脚进行信号选通。电路设计不是很复杂。同时74ls138 译码器经常作为储存器的译码电路.对比74ls154和74ls138,74ls138功耗小一些，更易于拓展

47、，更适合于本次设计的需求，且价格方面也要便宜一些，本设计最终选择方案二。驱动LED点阵阴极每一列采用移位寄存器芯片实现。将移位寄存器芯片输入与单片机通信，输出端连接LED点阵的每一列，实现利用单片机给点阵每一列提供低电平信号。在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/635019.htm 数字电路中，用来存放 HYPERLINK :/baike.baidu /view/18536.htm 二进制数据或代码的电路称为 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm 寄存器。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.

48、htm 寄存器是由具有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/87682.htm 存储功能的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/71792.htm 触发器组合起来构成的。一个 HYPERLINK :/baike.baidu /view/71792.htm 触发器可以存储一位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2418160.htm 二进制代码，存放N位二进制代码的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm 寄存器，需用n个触发器来构成。移位 HYPERLINK :/baike.baid

49、u /view/6159.htm 寄存器中的数据可以在移位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/107414.htm 脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。目前常用的集成移位 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm 寄存器种类很多，如74164、74165、74166、74595均为八位单向移位寄存器，74195为四位单向移存器，74194为四位双向移位存器，74198为八位双向移位存器。本设计需要给16*16 LED

50、点阵的16列阴极引脚提供低电平，采用了两片74HC595 8位移位寄存器拓展为16位并行输出。三、无线模块的设计在实际生活中，通常需要搭建一个无线网络，在网络通信原理中，星型连接是最常用的，也是最简单的。最稳定可靠地网络方式。抛去网络通信机制的种种复杂和无聊的术语，从无线芯片自身特点和应用角度出发，软件实现角度上看，星型网络，一般采用轮询机制，按地址轮询或者按频率点轮询。因为搭建通信有两个基本前提8:1、收发地址需要匹配，这好比人和人对话，首先得找对交流对象，否则只能是对牛谈情。2、工作频率需要一致，这也好比人和人对话，首先语言得互通，一个普通的地球人（或中国人）和一个外星人（或外国人）无法直

51、接交流。正因为有以上两个前提条件，就可以面对芯片操作来看也就是软件修改对应的地址寄存器或者频率寄存器，按照一定的顺训切换，某一时刻主机只和其中一个从机节点进行交流，各从节点不用相互冲突。以达到轮询通信的效果。随着通讯技术的发展，无线通讯技术也得到了比较快速的发展。PC机与单片机进行无线通讯可有多种选择，设计初期提出了三种方案。方案一：采用wifi无线通信。随着互联网越来越深入的走进人们的生活，用户对能够随时随地上网的需求越来越迫切，wifi无线通信技术也得到了迅速发展。wifi是无线局域网（Wlan）技术系列标准的商用名称。种。wifi是由AP（Acces Point）和无线网卡组成的无线网络

52、9。AP一般称为网络桥接器或接入点，它是当作传统的无线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC机均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。wifi主要技术优点是无线接入、高速以及远距离传输，其中，可以将Wlan的传输速率由及提供的54Mbps，提高到300Mbps甚至高达600Mbps。在开放性区域通讯距离可达305m，在封闭性区域通讯距离约76m122m。但是由于技术原因，放弃。方案二：采用红外模式传输数据。红外通讯是以红外作为载体传送信息的一种技术。在数据通讯系统中，常用波长为940um的远红外方式。其通讯原理如图所示；在红外数据传输的信号调制方式上,采用脉

53、冲调制的二进制不归零码。这种调制方式比较简单10。编码解码都比较方便，有利于电路简化,红外发射电路如图所示。图2.2 红外通讯原理图图2.3 红外发射电路图由455KHZ的晶振CRY,反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生455KHZ的方波信号。经脉冲分频器74LS92,六分频成为75183KHZ的脉冲信号。再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成38KHZ的方波信号10。由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号,送到与非门74HC00的输入端。与非门的另一输入端接38KHZ的载波信号。输出信号用来控制三极管的开通或关断,从而控制红外发射管发送信息。这样就达到了用串口TX输出的串行数

54、据信号直接调制载波，进行红外数据的传输。方案三：采用UTC1212无线数传。UTC1212模块是高度集成超低功耗半双工微功率无线数据传输模块，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101处理器，采用最新一代高性能射频芯片SX1212。其中SX1212创新的采用高效的循环交织纠检错编码,使抗干扰和灵敏度都大大提高，模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数,二次开发简单方便,当然也可以通过MCU来设置常规参数,工作电压为，适合电池供电,和手持设备应用开发，在接收状态仅仅消耗，有四种工作模式。通过综合对比，由于对wifi技术的学习部到位，红外无线传输的距离短，不能穿墙，

55、传输速率慢。UTC1212综合性能高，价格合理。最终选择方案三。第三节 本章小结本章组要对硬件设计的方案进行了简单的介绍，介绍了系统的整体工作流程，以及对系统所需要的主要元器件的型号的选择和方案的对比都进行了简单的讲解。第三章 硬件设计第一节 最小系统电路设计在本设计，中最小系统为控制核心，该最小系统是基于SCT89C52为核心的控制系统，这个最小系统包含了电源电路，复位电路，晶振电路，LED显示屏和UTC1212与单片机的连接电路。其中电源部分包含了一个lm7805稳压芯片和LED指示灯，晶振部分为Z的无源晶振。lm7805简介（如图所示）。它有3个引脚： 接整流器输出的+电压；为公共地(也

56、就是负极)；就是我们需要的正5V输出电压。图 lm7805本设计的最小系统单片机采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器。采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集合输出管脚相兼容11。STC89C52单片机芯片封装如图所示：图（STC89C52 封装）主要特性如下12：增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。工作电压：（5V单片机）（3V单片机）。工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，

57、实际工作频率可达48MHz。用户应用程序空间为8K字节。片上集成512字节RAM。通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。具有EEPROM功能。具有看门狗功能。共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。通用异步串行口（UART），还

58、可用定时器软件实现多个UART。工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。PDIP封装。一、复位电路单片机的复位电路（如图所示）设计，复位电路由一个复位开关、电容和10K电阻接地组成。与单片机RET引脚相连接，通过复位开关给RET引脚提供一个低电平信号，使单片机复位，恢复初始形态。多用于单片机调试过程。是单片机最小系统必须的电路。图3.3 复位电路复位电路的作用：在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态。这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用哪种类型的单片机总要涉及到单片机复位电

59、路的设计。而单片机复位电路设计的好坏直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统并在实验室调试成功后在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的13。二、电源电路单片机电源电路设计（如图所示），电源电路主要为插口P1接外部直流电源，负极接地，正极通过开关接lm7805输入端，将7805 输出端输出5V稳定电源，接到电路板上需要5V供电的地方。为了方便观察电源电路工作状态设计了指示灯电路。通电时指示灯将会发光。图3.4 电源电路电源电路的工作过程需要从输出采样，然后根据其反馈值调节输出以达到稳压的目的。如果此时没有输出滤波电容，只要因负载变化带

60、来的电压波动频率恰好与稳压电路的调节速率相近时就会产生震荡效应，导致输出失控，所以稳压输出也必须加滤波电容，而且滤波电容也可以进一步增加稳压输出的稳定性。在稳压芯片的输入端接电解电容C1和一个瓷片电容C3，这两个电容是并联关系(如图所示)；大容量的电解电容的作用是滤低频噪声和稳压，而小电容的作用是滤高频噪声和退耦，退耦的目的就是确保电源和地之间有条对于高频信号的低阻抗通路。在稳压芯片的输出端接了一个大容量的电解电容C2和两个瓷片电容C4、C5，他们都是并联关系（如图3.4所示）。大容量的电解电容同样也是为了起到滤低频噪声和稳压的作用，在输出端同种瓷片电容并联使用是为了降低其ESR，ESR越大会