基于单片机控制的无线电子广告牌的设计(编辑修改稿)

基于单片机控制的无线电子广告牌的设计(编辑修改稿)内容摘要：

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]: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。 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——IEEE。 IEEE。 wifi是由AP（Acces Point）和无线网卡组成的无线网络[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，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76m——122m。 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。 ；在红外数据传输的信号调制方式上,采用脉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,。 红外通讯原理图 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,，适合电池供电,和手持设备应用开发，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，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。 lm7805简介（）。 它有3个引脚： l 接整流器输出的+电压；l 为公共地(也就是负极)；l 就是我们需要的正5V输出电压。 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MCS51指令集合输出管脚相兼容[11]。 ：（STC89C52 封装）主要特性如下[12]：l 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。 l 工作电压：～（5V单片机）/～（3V单片机）。 l 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。 l 用户应用程序空间为8K字节。 l 片上集成512字节RAM。 l 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。 l 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（RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 l 具有EEPROM功能。 l 具有看门狗功能。 l 共3个16位定时器/计数器。 即定时器T0、TT2。 l 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。 l 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 l 工作温度范围：40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。 l PDIP封装。 一、复位电路单片机的复位电路（）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。 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（），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。 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()；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CC5，他们都是并联关系（）。 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越大会导致电压纹波越大，所以为了减小纹波而将电容并联使用。 三、晶振电路单片机晶振电路的设计（）。 ，为单片机提供工作频率。 晶振电路所有的单片机系统里都有晶振，晶振在单片机系统里的作用十分大，全称叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需要的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机的运行速度就越快，单片机的一切指令执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率下的。 在通常情况下，普通的晶振频率绝对精度可以达到百万分之五十。 高级的精度更高。 有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称之为压控振荡器，晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡[14]。 四、I/O口连接电路单片机I/O口的连接电路设计（），主要使用I/O口为P0口（连接显示模块）和P2口（连接无线模块），将P0口经过1K排阻后接插针可以通过跳线很方便连接到显示模块。 ~（行驱动）的A、B、C、D4个引脚，~（列驱动）的OE、DAT0、CLK、ST4个引脚（）。 因为无线模块工作电流较低所以连接无线模块的电路较为复杂一些。 需要将P2口通过10K排阻过口对应接相应大小的色环电阻过后接插槽才可以连接无线模块（）。 I/O连接电路单片机通过I/O口控制LED点阵显示屏和无线模块的工作情况，其中排阻的作用主要为上拉电流的作用。 主要通过单片机内部程序的编写通过处理接收到的信息通过I/O口产生相应的输出信号从而达到控制显示屏的显示信息的效果[15]。 最小系统原理图和PCB图见附录图1和图2.第二节 显示模块显示模块为电子广告牌的显示终端，用于显示用户所需要显示的内容，是本设计部可或缺的十分重要的部分。 如果没有好的显示模块，不管核心控制系统设计和软件编写有多么完美，那么设计出来的电子广告牌都没办法进行很好的工作。 所以在显示模块的设计和选材都是需要十分认真的。 显示模块主要包括了16*16 LED点阵与行驱动和列驱动电路的连接方式。 首先介绍8*8点阵（），它共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置高电平，某一列置低电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则Y0脚接高电平X0脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第Y0脚要接高电平，而（X0、XXXXXXX7）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第X0脚接低电平，而（Y0、YYYYYYY7）接高电平，那么第一列就会点亮[16]。 8*8 LED点阵一般我们使用点阵显示汉字是用的16*16的点阵宋体字库，所谓16*16，是每一个汉字在纵、横各16点的区域内显示的。 也就是说得用四个8*8点阵组合成一个16*16的点阵。 要显示“你”则相应的点就要点亮，由于我们的点阵在列线上是低电平有效，而在行线上是高电平有效，所以要显示“你”字的话，它的位代码信息要取反，即所有列（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第一行（9脚）送1信号，然后第一行送0。 再送第二行要显示的数据（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第二行（14脚）送1信号。 依此类推，只要每行数据显示时间间隔够短，利用人眼的视觉暂停作用，这样送16次数据扫描完16行后就会看到一个“你”字；第二种送数据的方法是字模信号送到行线上再扫描列线也是同样的道理。 同样以“你”字来说明，16行（115）上送（0000000000000000，0x00，0x00）而第一列（13脚）送、“0”。 同理扫描第二列。 当行线上送了16次数据而列线扫描了16次后一个“你”字也就显示出来了[17]。 行驱动模块芯片74ls138简介。 [18]。 74ls138引脚介绍：l E1：选通端l EE3：选通端（低电平有效）l Y0~Y7：输出端（低电平有效）l A0~A3：输入端l VCC：电源正l GND：地列驱动模块芯片74HC5959简介。 74HC595974HC595是8位串行输入，8位串行或并行输出。 l QA~QH为并行输出。 可以将信号输送到LED，类似流水灯。 l Q’H为串行输出。 l 10号角：移位寄存器清零端，低电平有效。 l 11号引脚：移位寄存器时钟脉冲，高电平有效。 l 12号引脚：存储寄存器时钟脉冲，高电平有效。 l 13号引脚：控制输出的使能端，低电平有效。 l 14号角传送串行信号，信号源可以来单片机。 l 16，8号引脚分别接VCC,GND。 一、LED点阵模块显示模块中的显示器使用的是16*16 LED点阵。 其中16*16 LED点阵为4个8*8 LED点阵组合而成。 首先，我们来分析一下16*16 LED点阵行控线，列控线。 级联方法：。 l 把A1，A2相同的行线相连接。 l 把A3，A4相同的行线相连接。 l 把A1，A3相同的列线相连接。 l 把A2，A2相同的列线相连接。 l 最后，A1，A2的列就作为16*16 LED点阵的列控线。 A1，A3的行就作为16*16 LED点阵的行控线。 16*16 LED点阵模块LED显示模块的主要功能为显示用户需要显示的内容。 根据其亮灭的情况的基本条件（点阵对应行有高电平，对应列有低电平，则对应点亮），需要设计驱动模块对其进行控制，达到其显示效果。 二、行驱动模块显示模块的行驱动模块（）主要为两片74ls138拓展而成。 74ls138为3线8线译码器。 现在将两片74ls138的A、B、C连接在一起，起到控制74ls138的八位输出的作用。 将片二G1与片一G2相连接作为D线，起到片选的作用。 当D线输入高电平时，片二通，片一关闭，片一全部输出高电平，片二选通，对A、B、C的输入进行2进制译码输出。 便达到了两片74ls138作为4线16线译码器输出控制16*16 LED点阵16行的效果。 74ls138拓展电路通过74ls138译码器作为行驱动，输出电流很小。 不可以直接驱动点亮LED点阵的LED灯，所以需要通过接入三极管放大电路（。