畢業(yè)論文-基于at89c2051單片機滾動式廣告窗系統(tǒng)設計

濟南大學泉城學院畢業(yè)設計題目基于AT89C2051單片機滾動式廣告窗系統(tǒng)設計專業(yè)機械設計制造及其自動化班級學生學號指導教師二一一年五月二十六日摘要本文介紹了滾動式廣告窗的概念、發(fā)展現(xiàn)狀、控制系統(tǒng)、未來的發(fā)展趨勢，以AT89C2051單片機為核心的滾動式廣告窗控制系統(tǒng)原理以及系統(tǒng)的硬件方面的設計，其中包括單片機的型號、引腳功能介紹，步進電動機的特性、原理及驅動電路圖，超聲波接收與發(fā)射原理及電路圖的設計以及語音電路圖的設計，通過對各個部分的功能的理解明確了整個系統(tǒng)的工作流程，并做出了整個軟件結構流程圖，實現(xiàn)了以AT89C2051單片機為核心的滾動式廣告窗控制系統(tǒng)，通過超聲波發(fā)射電路和接收電路檢測廣告窗前有人停留時，播放語音廣告信息；無人停留時，則通過單片機控制步進電動機按一定時間周期滾動顯示窗內廣告畫面，實現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面旋轉的自動控制，提高了廣告宣傳的效果。關鍵詞廣告窗；AT89C2051單片機；步進電動機；超聲波發(fā)射與接收；語音電路。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滾動式廣告窗的概念和基本特性112滾動式廣告窗的控制系統(tǒng)及基本工作過程213滾動式廣告窗的應用及發(fā)展趨勢22系統(tǒng)的總體設計53單片機介紹631單片機概述632單片機編程語言的介紹733AT89C2051引腳功能介紹84系統(tǒng)的硬件設計1141步進電機及驅動電路的設計11411步進電機的特性11412步進電機的原理和分類11413步進電機的控制原理及驅動電路1142超聲波檢測部分設計14421近距離探測電路14422超聲波發(fā)射原理15423超聲波接收原理1743語音電路的設計175系統(tǒng)的軟件設計2251系統(tǒng)的軟件流程圖2252步進電動機的設計流程圖226結論24參考文獻25致謝261前言11滾動式廣告窗的概念及基本特性滾動式廣告窗也叫換畫燈箱，原理就是利用一套數字滾動系統(tǒng)帶動畫面間隔轉動，以達到在一個燈箱內安裝多幅畫面的效果，配上定時控制的照明裝置，有的還會配上LED電子顯示屏，用來發(fā)布公益信息或增加視覺上的新引力。滾動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、雙面及多面機型，亦可因需求制作上下滾動或左右滾動，可接受非標準規(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燈箱式閱報欄，其充分利用了現(xiàn)代科學技術。新型多畫面滾動燈箱式閱報欄具有很強的社會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，報社通過為受眾提供免費的增值服務，使讀者又增加了一個學習黨的方針政策的機會和了解各類信息的渠道有利于促進當地經濟發(fā)展和精神文明建設。因此，設置新型多畫面滾動燈箱式閱報欄既是一個地區(qū)經濟發(fā)展水平和文明程度的標志，又是黨和政府擴大和占領新的輿論陣地的重要舉措；新型多面化滾動燈箱式閱報欄具有美化、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值，另一方面又提升了城市街道市容風貌，營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；新型多畫面滾動燈箱式閱報欄具有傳播信息、方便群眾的功能新型多畫面滾動式閱報欄是一座現(xiàn)代城市重要的文化設施，也是群眾文化生活的一項重要內容。閱報欄建設一般都是連鎖性的成片設施，具有一定的規(guī)模型，它的出現(xiàn)為廣大群眾隨時隨地的在自己的大門口，廣場街頭免費閱讀到報紙，了解各類新的經濟生活信息提供了極大的方便，因此深受廣大群眾的喜愛，成為聚集讀者群體的重要場所；其具有提升廣告效果的功能，通過進一步擴大報紙和廣告的受眾范圍，是新聞內容和報紙廣告突破了傳統(tǒng)報紙作為室內傳播媒介的局限，從而實現(xiàn)了廣告效果的最大化，達到了促使廣告客戶加大對報紙廣告的投入的目的；新型多畫面滾動燈箱式閱報欄具有提升保值品牌的功能，中國報業(yè)已有賣方市場時代步入買方市場市場時代，跑馬圈地發(fā)展浪潮已經結束，開始進入一個品牌競爭的時代。通過分布在城市大街小巷的閱報欄24小時不間斷的對各類受眾的視覺“提示”，必將在極大程度上拓展報紙的受眾面，在受眾心目中逐漸形成良好的品牌形象。具有畫面過幅傳感器接觸不到錫紙報警保護功能，性能穩(wěn)定，用不掉畫設置簡單，機電一體化，電子部分采用高精度傳感定位，機械部分采用主、分動轉化，自調裝置，轉動流暢，能在各種環(huán)境中長期穩(wěn)定運行，抗干擾能力極強1。12滾動手機廣告窗的控制系統(tǒng)及基本工作過程滾動式廣告窗控制系統(tǒng)由單片機AT89C2051、語音電路、步進電機控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路組成。1、步進電機控制電路用標準的步進電動機帶動廣告畫面轉動，從而實現(xiàn)了廣告畫面的轉換功能。由于步進電動機的轉動是按步距來進行的，但其步距又很??；因此，控制廣告畫面在窗口內定位顯示時具有很高的精度，只有這樣才能保證廣告窗滾動顯示不同廣告畫面時的質量。2、語音電路語音電路用于播放與對應廣告畫面相關的語音信息，可以在廣告窗顯示對應的廣告畫面時進行語音播放，這樣會使人們對廣告的注意和了解加深，同時加強了廣告的效果。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電路的一部分，它的作用是發(fā)射用于近距離檢測的源信號。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，當廣告窗正面有人停留時，就會反射超聲波送回至廣告窗；超聲波接收電路是近距離檢測電路的另外一個部分，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，從而可以判斷出是否有人停留在廣告窗前。4、單片機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的發(fā)射和超聲波反射信號的接收；第二根據超聲波反射的情況決定語音的播放；第三就是控制步進電動機帶動廣告窗畫面按一定時間周期滾動從而輸出不同的廣告畫面。滾動式廣告窗工作過程是以單片機AT89C2051為核心的滾動式廣告窗控制系統(tǒng)，通過超聲波發(fā)射電路和接收電路檢測廣告窗前是否有人。當有人停留時，則視為其對廣告牌有興趣，播放當前畫面語音廣告信息；無人停留時，則通過單片機AT89C2051控制步進電動機循環(huán)滾動顯示窗內廣告畫面，從而實現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面滾動的自動控制。13滾動式廣告窗的應用及發(fā)展趨勢1、婚紗影樓、家居裝飾、建筑裝修、設計院、規(guī)劃院、產品設計中心、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)省了運輸成本，簡化了安裝程序，拓寬了應用范圍。尤其是對空間使用要求苛刻的環(huán)境如電梯內、公共通道、商場、超市、地鐵、車站等，是超薄燈箱最理想的適用場所。2、展覽館、博物館、圖書館、體育館、美術館、陳列館、歌劇院、大學、醫(yī)院、保險、銀行、證券的裝飾宣傳工程。3、會議中心、展覽中心、辦證中心、市政工程、百貨公司、連鎖超市、購物廣場、珠寶首飾專賣、化妝品連鎖、飲料貿易、煙酒貿易、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)、樂器專賣等廣告促銷工程。4、市政平面照明系統(tǒng)、廣場地燈工程、公園景點介紹工程、地方等會工程、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、電力應急工程、建筑展示工程、機場通道工程、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)展趨勢滾動廣告窗是近年來崛起的一種戶外廣告牌廣告模式，采用微電腦控制轉動卷軸的方式滾動顯示不同的廣告畫面，以達到動感廣告效果，滾動廣告燈窗具有畫面切換平穩(wěn)順暢，運行安靜的特點，切換時間可任意設定。相比傳統(tǒng)的單一平面廣告，會帶來更大的受眾面，更多是視覺沖擊效果，同時也會帶來更多的生意人群。隨著近幾年技術的不斷完善和成熟，產品的穩(wěn)定性和可靠性得到了很大的提高，已經完全適應各種惡劣戶外環(huán)境。滾動式廣告窗具有以下幾大技術特點，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。實現(xiàn)了全新的動感視覺效果，定時定格動感無限，代替以往單一畫面，更具有視覺沖擊力。2、智能畫面。采用微電腦進行控制，可實現(xiàn)左右，上下的任意滾動效果，畫面更換，停留時間可任意調整。3、機電一體化，電子部分采用高精度傳感定位。機械部分采用主、從動轉化，自調設置，轉動流暢。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，設定自動開機、關機程序，可適應不同的惡劣環(huán)境，具有測電保護功能，滾動廣告燈箱發(fā)展前景。我們都知道，觀眾對于滾動滾動的畫面具有更大的興趣，相比單一的平面廣告，會帶來更大的受眾面，帶來更多的生意人群，現(xiàn)在已經有很多諸如如購物中心、市民廣場、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品或服務進行全面的多樣化的介紹，來招攬生意，根據調查顯示，由于畫面更迭出現(xiàn)，使得行人愿意停下來觀看的時間增加了25，如果剛好在畫面滾動時，這種機會還會增加1倍，人們就像停留下來看一下一幅出現(xiàn)的畫面。這種動態(tài)的廣告牌讓產品廣告更接近我們的現(xiàn)實生活，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，滾動廣告燈箱的特點，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，滾動廣告窗一定會得到長足的發(fā)展。2系統(tǒng)的總體設計滾動式廣告窗采用單片機控制步進電動機滾動輸出多種廣告畫面，并且能自動輸出多種廣告畫面，還能自動識別廣告窗前是否有人。若廣告窗前有人，則單片機控制語音電路播放語音；沒人時，單片機則控制步進電動機繼續(xù)滾動廣告畫面。根據要求各電路元器件的選型如下1單片機選用AT89C20511。2近距離探測電路由超聲波發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，采用一對經過優(yōu)化的壓電陶瓷片傳感器，其中一個具有40KHZ發(fā)射功能，另一個具有40KHZ接收功能。3語音電路中的語音芯片采用ISD1200/1400語音處理集成電路。這種語音芯片內部有基準時鐘源，控制非常方便。4步進電動機驅動電路采用SH20806C，它是一個內部可以自動產生對步進電動機控制信號的電路。它只要求外部向其提供3種控制信號步進脈沖信號、方向、控制信號和脫機控制信號。下圖為系統(tǒng)總體設計圖1圖1系統(tǒng)總體設計圖3單片機的介紹31單片機的概述單片微型計算機簡稱單片機，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，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，是計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTELI960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過了300MHZ，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經不只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的WINDOWS和LINUX操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有12部單片機。而個人電腦中也會有不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作。單片機的數量不僅遠超過PC機和其他計算機的綜合，甚至比人類的數量還要多。單片機又稱單片微控制器。它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相對于一個衛(wèi)星的計算機，單片機只缺少了I/O設備。概括的講一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是他的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10即可。用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙機、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。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的主要區(qū)別。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是也輸得獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也難做到的。一個不是很復雜的功能是要用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板。但是如果要使用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別。只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可能性。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級的匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢很多高級語言已經達到了可視化的編程的水平為什么不用呢原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸。對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編語言原始月還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已經入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）、顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級還貸的功效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其他也要電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機其他可編程邏輯器件上。32單片機編程語言的介紹欲使單片機工作，必須給他“下命令”，這里的“命令”稱作指令，單片機執(zhí)行不同的指令就可以完成不同的操作。對于一些簡單的任務，單片機執(zhí)行一兩條指令就可以完成，但是一些復雜的任務就需要執(zhí)行很多條指令才可以完成。我們把單片機執(zhí)行特定任務的指令的綜合叫做叫做程序。我們編寫這些指令綜合的過程叫做程序設計。我們要單片機執(zhí)行我需要的什么任務時，我們就對其寫出任務命令，然后傳達（編入）給單片機。要設計單片機程序，除了要了解單片機指令的含義和用法外，還要掌握指令組合成程序的規(guī)則。就跟我們學習英語一樣，我們要學習英語的語法和用法規(guī)則，才能說好用好流利的英語。單片機常用的編程語言有機器語言、匯編語言和高級語言（主要是C語言）1機器語言單片機是一種大規(guī)模的數字集成電路，它只能識別0和1這樣的二進制代碼。以前在單片機開發(fā)過程中，人們用二進制代碼編寫程序，然后再把所編寫的二進制代碼程序寫入單片機，單片機執(zhí)行這些代碼程序就可以完成相應的程序任務。用二進制代碼編寫的程序稱為機器語言程序。在用機器語言編程時，不同的指令用不同的二進制代碼代表，這種二進制代碼構成的指令就是機器指令。在用機器語言編寫程序的時候，由于需要記住大量的二進制代碼指令及這些代碼代表的功能，很不方便且容易出錯，現(xiàn)在基本上很少有人用機器語言對單片機進行編程了。2匯編語言由于機器語言編程很不方便，人們使用一些有意義并且容易記憶的符號來表示不同的二進制代碼指令，這些符號稱為助記符。用助記符表示的指令稱為匯編語言指令，用助記符編寫出來的程序稱為匯編語言程序。0111010000000010（機器語言）MOVA,02H（匯編語言）這兩行程序的功能是一樣的，都是將二進制數據00000010送到累加器A中?？梢钥闯?，機器語言程序要比匯編語言難寫，并且很容易出錯。單片機只能識別機器語言，所以匯編語言程序要匯編（翻譯）成機器語言程序，再寫入單片機中。一般都是用軟件匯編自動將匯編語言翻譯成機器指令。3高級語言高級語言是依賴數學語言設計的，在用高級語言編程時不用過多的考慮單片機的內部機構。與匯編語言相比，高級語言易學易懂，而且通用性很強。高級語言的種類很多，如B語言PASCAL語言C語言和JAVA語言等。單片機常用C語言作為高級編程語言。14單片機不能識別高級語言的程序，因此也需要用編譯器對高級語言程序翻譯成機器語言程序后再寫入單片機。在以上三種編程語言中，高級，高級語言編程較為方便，但實現(xiàn)相同的功能，匯編語言代碼少，運行效率高，另外對于初學單片機的朋友，學習匯編語言編程有利于更好的理解單片機的結構與原理，也能為以后學醫(yī)高級語言編程打下扎實的基礎。33AT89C2051引腳功能介紹圖2AT89C2051引腳配置AT89C2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與INTELMCS51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，AT89C2051構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、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)的性價比。AT89C2051是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖2所示。與8051相比，AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。AT89C2051芯片的20個引腳功能為VCC電源電壓。GND接地。RST復位輸入。當RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O引腳復位至“1”。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩放大器的輸出。P1口8位雙向I/O口。引腳P12P17提供內部上拉，當作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內部上拉的緣故。P10和P11需要外部上拉，可用作片內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，并能直接驅動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期間，P1口也可接收編碼數據。P3口引腳P30P35與P37為7個帶內部上拉的雙向I/0引腳。P36在內部已與片內比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問。P3口的輸出緩沖器能接收20MA的灌電流；P3口寫入“1”后，內部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口。P3口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。3454系統(tǒng)的硬件設計41步進電機及驅動電路的設計411步進電機的特性1步進電機必須加驅動才可以運轉，驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，如果加入適當的脈沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。2騰龍版步進電機的步進角度為75度，一圈360度，需要48個脈沖完成。3步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。4改變脈沖的順序，可以方便的改變轉動的方向。因此，目前打印機，繪圖儀，機器人等等設備都以步進電機為動力核心。412步進電機的原理和分類工作原理步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。分類現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為75度或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為15度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩；混合式步進電機是指綜合了永磁式和反應式的優(yōu)點而設計的步進電機。它又分為兩相、三相和五相兩相步進角一般為18度，三相步進角一般為12度，而五相步進角一般為072度。413步進電動機的控制原理及驅動原理圖3步進電機控制系統(tǒng)滾動式廣告窗是由步進電機帶動廣告畫面滾動顯示的。在系統(tǒng)中，單片機發(fā)射控制信號給步進電機驅動電路，再由步進電機驅動電路來驅動步進電動機。步進電動機控制原理如圖3所示。單片機的P32用于發(fā)送步進脈沖信號，故和步進電動機的步進端相接；P33用于控制步進電動機的轉動方向，所以和驅動電路的方向端相連；P34用于控制步進電動機脫機，故和脫機端相連。另外，單片機的電源和驅動電路的4端相連。實際上，步進電動機驅動電路SH20806C的輸入端1都是和光電耦合器的輸入發(fā)光二極管的負端相連，從而有3路光電隔離控制信號控制步進電動機；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。步進電機驅動電路SH20806C是一個內部可以自動產生對步進電動機控制信號的電路。它只要求外部向其提供3種控制信號步進脈沖信號、向控制信號以及脫機控制信號。231步進脈沖信號STEP步進脈沖信號最高頻率為50KHZ，這個信號為低電平時，使驅動電路內部光電耦合器的發(fā)光二極管導通。驅動電路在步進脈沖信號的下降沿時響應工作，脈沖低電平的有效寬度不能小于10S。32方向控制信號DIR這個信號用于控制步進電動機的旋轉方向當這個信號為高電平時為一種轉動方向；當信號為低電平時為反方向。為了保證可靠控制方向，要求方向控制信號比步進脈沖信號至少提早20S建立。步進電機的初始運行方向和電機接線有關，把電動機的兩相互換，則可改變電動機的初始運行方向。33脫機控制信號FREE這個信號用于控制步進電動機電源的開關，當其為低電平時，驅動電路切斷步進電機繞組電流，使電機處于自由狀態(tài)，此時步進脈沖信號不能被響應。自由狀態(tài)可顯著降低驅動電路和步進電機的功耗和溫升，當不用此功能時，這個信號可以懸空。步進電動機采用型號為86BYG250BBAFRBC0302的兩相混合式步進電動機，其相數為2，步距角為18，靜態(tài)相電流3A，相電阻12，相電感為72MH，轉動增量為3000GCM2。步進脈沖信號、方向信號以及脫機信號的時序波形圖如圖5所示圖5步進、方向、脫機信號波形時序步進電機驅動器系統(tǒng)電路原理圖6步進電機驅動器系統(tǒng)電路原理圖AT89C2051將控制脈沖從P1口的P14P17輸出，經74LS14反相后進入9014，經9014放大后控制光電開關，光電隔離后，由功率管TIP122將脈沖信號進行電壓和電流放大，驅動步進電機的各相繞組。使步進電機隨著不同的脈沖信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等動作。圖中L1為步進電機的一相繞組。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對上位機脈沖信號周期的影響。89圖6中的RL1RL4為繞組內阻，50電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個改善回路時間常數的元件。D1D4為續(xù)流二極管，使電機繞組產生的反電動勢通過續(xù)流二極管（D1D4）而衰減掉，從而保護了功率管TIP122不受損壞。在50外接電阻上并聯(lián)一個200F電容，可以改善注入步進電機繞組的電流脈沖前沿，提高了步進電機的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200電阻可減小回路的放電時間常數，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。1542超聲波檢測部分設計421近距離探測電路近距離探測電路由發(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一對經過優(yōu)化的壓電陶瓷片，其中的一個具有40KHZ的發(fā)射功能，另外一個具有40KHZ的接收功能。根據雷達的探測原理，所有進入該探測電路的探測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P35端口控制的NE555輸出信號驅動BG1功率管，再由升壓變壓器T1升壓后驅動HD1壓電陶瓷片向廣告窗前發(fā)射出40KHZ的超聲波信號。接收電路主要有LM324運放組成，首先由兩級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進行逐級放大，再有下一級的比較器對其輸出地幅度進行比較，沒有超過設定門限的則被認為是無用信號；超過的被認為是有用信號，有用的將被送入單片機的P37端口進行更進一步的判定。當接收電路接收到設定數量的40KHZ的回波脈沖信號后，即認為在廣告窗前有人，則單片機馬上控制ISD1210語音電路播放出與此時廣告畫面對應的語音信息。直到人離開后才停止播放語音信息，然后恢復原來的滾動。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時基集成電路。555時基集成電路之所以用“555”來標志其型號，是因為芯片內的基準電壓由3個誤差極小的5K電阻組成，有很高的分壓精度。555時基電路之所以得到廣泛的應用，是因為它具有如下幾個特點（1）555在電路結構上是由模擬電路和數字電路組合而成的。它將模擬功能與邏輯功能兼容為一體，能夠產生精確的時間延遲和振蕩。它拓寬了模擬集成電路的應用范圍。（2）該電路采用單電源。雙極型555的電壓范圍為4515V；而CMOS型的電源適應范圍更寬，為218V。這樣，它就可以與模擬運算放大器、TTL或CMOS數字電路共用一個電源。（3）555可獨立構成一個定時電路，并且定時精度高。（4）555時基集成電路最大輸出電流達200MA，帶負載能力強?？芍苯域寗有‰姍C、喇叭、繼電器等負載。555時基集成電路的封裝如圖8所示，一般采用雙列直插式封裝，也有少數采用TO99型封裝。圖8555時基電路的封裝555時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，3個5K電阻組成的分壓器，使內部2個比較器構成一個電平觸發(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。由于由兩個或非門組成的RS觸發(fā)器必須用正極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器A1同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當電位高于反相端5腳的電位時，RS觸發(fā)器才翻轉；而加到比較器A2腳的觸發(fā)信號，只有當點位低于A2同相端的點位1/3VDD時，RS觸發(fā)器才翻轉。在555電路中，引腳2的觸發(fā)信號比引腳6的閥值觸發(fā)信號要優(yōu)先，就是說，只要引腳2有低電平1/3VDD輸入，則不論引腳6狀態(tài)如何，都會把片內RS觸發(fā)器置為“1”，這時或非門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導通01/3VDD2/3VDD14V保持保持狀態(tài)14V導通0根據555電路的真值表，在圖7超聲波發(fā)射電路中，只單片機輸入輸出端口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P351時，則有555電路的引腳2輸入電平高于1/3VDD，而同時P35輸出地高電平經R2和W1對C3充電，當C3充電到達2/3VDD時，則555的引腳6會使其內部RS觸發(fā)器翻轉，從而使引腳3輸出“0”。同時，由于引腳7導通接地，則C3的電荷通過內部晶體管BG1放電。當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，RS觸發(fā)器輸出地“0”信號使BG截止，C3停止放電。P35送來的高電平又經R2，W1對C3充電以后過程重復進行。顯然，這是一個震蕩過程。振蕩頻率由R2，W1和C3的值確定。由此看出第一，單片機P350時，555電路輸出靜態(tài)電平，VO1；第二，單片機P351時，555電路輸出振蕩信號，頻率由R2，W1，C3的參數決定。只要恰當選擇這些參數，可以使555電路輸出40KHZ的超聲波信號。555電路產生超聲波信號通過功放電路的晶體管BG1放大之后，經由變壓器T1耦合給壓電陶瓷片HD1轉換成聲波發(fā)射出去。423超聲波接收原理超聲波接收原理非常簡單，壓電陶瓷片HD2接收反射的超聲波之后，會產生一定的微弱電壓，這個電壓由2級同相的放大器進行放大，經過2級放大后產生足夠大的信號，再和第3級的給定信號進行比較；當超過給定的比較閥值，則認為反射的超聲波是真信號，否則以為是偽信號。第3級比較器產生的40KHZ信號送到單片機的P37端。單片機對P37端輸入的信號進行計數，當其值足夠大時，可以認為是有人停留在廣告窗前，否則，只是表示有人路過廣告窗。6743語音電路設計語音電路的語音芯片采用ISD1200/1400語音處理集成電路。這種語音芯片內部有基準時鐘源，以單一電源5V供電。只需要少量的外圍元件就可以構成一個錄放音電路。在錄音時只需一個按鍵控制，放音時也只需一個按鍵控制，所以控制極為方便。另外，采用單片機的電平也可完成錄放音按鍵的控制功能。在芯片內存儲的語音電路可保存100年，芯片的錄放次數可達10萬次。1ISD1200/1400的內部邏輯結構ISD1200/1400系列語音集成電路有4種不同的型號，如表2所示表格2ISD1200/1400系列語音芯片器件型號錄放音時間最大輸入采樣頻率/KHZ通頻帶上線/KHZ分辨率/MSISD1210106427125ISD1212125323150ISD1416168034100ISD1420206427125ISD1200/1400系列語音集成電路的內部結構由內部時鐘電路、自動增益控制電路、前置放大電路、濾波器、差動功率放大電路、電源電路、存儲器EEPROM、地址譯碼電路、存儲控制電路等組成，結構框圖如圖11所示圖11ISD1200/1400芯片結構框圖2ISD1200/1400的封裝引腳及含義ISD1200/1400系列語音芯片在表2中列出4中，每種型號的最后2位數字表示語音錄放時間的長度。從表中可知，錄放時間最短的為10S，最長的為20SISD1200/1400系列語音芯片的封轉引腳如圖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明如下。圖12語音芯片封裝引腳圖A0A7引腳16,9,10，地址輸入端或控制命令輸入端。A7，A6同時為高電平時，A4A0為控制命令；否則，A7AO為地址。DGND引腳12，數字信號地線。AGND引腳13，模擬信號地線。SP,SP揚聲器連接端，輸出音頻信號。V模擬信號電源，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，自動增益控制端。ANAIN引腳20，模擬信號輸入端。ANAOUT引腳21，模擬信號輸出端。引腳23，語音控制電平觸發(fā)端。當該段位低電平時，芯片進入語音周PLAY期；當該段為高電平時，停止放音。引腳24，語音控制脈沖觸發(fā)端。該端輸入由高電平向低電平跳變的下E降沿時，芯片進入語音周期。引腳25，錄音顯示端。該端接發(fā)光二極管，在錄音時做錄音指示燈。RCLDXCLK引腳26，始終控制端。引腳27，錄音控制端。該端為低電平時，芯片進入錄音狀態(tài)，錄音期間該端必須保E持低電平。信號的優(yōu)先級高于和兩種放音信號。RCPLAYERCD3ISD1200/1400的應用方法ISD1200/1400芯片有2種基本的應用方法，即固定地址發(fā)和隨機地址法。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器的首地址開始，而錄放音由有關按鍵進行控制。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程如下錄音時只需按下S3鍵，REC電平由高變低，聲音由話筒輸入。同時由于RECLD端的電平降低，發(fā)光二極管發(fā)光，指示錄音正在進行中。松開S3，錄音中止，發(fā)光二極管熄滅。放音可通過兩種方式控制第一種是電平觸發(fā)控制，即按下S1鍵，此時端電平由高變低，放音開始。在放音過程中如果松開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，才是在端產生一個由高到低的電平跳變，期間PLAYE就進入放音狀態(tài)，并一直進行直至全部信息播完，而不管中間是否松開S2鍵。隨機地址錄放音電路的錄放音起始地址可以通過單片機對ISD1200/1400系列語音芯片的A0A7進行控制而實現(xiàn)。隨機地址可以選擇芯片中的任意地址。隨機地址錄放音電路如圖14所示12隨機地址錄放音電路的工作過程如下。圖14錄放音電路圖單片機的P1端口和ISD1200/1400芯片的A0A7對應連接，P31和REC的外接開關S一端相連，P30則和或相連。模擬語音信號從MIC和MICPLAYEREF兩個端口輸入，經拾音放大器放大又從ANAOUT端輸出，然后通過外接耦合電容輸入到ANAIN端，該信號再經適當放大后就可被時鐘信號采樣存儲到EEPROM中。AGC端一般直接一個RC積分容器即可，它可使存儲的語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A7，A6都取值為高電平時，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，如果不清楚每段語音的實際地址，可用A0控制檢索過程，A0每輸入一個負脈沖，地址計數器就可跳過一段，指向下一段的地址。A1用作刪除信息段結束標志的控制位，例如在錄音期間可用A1刪除每段信息中間的結束標志的插入，是全部錄制內容只保留最后一個結束標識符，以便將來可以連續(xù)重放。A3可用來進行片內信息循環(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束標志就要停止，計數器會自動復位。用A40就可以制止這種復位過程，實現(xiàn)片內信息的連續(xù)播放。A1若與A0聯(lián)用，控制效果更好。當A6，A7中有一個為低電平時，A7A0用作EEPROM的地址編碼。編碼范圍為00H9FH，共160個地址碼，對應著160段語音存儲單元。若芯片的錄放時間為TM，則們段錄放時間TSTM/160,稱為分辨率。根據它可以估算出從錄放開始算起的每段語音起始時間。錄放地址信息都是在有效錄放控制命令下降沿時寫入片內地址鎖存器的，因此可以有選擇地進行語音的存儲錄放。因此，在錄音時，在不同地址內，錄入不同廣告畫面對應的語音；在顯示一幅廣告畫面時，在單片機控制下同步放出對應語音。10115系統(tǒng)的軟件設計51系統(tǒng)的軟件流程圖滾動式廣告窗的控制軟件包括3種主要功能步進電機控制功能；超聲波控制及接收功能；語音播放功能。另外還有廣告畫面停留時間的定時功能，初始化功能等滾動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，先對AT89C2051的有關部件包括定時器、I/O端口進行初始化，接著開始執(zhí)行步進電機控制，使廣告窗滾動顯示一幅新的廣告畫，接著步進電機停止工作，廣告畫靜態(tài)顯示，程序開始定時，以確定廣告畫靜態(tài)停留的時間。在定時過程中，單片機控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波，接著程序判別定時時間是否結束，如果沒有結束，則去判別是否接收到超聲波的反射信號，實際上是檢測P37的輸入信號。當接收到超聲波信號并有一定時間時，則播放對應的語音信號，也就是說一幅廣告畫應該和一段語音對應，如果沒有收到超聲波信號，則不播放語音，此后返回去對定時時間進行判別,如果沒有結束定時則重復上述相關過程；如果定時結束,則單片機控制發(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)行步進電機控制,滾動翻出一幅新的廣告畫,并靜態(tài)顯示,此過程不斷執(zhí)行下去,所以,可以循環(huán)顯示若干幅在廣告窗內部安裝好的廣告畫。52步進電動機的設計流程圖步進電動機驅動器根據撥碼開關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）為步進脈沖輸入端，P37為正反轉脈沖輸入端。上位機（PC機或單片機）與驅動器僅以2條線相連。方式2為串行通訊方式上位機（PC機或單片機）將控制命令發(fā)送給驅動器，驅動器根據控制命令自行完成有關控制過程。方式3為撥碼開關控制方式通過K1K5的不同組合，直接控制步進電機。圖16步進電機控制流程圖當上電或按下復位鍵KR后，AT89C2051先檢測撥碼開關KX、KY的狀態(tài)，根據KX、KY的不同組合，進入不同的工作方式。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，要特別注意步進電機在換向時的處理。為使步進電機在換向時能平滑過渡，不至于產生錯步，應在每一步中設置標志位。其中20H單元的各位為步進電機正轉標志位；21H單元各位為反轉標志位。在正轉時，不僅給正轉標志位賦值，也同時給反轉標志位賦值；在反轉時也如此。這樣，當步進電機換向時，就可以上一次的位置作為起點反向運動，避免了電機換向時產生錯步。六結論本次畢業(yè)設計是對滾動式廣告窗控制部分的研究，主要是以單片機AT89C2051為控制系統(tǒng)的核心。AT89C2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS八位微處理器，與INTELMCS51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，AT89C2051構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、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)的性價比。該單片機在此系統(tǒng)中主要控制三個部分（1）控制超聲波信號的發(fā)射和超聲波和超聲波反射信號的接收。由單片機的P35口控制的NE555輸出信號驅動功率管再經過升壓變壓器升壓后驅動壓電陶瓷片想廣告窗前發(fā)射信號；接收電路主要由LM324運放組成，經過同相放大器將接收到的信號放大，然后經比較器進一步判定是否為有用信號，然后再送入單片機做進一步的判斷。（2）控制語音電路的播放。根據上一級單片機對超聲波信號的判斷，如果為有用信號，則播放與此是廣告畫面相對應的語音廣告；反之則不播放。（3）控制步進電動機的轉動。在廣告窗前無人的情況下，控制步進電動機帶動廣告窗按一定時間周期滾動輸出不同的廣告畫面。有人的情況下則停止其轉動。通過設計實現(xiàn)了滾動式廣告窗所要求的功能。實現(xiàn)了靜態(tài)廣告畫面滾動的自動控制，使人們對廣告的注意和了解加深，同時加強了廣告的效果。同時對單片機以及其他電子元器件有了更近一步的了解，學會了基本電路元器件的選型，進一步鞏固了大學所學的電子技術和電工技術兩門課程所學的知識。參考文獻1余永權ATMEL89系列單片機應用技術M北京