孙海量基于单片机的智能语音广告牌控制系统

1、基于单片机的智能语音广告牌控制系统摘 要在信息时代之下，使得传统的静态广告窗在日益白热化的市场竞争中竞争力越来越弱，广告进入自动控制时代已经是一种必然发展趋势，在本文中所具体设计出来的是一种智能滚动式语音广告窗，这种广告窗主要是通过单片机来进行控制，随之成为一种静态广告画面转换的自动控制系统。该系统能够实现成百上千的广告画面循环滚动显示，同时每一副广告画面都对应一段语音信息，能够智能识别是否有人浏览，随后播放与滚动广告画面对应的每一个语音信息。 本设计由单片机STC89C52芯片和专用时钟芯片DS1302、热释红外传感器、WT588语音模块和LCD1602显示屏组成，加上其他外围电路，组成的一

2、个实用的单片机多功能广告控制系统。关键词：单片机，时钟芯片，热释红外感器，语音模块，LCD显示屏 Abstract The advent of the information society, the traditional static advertising window in the fierce competition in the market is insufficient, the ads into the automatic control era has become inevitable, the design of the intelligent speech adver

3、tisement window is rolling automatic control system consists of a static advertisement picture conversion MCU control, the system can be the number of advertising pictures circular scrolling, and each advertisement picture corresponds to a voice message, can identify whether the intelligent voice in

4、formation people watch and then play with rolling advertisement picture corresponding.This design by STC89C52 chip and clock chip DS1302, pyroelectric infrared sensor, WT588 voice module and LCD1602 display, and other peripheral circuits, a practical single chip multi-function control system compose

5、d of advertising.Keywords: Single chip, clock chip, pyroelectric infrared sensor, voice module, LCD display目 录第一章 绪 论41.1 课题研究的背景和意义41.2 智能广告控制系统的功能4第二章 设计总体方案论证52.1. 智能广告控制系统设计思路52.1.1 单片机的方案选择52.1.2 数字时钟的方案选择62.1.3 人体感应方案62.1.4 显示电路的方案选择82.1.5 语音模块的方案选择102.1.6 步进电机驱动方案132.2. 智能广告控制系统方案13第三章 系统硬件设计

6、153.1 单片机设计方案153.2 时钟日历芯片设计173.3 语音模块电路的组成203.4 LCD显示电路213.5 键盘控制系统的设计223.6 步进电机驱动电路223.7 人体检测电路233.8 电源电路24第四章 系统软件设计254.1 编程软件 keil254.2主程序设计254.3 键盘扫描程序274.4 步进电机驱动子程序284.5 LCD1602显示子程序29设计总结30致 谢31参考文献32第一章 绪 论1.1 课题研究的背景和意义在信息时代之下，使得传统的静态广告窗在日益白热化的市场竞争中竞争力越来越弱，广告进入自动控制时代已经是一种必然发展趋势，在本文中所具体设计出来的

7、是一种智能滚动式语音广告窗，这种广告窗主要是通过单片机来进行控制，随之成为一种静态广告画面转换的自动控制系统。该系统能够实现成百上千的广告画面循环滚动显示，同时每一副广告画面都对应一段语音信息，能够智能识别是否有人浏览，随后播放与滚动广告画面对应的每一个语音信息 。 1.2 智能广告控制系统的功能随着商品市场的发展，广告从静态走向动态，也进入了自动控制的时代。本课题要求以单片机为核心，设计一个滚动式广告窗系统。该系统能够实现以下功能：1、自动输出多种广告画面；2、能自动识别广告窗前是否有人，若广告窗前有人，则播放语音；没人时，则继续滚动广告画面；3、系统具有时钟显示功能，能够自动精确走时；4、

8、海报的展示时间可调，并可以由设定的时间控制；5、系统具有自我保护功能，出现异常时，能自动停止运行。第二章 设计总体方案论证本智能广告控制系统可分为以下几个模块电路组成：单片机模块，时钟模块，人体检测模块，液晶显示模块，语音模块，步进电机驱动模块，键盘和电源。2.1. 智能广告控制系统设计思路2.1.1 单片机的方案选择在嵌入式领域中有多种微处理器可以选择，比如FPGA、DSP、单片机、ARM等，在这些处理器中单片机的价格最低，性能适中，适合此类场合。下面对一些常用的单片机类型进行说明：方案一：51系列单片机。 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称，其代表型号有A

9、TMEL公司的AT89系列等，Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司也有许多兼容的产品，它广泛应用于工业控制系统、白色家电等领域之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在今后很长的一段时间内将占有大量市场。1方案二： AVR系列单片机。 在20世纪90年代末期，AVR单片机是由ATMEL公司研发出来，该种单片机是一种增强型内置Flash的RISC 精简指令集的高速八位单片机。对于AVR单片机来说，其有效废除了机器的完整周期，摒弃了传统的复杂指令计算机所追求的指令完备的形式；对精简指令集进行运用，将字当成是指令的长度单位，把内容多样的操作数与操作码排列

10、在一字中间，广泛地被应用在计算机外部设备、通讯设备等多个领域之中。1方案三： MSP430。 MSP430系列是一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。片上集成了AD、DA、PWM、LCD驱动，其比较器AD采样方式能达到很高的精度，开发系统也很便宜。缺点是在位操作时有点麻烦，不适合用于逻辑控制以及对功耗不敏感的使用场合。1 从成本、开发的难易程度考虑，选用宏晶公司的STC89C52单片机。它是一种功耗较低且性能较高的CMOS 8位微控制器，在其之中，具备了8K可编程Flash存储器，与8

11、0C51产品指令和引脚完全兼容，有8K字节的Flash，256字节RAM，32位I/O口线，2个数据指针，3个16位定时计数器，1个6向量二级中断结构及时钟电路。22.1.2 数字时钟的方案选择数字时钟是本设计的主要部分，有两种方案可以选择。方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS1302。一种功耗较低且性能较高的实时时钟芯片，附加31字节的静态RAM，利用SPI 三线接口和单片机做出同步通信，同时可以采取突发的方式一次性输送多个字节的时钟信号以及RAM数据。实时时钟能够最有效地提供除了年、月、日以外，还有时分、秒的相关信息，一个月份中少于三十一天时能够自动调整，同时还具备了闰年补

12、偿的强大功能。其自身的工作电压控制在2.5V5.5V 。同时采用了双电源供电，也能够直接设定成备用电源充电的形式，具备了对各个备用电源做出涓细电流充电的特殊功能。保证了时钟在电源电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作。当电源电压不足或突然掉电时，系统自动转换到外部备用电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，备用电池也能保证芯片的正常运行，可以随时提供正确的时间。3方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。使用定时中断与软件结合来实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内对应的秒值加1；当秒值达到60，则将其清零，并将相应

13、的分值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；当时值达到24，则将十字节清零。这种方案具有硬件电路简单的特点。然而，每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度较低。而且，因为是软件来实现时钟，当单片机断电时，程序将不再执行，时钟也会停止工作。基于本设计精度的考虑，这里采用方案一完成数字时钟的功能。2.1.3 人体感应方案人体感应模块实际上也可以当成是热释电红外传感器，其主要是一种可以检测人或动物所发射出来的红外线，从而有效地输出各种电信号的传感器。在20世纪30年代末期就已经有人将利用热释电效应进行红外辐射探测的想法提出来过，但一直都没有受到人们的关注，直到20世纪60

14、年代初期，在激光及红外技术卓越发展的背景下，才进一步促使了对热释电效应的系统化研究以及对热释电晶体的深入应用。热释电晶体目前已经得到广泛运用，大多被运用在红外光谱仪以及热辐射探测器之中，它能够被当成是红外激光的一种相对比较适宜的探测器。它目标目前正被广泛地应用于各种自动化的控制装置之中。除了在人们耳熟能详的楼道自动开关以及各种防盗报警中得到广泛应用以外，在其他一些领域中应用前景更好。举例而言，在房间没有人的时候，它会自动关闭室内的空调机及饮水机等各种设备。电视机可以准确预判无人观看或观众已睡着而自动关闭机器的机器等等。您可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品。4关于热释电传

15、感器的一些基本知识，那便是：热释电效应与压电效应具有相似性，主要指的是由于温度的不断改变而导致晶体表面出现荷电的现象。而热释电传感器就是一种对温度非常敏感的传感器。这种传感器主要的组成材质一般是陶瓷氧化物，也可以是压电晶体元件。在元件两个表面制造成电极，在传感器的监测范围之内温度呈现出T的变化时，那么热释电效应便会在2个电极之中产生强大电荷Q，也就是在两电极之间出现了微弱的电压V。由于其具备了较高的输出阻抗，在传感器之中具备了一个场效应管来对其进行阻抗变换。热释电效应所产生出来的电荷Q能够与空气之中的离子相互结合而逐渐消失，也就是当环境温度处于稳定不变的状态下，T=0，也就是传感器没有输出。当

16、人体进入到检测区之中，由于人体温度与环境温度存在差异，进而产生T，即具备了T输出；假如人体进入检测区后没有变动，则温度不发生变化，传感器也毫无输出。因此，这种传感器主要是用来对人体或者动物进行检测的一种活动传感。通过实验结果表明，传感器不加入光学透镜，其本身的检测距离比2m更小，而加入了光学透镜以后，其本身检测的距离比7m更大。 使用中应更加注意如下几个方面： 一，直流工作电压一定要与我们所要求的实际数值相契合，过高或过低的数值都能够对模块性能产生影响，同时要求电源需要经过较好的稳压滤波，比如，电脑USB电源以及陈旧的9V的层叠电池均不能够有效满足模块工作的实际要求，要求客户运用变压器的电源并

17、通过三端稳压芯片的稳压以后再经过220UF以及0.1UF的电容滤波之后再进行供电。 二，调试过程中人体尽可能地远离感应区域，有些时候尽管人体没有位于模块的正前方，但是人体与模块的距离太近，模块也可以有效感应到导致其一直有输出，此外，处于调试阶段，人体不应该触摸电路的部分也能够对模块工作产生影响，比较先进的方法就是将输出端直接接入一个万用表，将模块运用报纸覆盖起来，人离开房间以后，等120秒以后查看模块是否仍有输出？ 三，模块不接入负载时可以正常工作，接上负载以后出现工作紊乱的现象，一个主要原因在于电源容量较小导致负载较为耗电，负载工作状态下引起的电压波动造成了一系列模块误动作，其他原因在于负载

18、得电的工作状态下会产生各种干扰，比如，继电器或电磁铁等各种感性负载会直接产生一系列的反向电动势，315M发射板工作中通常会有电磁辐射等等均能对模块产生影响。主要的解决办法包括以下几种：1、电源部分增加一部分电感滤波。2、采用负载及模块运用各不相同的电压的方法，比如：负载具体使用的是24V工作电压，而模块具体使用的是12V工作电压，其间所具体运用的是三端稳压器进行隔离。3、运用充足容量的电源。四，人体感应模块通常直接安装于密封的盒中，否则有可能会长期输出信号。五，假如具体要求人体的感应模块的探测角度比90°小，允许运用不透明的胶纸来遮挡镜片，亦或是裁剪缩小镜片来加以实现。六，人体的感应

19、模块实际采用的是双元探头，人体的手脚及头部的实际运动方向在很大程度上与感应灵敏度之间存在紧密的联系，同时红外模块的特性对某些无法精确控制感应距离起到了决定性作用。七，模块当中的探头可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线延长，长度应在20厘米以内为好。本设计使用的HC-SR501模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，尤其是干电池供电的自动控制产品，用于各类自动感应电器设备。42.1.4 显示电路的方案选择常用的单片机显示电路分为LED显示屏和LCD显示屏两大类：方案一：LED显示屏：是由若干个LCD显示屏组成，L

20、CD显示屏主要是通过多个发光二极管进行封装，进而汇聚而组成一个“8”字型的器件，引线已经在内部中直接连接完成，只要求将它们的各个笔划引出来，形成公共电极。数码管主要是由7个发光管而构建成“8”字形，加上小数点即八个。这些段一般是通过字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。一旦数码管中特定的段增加了电压以后，这些特定的段便会实时发亮，从而形成了人们肉眼能够看清的字样。比如：具体显示出来一个“2”字，则应该是a亮、b亮、g亮、e亮、d亮，而不亮的包括有f、c、dp。对于LCD显示屏来说，其通常划分为一般亮及超亮两种，并且还有0.5寸及1寸等多种尺寸。对于小尺寸数码管来说，其显示的笔画一般是由一

21、个发光二极管来组成，而对于大尺寸的数码管来说，其主要由二个或者多个发光二极管来组成。通常情况下，单一一个发光二极管其管压降一般在1.8V左右，电流一般不会超过30mA。发光二极管的阳极直接连接到电源正极，我们将其称之为共阳数码管，而如果发光二极管的阴极直接连接到共同连接到电源负极，我们将其称之为共阴数码管。想要让LCD显示屏正常显示，最重要的就是要运用驱动电路来对数码管的各个段码进行驱动，从而有效显示出我们所需要的数字，所以按照LCD显示屏所具备的各不相同驱动方式，一般将其划分成静态式及动态式两类。静态显示：静态驱动的另一种叫法是直流驱动。关于静态驱动的定义，实际上指的就是每一个数码管中的每一

22、个段码均通过一个单片机的I/O端口来实现驱动。静态驱动的一个最突出优点在于编程较为简单且显示亮度较高，而不足之处在于占用I/O端口相对较多，如果驱动五个数码管的静态显示就要求有四十根I/O端口来进行驱动。5动态显示：LCD显示屏的动态显示接口目前已被当成是单片机之中应用最具广泛性的一种显示方式，动态驱动具体来说就是把全部数码管的八个显示笔划所具有的同名端连接为一体，此外，为每一个数码管的公共极COM添加一些位选通的控制电路，位选通通过各自独立的I/O线进行控制，一旦单片机输出各个字形码，那么单片机就能够对位选通COM端电路进行控制，因此，要求我们仅需显示的数码管中的选通控制启动开放，该位便能直

23、接显示出字形，如果无选通的数码管便无法发亮。借助于分时轮流来对各个数码管的的COM端进行控制，就能让每一个数码管的轮流受控进行显示，这实际上即为动态驱动。在轮流显示的阶段下，每一位数码管的点亮时间通常是在12ms之间，由于人的视觉存在着暂留的现象以及发光二极管具有一定的余辉效应，虽然各位数码管并没有在同一时间点亮，但是只需要扫描的速度较快，给人产生的一种印象就是一组较为稳定的显示数据，不会出现任何闪烁感，动态显示的实际效果与静态显示相同，可以有效地节省I/O端口，并且有较低的功耗。5方案二：LCD显示屏：具体被划分成段式LCD及点阵式LCD, 针对普通的段式LCD，要求具备有专门的驱动电路，而

24、LCD显示不具有较大的可视角度，本身无法发光；对于具备了驱动电路以及微处理器接口的相关液晶显示模块，通常采用的是并行接口，对微处理器的接口具有较高的要求，所占用的资源相对多，但能显示较多的内容。LCD1602液晶显示屏：另一种叫法是1602字符型液晶，其主要是一种专门被运用于显示字母、符号等各种图形的点阵型液晶模块。它由许多个5X7或5X11等多种型号点阵字符位来构成，每一个点阵字符位均能够显示一个字符，每位间均具备一个点距的间隔，每行间也具备一定的间隔，在很大程度上发挥了字符间距及行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。LCD128642液晶显

25、示屏：具备了中文字库的128X64，其本身是一种具备了4 位/8 位并行以及二线或者三线串行的多种接口方式，其内部包含了国标一级及二级简体的中文字库，该点阵图形液晶用以显示模块；其实际的显示分辨率表示为128×64, 内置八千一百九十二个16*16 点的汉字，以及一百二十八个16*8 点的ASCII 字符 集.借助于该模块所具备的灵活的接口方式以及便捷的操作指令，能够将全中文的人机交互图形的界面构建起来。由这一模块所形成的液晶显示方案相对比同一类型的图形点阵液晶显示模块来说，无论是硬件电路结构，还是显示程序，均更加简洁，同时该这一块的具体价格相对比同一种点阵的图形液晶模块来说更低。5

26、本设计选用显示丰富灵活的LCD1602液晶显示屏作为显示模块。2.1.5 语音模块的方案选择方案一：ISD4000系列语音芯片ISD4000系列语音芯片是美国ISD公司生产的2.7V3.3V单电源单片语音录放电路。ISD4000系列语音芯片采用多电平直接模拟量存储技术。每个取样值直接存储在片内闪存中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。取样频率可分为4.0kHz、5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz，取样频率越低，录音时间越长，而音质有所下降，片内信息存于闪存中，可在断电情况下保存100年（典型值），可反复录音

27、10万次。6ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作，因此对ISD4004 而言，在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。方案二：WT588D语音芯片WT588d语音芯片是早期可外挂FLASH的一款语音芯片，WT588D音质较好，控制灵活的特点，更增加了可播放MIDI和弦功能，性能更好。WT588D是一款具有单片机内核的语音芯片，因此，可以冠名为WT588D系列的语音单片机。该款单片机主要是由广州市的唯创电子有限公司与台湾华邦联合起来，共同研制开发出来的单片机与语

28、音电路相互融合的可编辑语音芯片。作为一款以语音为基础的芯片，对音质的追求当然也是精益求精的，完全支持6K22KHz采样率的音频加载，芯片的独特点在于将加载的音频音质完整无损的进行展示。WT588D系列语音单片机能通过配套软件WT588D voiceChip轻而易举的做到语音组合播放、插入完美的陶冶静音。静音的时长控制得绝无丝毫误差！可控制的语音地址位能达到220个！每个地址位里能加载可组合语音为128段语音！WT588D系列语音单片机模块内置SPI-FLASH存储器，WT588D系列语音单片机芯片可根据实际用法外置SPI-FLASH存储器，众多的控制模式、语音组合只需更换SPI-FLASH的内

29、容，即可完全实现操作方式的切换。WT588D系列语音单片机支内容在线下载，这是一个应用人员不可或缺的优势持SPI-FLASH！WT588D语音单片机的推出，非常的具有语音市场的前瞻性和革命性，势必会在语音芯片的应用方面卷起一股旋风。模块封装（带SPI-Flash及外围电路）有DIP16、DIP28，芯片封装有DIP18、SSOP20和LQFP32形式；根据外挂或者内置SPI-Flash的不同，播放时长也不同，支持2M32Mbit的SPI-Flash存储器；无论是内置13Bit/DA转换器，还是12Bit/PWM输出，都具备较好的音质；PWM输出能够有效地推动0.5W/8扬声器，具有较为充沛的推

30、挽电流；支持DAC以及PWM两种主要的输出方式；支持对WAV音频格式进行加载；支持对6K至22KHz采样率的音频进行加载；支持对已经加载的语音播放进行试听；220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语音组合播放；最多可加载500段用于编辑的语音；USB下载形式均能够通过在线下载及脱机下载；尽管是处于WT588D语音芯片通电的前提条件下，也同样能够很顺利地下载数据到SPI-Flash；芯片复位时间5ms；三线串口的控制模式直接转换为三线串口控制的控制端口扩展实际的输出模式只需发送数据就可以进行切换。切换后仍可把切换前的最后一工作状态带进切换后的模式工作；任意设定显示语音播

31、放状态信号的BUSY输出方式；抗干扰性强，可应用在工业领域；220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语音组合播放；语音播放停止马上进入休眠模式，芯片转为完全停止状态；15种按键控制模式，任意一个按键可设定任意一种控制模式；配套WT588D VoiceChip上位机软件，接口简单，使用方便。能极大限度的发挥出WT588D语音单片机的各项功能；简单的单片机编写方式，摆脱以往复杂繁琐的汇编思维；单个芯片支持外挂多个存储器；插入的静音时间范围10ms25min；工作电压DC2.8V5.5V；静态休眠电流小于10uA。本设计结合易用和成本等各方面的考虑，选用WT588作为语音模

32、块方案。2.1.6 步进电机驱动方案 对于步进电机驱动器来说，其主要被视为一种把电脉冲直接转型成角位移的执行机构。一旦步进驱动器有效接收了一个脉冲信号，其便能够驱动步进电机根据所具体设定的方向转换为一个固定的角度，这一驱动器的旋转主要是在固定的角度之下一步一步进行运转。能够借助于控制脉冲的个数而有效地对角位移量进行控制，最终实现精确定位的目的。方案一：关于L298芯片，其主要是一种H桥式的驱动器，将其直接设计成为一种能够有效接受标准TTL逻辑的电平信号，能够直接被运用到驱动电感性负载。H桥能够有效承受46V电压，相电流达到了2.5A。L298的逻辑电路所具体使用的是5V电源，而功放级所具体使用

33、的是546V电压，下桥的发射极全部都是独自引出，从而有利于直接接入电流的取样电阻。L298所具体采用的是十五脚的双列直插小瓦数式的封装，属于工业品等级。关于H桥驱动的核心特点，实际上就是可以对电机绕组进行正反两个主要方向的通电。方案二：ULN2003A芯片，它是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出端为高电平。也可以作为一些器件，如步进电机的驱动电路。它具有价格低廉的特点。本设计使用的步进电机功率较小，从性价比来考虑，选用方案二的ULN2003A芯片作为单片机的驱动芯片。2.2. 智能广告控制系统方案本设计的核心为单片机控

34、制模块，通过单片机协调各模块之间的运作。通过步进电机的转动可以自动输出多种广告画面。通过人体感应模块自动识别广告窗前是否有人，若广告窗前有人，则通过语音模块播放语音，没人时，则继续滚动广告画面。由于加入的时钟芯片，海报的展示时间可以调节，时钟芯片DS1302采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力，即使在断电的情况下也能使计时准确。其中开机时间、关机时间通过键盘来进行调节。以上功能通过以下模块：单片机模块，时钟模块，人体检测模块，液晶显示模块，语音模块，步进电机驱动模块，键盘和电源即可满足设计要求。本系统的电路设计方框图如图2.1所示:

35、1、电源为5V直流电；2、时钟模块采用DS13023、热释红外感应模块4、微型控制器部分芯片采用单片机STC89C52；5、显示部分采用LCD1602显示屏来显示；6、步进电机驱动用ULN2083组成；6、语音模块采用WT588模块；8、按键用来调节开、关机时间值。时钟模块DS1302 02单片机STC89C52显示屏LCD1602电源 按键人体检测模块步进电机驱动模块语音模块图2.1 系统原理框图第三章 系统硬件设计3.1 单片机设计方案单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点使把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一

36、块单片机芯片就是一台计算机。单片机是微型计算机的主要分支，它的结构中最重要的特征是把CPU，存储器，定时器，和各种电路集成在单个超大规模集成芯片上。在其组成和功能而言，在单一的芯片上组成了一台计算机。单片机具有如下特点：有极高的性能价格比；1 集成度相对较高、体积较小、可靠性较高；2 控制功能相对较强；3 功耗较低、电压较低，有利于生产出便携式的产品；4 外部总线加入了I2C、SPI等多种串行总线的方式，大大缩小了整体体积，精简了结构；5 单片机的系统扩展及系统配置相对来说比较规范，容易构造成各种规模的应用系统。因此，单片机被广泛用于智能电表，机电一体化，实时控制，分布式多处理器系统，以及人们

37、的生活各个角落。单片机应用具有十分重要的意义，它已经从根本上改变了传统控制系统的设计思路和方法。大多数过去的必须是功能性的模拟电路或数字电路实现的功能，单片机的软件已能够全部实现。由软件代替硬件控制技术，是生产控制技术的一场革命。7使用单片机的智能性，电子时钟可以很容易地设计成具有智能功能的。微控制器有一个时钟振荡系统，微处理器系统利用时钟定时器/计数器功能来实现电子时钟功能。然而，这种设计系统时钟误差较大时，累积误差也更大，因此它可以通过纠错软件进行修正，或添加设计高精度时钟日历芯片，以达到精确的时间。还有很多不同的微控制器功能都是兼容的，这就比较容易实现产品的多功能性。目前在单片机系统中，

38、广泛使用8XC5X主微处理器芯片微控制器系列。该设备是标准MCS- 51内核，兼容的硬件资源，种类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低，货源充足，方便调试和编程，所以应用广泛。例如，常用的STC89C52单片机，具备了8KB闪存，其具备可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微型计算机。有32个可编程I/ O引脚，2个16位定时器以及计数器，六个中断源，可直接驱动LED输出。系统内部的闪存芯片可适于允许程序或用常规的非易失性存储器编程到程序。因此，STC89C52是一款功能强大，灵活性高和价格合理的单芯片，可在各种控制领域很容易地应用。STC89C52具有以下主要性能：1. 8K

39、B可改编程序闪存存储器；2. 全静态工作：024MHz；3. 128×8字节内部RAM；4. 32个外部双向输入/输出（I/O）口；5. 6个中断优先级； 2个16位可编程定时计数器；6. 具有可编程的串行通道；7. 内部时钟振荡器。此外，STC89C52的设计采用静态逻辑，工作频率可以降低到0Hz，并提供两个可用软件进行选择的省电模式 - 空闲模式以及掉电模式。处于空闲模式之下，CPU停止工作，而RAM，定时/计数器，串行口以及中断系统持续进行工作。处于掉电模式之下，片上振荡器会暂停工作，因为时钟是“冻结”，使全部功能都停止，保存的片内RAM只有内容，直到下一个硬件复位。8单片机最

40、小系统主要由复位电路，晶振电路，电源等几部分组成。1. 复位电路复位电路有两种方式：上电复位和按钮复位，我们主要用上电复位方式。如图3 .1所示。图3.1 时钟和复位电路2. 晶振电路单片机系统的晶体振荡器在单片机系统中的作用是非常大的，整个部分被称为晶体振荡器，他结合了微控制器MCU的内部电路来产生所需的时钟频率，单片机振荡器的频率时钟越高，那么MCU的运行速度就更快速，单片机实现所有的指令都是基于振荡器时钟频率。在正常工作条件下，一个普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。有的精度更高。晶振通常与锁相环电路一起使用，以提供所需的系统时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用同一

41、个晶振相连的不同的锁相环来提供。根据技术手册：电容取30PF，晶振为11.0592MHz3.2 时钟日历芯片设计DALLAS公司推出的DS1302是一款高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态RAM，采用与CPU的SPI同步通信三线接口，并借助于突发的方式输送多个字节的时钟信号以及数据RAM。实时时钟能够有效地提供除了秒，分，小时以外，还包括了天，周，月以及年，一个月超过三十一天少能够进行自动调整，且具备了闰年补偿的功能。 运用2.55.5V的宽工作电压。采用了双电源，能设定成备用电源充电模式，为其准确地提供了后备电源涓流充电电流的强大功能。有双主用以及备用电源引脚，并通过一个大电容

42、的备用电源（>1F）代替。应当强调的是，DS1302需要使用32.768KHz晶体。9 DS1302引脚说明：DS1302引脚图参照图3.2。图3.2 DS1302芯片引脚图在编程过程中，应注意DS1302工作时序。DS1302是SPI总线驱动器方式。这不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。与DS1302的通信，首先需要了解它的控制字。DS1302的控制字如表3.1。寄存器名称765432101RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W秒寄存器10000000/1分寄存器10000010/1小时寄存器10000100/1日寄存器10000110/1月寄存器10001000/

43、1星期寄存器10001010/1年寄存器10001100/1写保护寄存器10001110/1慢充电寄存器10010000/1时钟突发寄存器10101110/1表3.1 DS1302控制字（即地址及命令字节）控制字是设定DS1302的工作方式、传送字节数等工作方式。数据的传输都是由控制字开始的。控制字每一位的含义和作用如下：1. BIT7：控制字的最高有效位，必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。2. BIT 6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；3. BIT 5至BIT 1（A4A0）：用A4A0表示，定义片内寄存器和RAM的地址。定义如下：当位6

44、位= 0，该地址被定义时钟和其它寄存器。 A4A0= 06，秒，分钟，小时，天，月，周，年寄存器的顺序。当A4A0 =7，芯片写保护寄存器地址。当A4A0=8，选择为慢充电参数。当A4A0 =31，突发模式时钟选择寄存器。当位6=1，地址的RAM中的定义，A4A0= 030，对应的RAM每个子地址，RAM地址31对应于所述多字节模式选择寄存器。4. BIT 0 0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个

45、SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。DS1302的1脚接电源正极，2、3脚接一个走时的晶振，4脚接电源负极，5-7脚与单片机的P34、P35、P36相连，8脚接纽扣电池的正极。具体电路如图3.3所示：图3.3 DS1302时钟芯片原理图3.3 语音模块电路的组成WT588D是一款具有单片机内核的语音芯片，因此，可以冠名为WT588D系列语音单片机。本设计采用按键控制模式用三极管代替按键对语音模块进行触发控制。WT588D的3、4脚是PWM输出端口，直接可以驱动小功率的喇叭，这里接的是一个0.5W8的喇叭；8脚与电源负极相连；12、13脚是触发端，分别和

46、三极管Q1、Q2的集电极相连，当三极管导通时，对应的语音就会播报，三极管的控制信号取自单片机的P24、P25；14和16脚与3.3V的电源相连，为语音模块提供电源。具体电路如图3.4所示：图3.5 语音模块电路原理图3.4 LCD显示电路显示电路具体采用的是1602字符型液晶，其主要被当成是一种运用在对字母、数字及符号等进行显示的点阵型液晶模块5。 它有许多个5X7亦或5X11等多个点阵字符位构成的，每个点阵字符位均能够显示一个字符。每一位之间均一个点距的间隔，每行之间也有一定的间隔，发挥了字符间距与行间距的强大作用。1602的驱动电路具备了11条指令，能够便捷地的控制液晶的实际效果，比如：清

47、屏以及光标显示。同时，1602显示的字符在下一条指令为到来的前提下不会发生任何改变，换句话说，就是可以维持显示的字符，1602液晶所实际占用的系统资源相对较少。RS是复位脚与单片机的P10相连，控制线RW、E分别是数据和片选线，分别与单片机的P11、P12相连，LCD1602的数据接口DB0DB7和单片机的P0口相连。电阻R1的作用是调节提供给驱动器的供压，从而调节液晶显示的对比度。电阻R2的作用是背光板的限流电阻，调节此电阻的大小可以调节液晶显示的亮度。 显示电路图如图3.5所示：图3.5 显示电路原理图3.5 键盘控制系统的设计按键需要4个，分别是：S1返回按键，从设定菜单返回上一级菜单，

48、直至主界面；S2加数键，调整选中的数值，短按为加1，长按超过1秒为连加；S3减数键，调整选中的数值，短按为减1，长按超过1秒为连减；S4 菜单键，进入设定菜单。4个按键分别与单片机的P20-P23相连接，按键按下时，相应的单片机端口被拉低为低电位。其电路如图3.6所示：图3.6 按键调时电路3.6 步进电机驱动电路步进电机驱动电路以ULN2803 为核心，它的公共端10脚接电源正极，9脚接电源负极，输入脚1-4脚分别与单片机的P14-P17口相连接，输出端15-18脚与步进电机的4根相线相连，步进电机的公共端接电源正极。具体电路如图3.7所示：图3.7 步进电机驱动电路3.7 人体检测电路人体

49、感应模块，就是热释电红外的传感器模块，是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器，它在很多应用领域中都有着广泛的应用，举例而言，在房间没有住人时会自动地关闭房间内的空调机及饮水机等各种电器。电视机可以自动识别无人观看或观众已经睡着自动关机电器的结构。开启监视器或者自动门铃上的实际应用。HC-SR501模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式。HC-SR501模块的内部原理图如图3.8所示：图3.8HC-SR501人体感应模块内部原理图 HC-SR501模块的3脚与电源正极相连，1脚与电源负极相连，2脚输出端与单片机

50、的P32相连，当检测到有人时，P32口被拉低为低电平。具体连接电路图如图3.9所示：图3.9单片机和HC-SR501模块原理图3.8 电源电路整个电路使用了三种电源，+5V电源为整个电路供电。而+3V电源仅作为DS1302的备用电源。当+5V电源被切断后，DS1302启用+3V电源，可以保持DS1302继续工作。当+5V电源恢复供电，LCD依旧显示当前时间，而不会因为断电使系统复位到初始化时间，避免了重新校时的麻烦。另外还有一个语音电路使用的+3.3V采用三端集成稳压器ASM1117-3.3作为电路的稳压电源。图3.10电源模块原理图第四章 系统软件设计4.1 编程软件 keil单片机开发的过

51、程中除了一些必要的硬件以外，同样也不能离开相关的软件，用户编写的汇编语言源程序想要直接转化成CPU能够直接执行的机器码，具体来说有2种主要方法，其一是是手工汇编，其二是机器汇编。现阶段，手工汇编的方法已较少使用。Keil实际上已经有效提供了包括C编译器、库管理在内的一个相对较为完整开发方案，借助于一个集成开发环境把这几个部分有效组合在一起。运行Keil软件所必须具备的Pentium或以上的CPU，16MB或更大量RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WINXP等多种操作系统。104.2主程序设计该控制系统的程序主要分为三部分：主程序、步进电机控制程序、键盘扫描子程序、显示子程序、时钟读写子程序、热

52、体感应子程序和各种中断子程序。主程序完成系统的地址分配、系统初始化和各子程序的调用。软件设计是本控制系统设计的核心，在完成了系统硬件的搭接之后，剩下来的主要任务接是系统软件的设计。主程序主要有定义变量、初始化程序、各种子程序调用和报警控制程序组成，其流程图如图4.1所示：YY初始化NY语音输出调整子程序调用显示子程序是否执行？是否按键？调用键盘扫描子程序读人体传感器读时钟芯片开始NNYN图4.1 主程序流程图3 键盘扫描程序为了实现单个按键复用的效果，本设计采用状态机设计方法来编写键盘扫描程序，键盘扫描子程序利用时间中断程序，每隔10MS调用一次，监控键盘的状态。T0定时中断程序主要是实现10

53、ms的定时时间，并且对变量DS进行加一处理，其中在对T0进行赋初值时，选择为TH0=0xdc，TL0=0x00，主要是c语言在经过反汇编后，一条c语句将会编译成几条语句，这样就增加了指令执行的时间，使定时产生误差，而在经过多次调试后，选择以上数值为T0初值是最接近10ms。键盘扫描流程图如图4.2所示： NNNYY返回键值2是否释放？是否1秒到？返回键值1是否抖动？无按键状态图4.2 键盘扫描流程图4.4 步进电机驱动子程序根据步进电机手册上提供的时序图，画出步进电机驱动子序流程图如图4.3所示：开始D相得电初始化端口A相得电B相得电C相得电返回 图4.3 步进电机驱动子程序4.5 LCD1602显示子程序LCD1602显示子程序流程图如图4.4所示：写指令1602初始化开始N写数据计数器为0？写数据Y结束图4.4 LCD602显示子程序流程图设计总结 通过数周的努力，本次课程设计的任务基于单片机的智能广告控制系统的设计已经完成。本系统以STC89C52为核心部件，利用软件编程，通过键盘控制和LCD显示屏显示实现了时钟功能、广告滚动播放、人体识别、语音播报功能。实现了题目的基本要求时，尽可能做到硬件电路简单稳定，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够和环境因素引起的误差。由于时间有限和本身知识水平的发挥，我们认为本系统还有需要改进和提高的地方，例如选用更高精度的元件，硬件电