開題報告--單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn)

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)開題報告</p><p>　　題目：單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn)</p><p>　　課 題 類 型： 設計□ 實驗研究□ 論文■ </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　專 業(yè) 班

2、級： </p><p>　　學 院： 電氣工程學院</p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　開 題 時 間： 2013年3月21日</p><p>　　1 論文內容及研究意義</p><p>　　1.1 論文的主要內容</p><p&g

3、t;　　基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設計主要進行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設計主要做了如下幾方面的工作：</p><p>　　一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，在這里，本設計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示 &l

4、t;/p><p>　　二是進行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。</p><p>　　三是進行軟件系統(tǒng)設計，對本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內部結構和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。</p><p>　　1.2 論文的研究意義</p>

5、<p>　　城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發(fā)展。早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏

6、斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動化的控制來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起過

7、一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信</p><p>　　2單片機交通燈的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　2.1單片機的研究現(xiàn)狀</p><p>　　計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡化。以解決復雜系統(tǒng)計算和高

8、速數(shù)據(jù)處理的仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡不可能做到的。單片機的最新技術進步，包括數(shù)字單片機的工藝及技術，模糊單片機的工藝及技術，單片機的可靠性技術，以及以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)。 </p>&

9、lt;p>　　2.1.1數(shù)字單片機的技術發(fā)展 </p><p>　　數(shù)字單片機的技術進步反映在內部結構、功率消耗、外部電壓等級以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，但是，要求也越來越高。下面分別就這四個方面說明單片機的技術進步狀況。 </p><p>　　1、 內部結構的進步 </p><p>　　單

10、片機在內部已集成了越來越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉換器，D /A轉換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。 有的單片機為了構成控制網(wǎng)絡或形成局部網(wǎng)，內部含有局部網(wǎng)絡控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機C167CS-32FM中，內部還含

11、有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構成網(wǎng)絡。特別是在控制，系統(tǒng)較為復雜時，構成一個控制網(wǎng)絡十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內部設置了專門用于變頻控制的脈寬調制控制電路，這些單片機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機中，脈寬調制電路有6個通道輸出，可產生三相脈寬調制交流電壓，并內

12、部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核（TrCore）結構。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（</p><p>　　2、 功耗、封裝及電源電壓的進步 </p><p>　　現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。Philips公司的單片機P87LPC762是一個很典型的例子，在空閑時

13、，其功耗為1.5mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人驚嘆的是TI公司的單片機MSP430系列，它是一個 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三種。當電源為3V時，如果工作于 LMP1方式，即使外圍電路處于活動，由于CPU不活動，振蕩器處于1～4MHz，這時功耗只有50?A。在LPM3 時，振蕩器處于32kHz，這時功耗只有1.3?A。在LPM4時，CPU、外圍及振蕩器32

14、kHz都不活動，則功耗只有0.1A。 </p><p>　　現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。在這種形勢中，Microchip公司推出的8引腳的單片機特別引人注目。這是PIC12CXXX系列。它含有0.5～2K程序存儲器，25～128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，6個I/O端口以及一個定時器，有的還含4道A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應用

15、。擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然能工作是今天單片機發(fā)展的目標之一。目前，一般單片機都可以在3.3～5.5V的條件下工作。而一些廠家，則生產出可以在2.2～6V的條件下工作的單片機。這些單片機有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，應該說該公司的F2MC-8L系列單片機絕大多數(shù)都滿足2.2～6V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達2.2V的。

16、 </p><p>　　3、 工藝上的進步 </p><p>　　現(xiàn)在的單片機基本上采用CMOS技術，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6?m以上的光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司則已采用0.35?m甚至是0.25?m技術。這些技術的進步大大地提高了單片機的內部密度和可靠性。 </p><p>　　2.1.2以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng) </p>&l

17、t;p>　　單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設備中。目前，把單片機嵌入式系統(tǒng)和Internet連接已是一種趨勢。但是，Internet一向是一種采用肥服務器，瘦用戶機的技術。這種技術在互聯(lián)上存儲及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的，但對于控制嵌入式器件就成了"殺雞用牛刀"了。要實現(xiàn)嵌入式設備和Int ernet連接，就需要把傳統(tǒng)的Internet理論和嵌入式設備的實踐都顛倒過來

18、。為了使復雜的或簡單的嵌入式設備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實可行地和Internet連接，就要求專門為嵌入式微控制器設備設計網(wǎng)絡服務器，使嵌入式設備可以和Internet相連，并通過標準網(wǎng)絡瀏覽器進行過程控制。 目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家公司在進行這方面的較多研究。這方面較為典型的有emWare公司和TASKING公司。 </p><p>　　EmWa

19、re公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案--EMIT技術。這個技術包括三個主要部分：即emMicro， emGateway和網(wǎng)絡瀏覽器。其中，emMicro是嵌入設備中的一個只占內存容量1K字節(jié)的極小的網(wǎng)絡服務器； emGateway作為一個功能較強的用戶或服務器，它用于實現(xiàn)對多個嵌入式設備的管理，還有標準的Internet 通信接入以及網(wǎng)絡瀏覽器的支持。網(wǎng)絡瀏覽器使用emObjicts進行顯示和嵌入式設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 </p>

20、<p>　　如果嵌入式設備的資源足夠，則emMicro和emGateway可以同時裝入嵌入式設備中，實現(xiàn)Inter net的直接接入。否則，將要求emGateway和網(wǎng)絡瀏覽器相互配合。EmWare的EMIT軟件技術使用標準的 Internet協(xié)議對8位和16位嵌入式設備進行管理，但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。 </p><p>　　目前，單片機應用中提出了一個新的問題：這就是如何使8位、16位單片機控制

21、的產品，也即嵌入式產品或設備能實現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連 </p><p>　　TASKING公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把emWare的EMIT軟件包和有關的軟件配套集成，形成一個集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟ETI（embed the Internet Consortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式Internet的解決方案。在不久將會有成果公布。</p><

22、p>　　2.1.3 單片機應用的可靠性技術發(fā)展 </p><p>　　在單片機應用中，可靠性是首要因素為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機的生產廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，這些新技術表現(xiàn)在如下幾點： </p><p><b>　　1、 EFT技術 </b></p><p>

23、;　　EFT技術是一種抗干擾技術，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機工作的可靠性。Motorola公司的 MC68HC08系列單片機就采用了這種技術。 </p><p>　　2、 低噪聲布線技

24、術及驅動技術 </p><p>　　在傳統(tǒng)的單片機中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機的內部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 </p><p>　　現(xiàn)在為了適應各種應

25、用的需要，很多單片機的輸出能力都有了很大提高，Motorola公司的單片機I/O口的灌拉電流可達8mA以上，而Microchip公司的單片機可達25mA。其它公司：AMD，F(xiàn)ujitsu，NEC ，Infineon，Hitachi，Ateml，Tosbiba等基本上可達8～20mA的水平。這些電流較大的驅動電路集成到芯片內部在工作時帶來了各種噪聲，為了減少這種影響，現(xiàn)在單片機采用多個小管子并聯(lián)等效一個大管子的方法，并在每個小管子的輸出端

26、串上不同等效阻值的電阻，以降低di/dt，這也就是所謂"跳變沿軟化技術"，從而消除大電流瞬變時產生的噪聲。 </p><p>　　3、 采用低頻時鐘 </p><p>　　高頻外時鐘是噪聲源之一，不僅能對單片機應用系統(tǒng)產生干擾，還會對外界電路產生干擾，令電磁兼容性不能滿足要求。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機中采用內部瑣相環(huán)技術，則

27、在外部時鐘較低時，也能產生較高的內部總線速度。從而保證了速度又降低了噪聲。Motorola公司的MC68HC08系列及其1 6/32位單片機就采用了這種技術以提高可靠性。 </p><p>　　2.2 單片機的發(fā)展趨勢</p><p>　　現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流C51系列兼

28、容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：</p><p>　　1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密

29、度金屬氧化物半導體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑</p><p>　　2.微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(RO

30、M)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉換器、PMW(脈寬調制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將LCD(液晶)驅動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。此外，現(xiàn)在的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單

31、片機都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展</p><p>　　3.主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結構和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產品，ATMEL公司的產品和中國臺灣的Winbond列單片機。所以C8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指

32、令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產量與日俱增，與其低價質優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA公司的產品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)

33、據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將</p><p>　　1.在智能儀器儀表上的應用</p><p>　　單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和

34、使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　2.在工業(yè)控制中的應用</p><p>　　用單片機可以構成形式多樣的

35、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。</p><p>　　3.在家用電器中的應用</p><p>　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。</p><p>　　4.在計算機網(wǎng)絡和

36、通信領域中的應用</p><p>　　現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。</p><p>　　5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用<

37、;/p><p>　　單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。</p><p><b>　　3 論文研究方案</b></p><p>　　設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁

38、行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1，周而復始，即如圖2.1所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：</p><p>　　◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行

39、。</p><p>　　◆東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。</p><p>　　◆南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。</p><p>　　◆南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時2秒。此狀態(tài)下，

40、除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換</p><p>　　東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。</p><p><b>　　4 論文工作計劃</b></p><p>　　第一周 接收指導

41、老師編制的畢業(yè)設計任務書。</p><p>　　第二周 查資料寫開題報告和計劃進度表。</p><p>　　第三周 查資料寫開題報告和計劃進度表。</p><p>　　第四周 查資料寫開題報告和計劃進度表。</p><p>　　第五周 完成文獻查閱，明確交通燈控制的設計思路以及方法步驟。</p><p>　　第

42、六周 完成課題設計技術方案。</p><p>　　第七周 完成各功能設計。</p><p>　　第九周 整理資料完成論文初稿。</p><p>　　第十周 對上述工作進行整理和完善。</p><p>　　第十一周 根據(jù)論文撰寫規(guī)范，寫出論文框架。</p><p>　　第十二周 以所得成果為依據(jù)，撰寫論文。&

43、lt;/p><p>　　第十三周 撰寫論文。</p><p>　　第十四周 撰寫論文。</p><p>　　第十五周 根據(jù)老師指導，改善不足之處，完成論文。</p><p>　　第十六周 根據(jù)老師指導，改善不足之處，完成論文。</p><p>　　第十七周 查閱資料，找出知識點，準備答辯。</p>

44、<p>　　第十八周 整理答辯自述和問題準備答辯。</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p>　　[1] 周力，陳躍東，江明.城市智能交通信號控制系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表.2006，(6):37-40.</p><p>　　[2] 楊漢祥，劉良福，鄔喜輝.利用單片機改進交通燈控制系統(tǒng)[J].北京電子科

45、技學院學報，2005，13（4）：68-71</p><p>　　[3] 李忠國.單片機應用技能實訓[M].北京：人民郵電出版社，2006.</p><p>　　[4] 先鋒工作室.單片機程序設計實例[M].北京：清華大學出版社，2003.</p><p>　　[5] 樓然苗.單片機課程設計指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.</p>

46、<p>　　[6] 王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京： 北京航空航天大學出版社， 2004.</p><p>　　[7] 李學海.標準80C51單片機基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社, 2006.</p><p>　　[8] 劉樂善.微型計算機接口技術及應用[M].北京：華中科技大學出版社 ,2004.<

47、;/p><p>　　[9] 李伯成.基于MCS-51單片機的嵌入式系統(tǒng)的設計[M].北京： 電子工業(yè)出版社， 2004. </p><p>　　[10] 吳洪潭，肖艷萍，趙偉國.單片機原理及應用系統(tǒng)設計[M].北京：國防工業(yè)出版社， 2005</p><p><b>　　6 附錄 英文翻譯</b></p

48、><p><b>　　6.1 英文原文</b></p><p>　　The Description of AT89S51</p><p>　　1.1 General Description</p><p>　　The AT89S51 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit mi

49、crocontroller with 4K bytes of In-System Programmable Flash memory. The device is manufactured using Atmel’s high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard 80C51 instruction set.

50、The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU with In-System Programmable Flash on a monolithic chip, the

51、At</p><p><b>　　1.2 Ports</b></p><p>　　Port 0 is an 8-bit open drain bi-directional I/O port. As an output port, each pin can sink eight TTL inputs. When 1s are written to port 0 pins

52、, the pins can be used as high-impedance inputs. Port 0 can also be configured to be the multiplexed low-order address/data bus during accesses to external program and data memory. In this mode, P0 has internal pull-ups.

53、 Port 0 also receives the code bytes during Flash programming and outputs the code bytes during program verification. External pull-ups </p><p>　　Port 2 is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull

54、-ups. The Port 2 output buffers can sink/source four TTL inputs. When 1s are written to Port 2 pins, they are pulled high by the internal pull-ups and can be used as inputs. As inputs, Port 2 pins that are externally bei

55、ng pulled low will source current (IIL) because of the internal pull-ups.Por2 emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit add&

56、lt;/p><p>　　1．3 Special Function Registers</p><p>　　A map of the on-chip memory area called the Special Function Register (SFR) space is shown </p><p><b>　　Values</b></

57、p><p>　　Note that not all of the addresses are occupied, and unoccupied addresses may not be implemented on the chip. Read accesses to these addresses will in general return random data, and write accesses will

58、 have an indeterminate effect. User software should not write 1s to these unlisted locations, since they may be used in future products to invoke new features. In that case, the reset or inactive values of the new bits w

59、ill always be 0. Interrupt Registers: The individual interrupt enable bits are</p><p>　　Dual Data Pointer Registers: To facilitate accessing both internal and external data memory, two banks of 16-bit Data P

60、ointer Registers are provided: DP0 at SFR address locations 82H-83H and DP1 at 84H-85H. Bit DPS = 0 in SFR AUXR1 selects DP0 and DPS = 1 selects DP1. The user should always initialize the DPS bit to the appropriate value

61、 before accessing the respective Data Pointer Register. Power Off Flag: The Power Off Flag (POF) is located at bit 4 (PCON.4) in the PCON SFR. POF is set to “1” </p><p>　　1.4Memory Organization</p>&l

62、t;p>　　MCS-51 devices have a separate address space for Program and Data Memory. Up to 64K bytes each of external Program and Data Memory can be addressed.</p><p>　　Program Memory</p><p>　　If

63、the EA pin is connected to GND, all program fetches are directed to external memory. On the AT89S51, if EA is connected to VCC, program fetches to addresses 0000H through FFFH are directed to internal memory and fetches

64、to addresses 1000H through FFFFH are directed to external memory.</p><p>　　Data Memory</p><p>　　The AT89S51 implements 128 bytes of on-chip RAM. The 128 bytes are accessible via direct and indir

65、ect addressing modes. Stack operations are examples of indirect addressing, so the 128 bytes of data RAM are available as stack space.</p><p>　　1.5 Watchdog Timer (One-time Enabled with Reset-out) </p>

66、<p>　　The WDT is intended as a recovery method in situations where the CPU may be subjected to software upsets. The WDT consists of a 14-bit counter and the Watchdog Timer Reset (WDTRST) SFR. The WDT is defaulted

67、to disable from exiting reset. To enable the WDT, a user must write 01EH and 0E1H in sequence to the WDTRST register (SFR location 0A6H). When the WDT is enabled, it will increment every machine cycle while the oscillato

68、r is running. The WDT timeout period is dependent on the external clock f</p><p>　　Using the WDT</p><p>　　To enable the WDT, a user must write 01EH and 0E1H in sequence to the WDTRST register (S

69、FR location 0A6H). When the WDT is enabled, the user needs to service it by writing 01EH and 0E1H to WDTRST to avoid a WDT overflow. The 14-bit counter overflows when it reaches 16383 (3FFFH), and this will reset the dev

70、ice. When the WDT is enabled, it will increment every machine cycle while the oscillator is running. This means the user must reset the WDT at least every 16383 machine cycles. To reset the WD</p><p>　　WDT D

71、URING Power-down and Idle</p><p>　　In Power-down mode the oscillator stops, which means the WDT also stops. While in Power-down mode, the user does not need to service the WDT. There are two methods of exiti

72、ng Power-down mode: by a hardware reset or via a level-activated external interrupt, which is enabled prior to entering Power-down mode. When Power-down is exited with hardware reset, servicing the WDT should occur as it

73、 normally does whenever the AT89S51 is reset. Exiting Power-down with an interrupt is significantly differen</p><p>　　1.6Interrupts </p><p>　　The AT89S51 has a total of five interrupt vectors: t

74、wo external interrupts (INT0 and INT1), two timer interrupts (Timers 0 and 1), and the serial port interrupt. These interrupts are all shown in Figure 6-1. Each of these interrupt sources can be individually enabled or d

75、isabled by setting or clearing a bit in Special Function Register IE. IE also contains a global disable bit, EA, which disables all interrupts at once.</p><p>　　Note that Table 6-1 shows that bit positions I

76、E.6 and IE.5 are unimplemented. User software should not write 1s to these bit positions, since they may be used in future AT89 products. The Timer 0 and Timer 1 flags, TF0 and TF1, are set at S5P2 of the cycle in which

77、the timers overflow. The values are then polled by the circuitry in the next cycle.</p><p>　　1.7 Oscillator Characteristics </p><p>　　XTAL1 and XTAL2 are the input and output, respectively, of a

78、n inverting amplifier that can be configured for use as an on-chip oscillator, as shown in Figure 7-1. Either a quartz crystal or ceramic resonator may be used. To drive the device from an external clock source, XTAL2 sh

79、ould be left unconnected while XTAL1 is driven, as shown in Figure 7-2. There are no requirements on the duty cycle of the external clock signal, since the input to the internal clocking circuitry is through a divide-by-

80、</p><p>　　Figure 7-1 Oscillator Connections</p><p>　　Note: for Crystals</p><p>　　for Ceramic Resonators</p><p>　　1.8 Idle Mode</p><p>　　In idle mode, the

81、CPU puts itself to sleep while all the on-chip peripherals remain active. The mode is invoked by software. The content of the on-chip RAM and all the special function registers remain unchanged during this mode. The idle

82、 mode can be terminated by any enabled interrupt or by a hardware reset. </p><p>　　Note that when idle mode is terminated by a hardware reset, the device normally resumes pro-gram execution from where it lef

83、t off, up to two machine cycles before the internal reset algorithm takes control. On-chip hardware inhibits access to internal RAM in this event, but access to the port pins is not inhibited. To eliminate the possibilit

84、y of an unexpected write to a port pin when idle mode is terminated by a reset, the instruction following the one that invokes idle mode should not write to</p><p>　　1.9Power-down Mode</p><p>　　

85、In the Power-down mode, the oscillator is stopped, and the instruction that invokes Power-down is the last instruction executed. The on-chip RAM and Special Function Registers retain their values until the Power-down mod

86、e is terminated. Exit from Power-down mode can be initiated either by a hardware reset or by activation of an enabled external interrupt (INT0 or INT1). Reset redefines the SFRs but does not change the on-chip RAM. The r

87、eset should not be activated before VCC is restored to its n</p><p><b>　　6.2 中文譯文</b></p><p><b>　　AT89S51概述</b></p><p><b>　　1.1 一般概述 </b></p&g

88、t;<p>　　該AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位微控制器,可在4K字節(jié)的系統(tǒng)內編程的閃存存儲器。該設備是采用Atmel的高密度、非易失性存儲器技術和符合工業(yè)標準的80C51指令集和引腳。芯片上的Flash程序存儲器在系統(tǒng)中可重新編程或常規(guī)非易失性內存編程 。通過結合通用8位中央處理器的系統(tǒng)內可編程閃存的單芯片， AT89S51是一個功能強大的微控制器提供了高度靈活的和具有成本效益的解決辦法，可在許多嵌入式

89、控制中應用。 在AT89S51提供以下標準功能： 4K字節(jié)的Flash閃存 ， 128字節(jié)的RAM ， 32個 I / O線，看門狗定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器， 5向量兩級中斷結構，全雙工串行端口，片上振蕩器和時鐘電路。此外， AT89S51設計了可降至零頻率的靜態(tài)邏輯操作和支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。在空閑模式下停止CPU的工作，但允許RAM 、定時器/計數(shù)器、串行接口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運行。掉電模式保存RAM中的

90、內容，停止振蕩器工作并禁止其它所有部件工作，直到下一個外部中斷或硬件復位。 </p><p><b>　　端口</b></p><p>　　P0端口是一個8位漏極開路雙向I / O端口。作為一個輸出端口，每個引腳可驅動8個TTL輸入。對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0端口也可以配置為復低階地址/數(shù)據(jù)總線。在訪問期間激活內部上拉電阻。

91、在Flash編程時，PO端口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，同時要求外接上拉電阻。 P1端口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I /O端口。P1端口的輸出緩沖級可以驅動四個TTL輸入。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作為輸入口時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL），F(xiàn)lash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。P2端口是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I

92、/O端口。P2端口的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL輸入。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。當作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @ DPTR指令 ）時，P2端口</p><p>　　1.2特殊功能寄存器 </p><p>

93、　　值得注意的是，這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址也不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元不能得到預期的結果。不要用軟件訪問這些未定義的單元，這些單元是留作以后產品擴展用途的，復位后這些新的位將為0。 中斷寄存器：各個中斷控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。</p><p>　　雙數(shù)據(jù)指針寄存器：為了便于訪問內部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供兩個16位數(shù)據(jù)指針寄存器：

94、DP0位于SFR（特殊功能寄存器）區(qū)塊中的地址82H - 83H和DP1位于84H - 85H 。當SFR中的位DPS = 0選擇DP0，而DPS=1則選擇DP1 。用戶應在訪問相應的數(shù)據(jù)指針寄存器前初始化DPS位。電源空閑標志：電源空閑標志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第四位（PCON.4）,電源打開時POF置“1”，它可由軟件設置睡眠轉臺并不為復位所影響。</p><p><b>　　

95、1.3存儲器結構</b></p><p>　　MCS-51單片機內核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結構，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。</p><p><b>　　程序存儲器 </b></p><p>　　如果的EA引腳接地（GND），全部程序都可以執(zhí)行外部存儲器。在AT89S51 ，如果EA連接到電源+（VCC）

96、，程序首先執(zhí)行地址從0000H到FFFH內部存儲器，在執(zhí)行地址從1000H到FFFFH的外部程序存儲器。</p><p><b>　　1.4數(shù)據(jù)存儲器 </b></p><p>　　AT89S51具有128字節(jié)的內部RAM 。 這128字節(jié)都可以通過直接和間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進行，因此， 128字節(jié)都可以可作為堆棧空間。</p>

97、<p>　　1.5看門狗定時器 （WDT）</p><p>　　看門狗定時器（WDT）是為了解決CPU程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設置，它由一個14bit計數(shù)器和看門狗定時器復位SFR（WDTRST）構成。外部復位時，看門狗定時器（WDT）默認為關閉狀態(tài)，要打開WDT，用戶必須按順序將01EH和0E1H寫到WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H），當啟動了WDT，它會隨警惕振蕩器在每個機器周期計數(shù)

98、，除了硬件復位或WDT溢出復位外沒有其它方法關閉WDT，當WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復位脈沖。</p><p>　　1使用看門狗定時器（WDT）</p><p>　　用戶在打開WDT時，需要按次序將01EH和0E1H寫到WDTRST寄存器(SFR的地址為0A6H)，當WDT打開后，需要在一定的時候將01EH和0E1H寫道WDTRST寄存器以避免WDT計數(shù)溢出。14位WDT計數(shù)器

99、達到16383（3FFFH），WDT將溢出并使用器件復位。WDT打開時，它會隨著晶體振蕩器在每個機器周期計數(shù)，這意味著用戶必須在小于每個16383機器周期內復位WDT，也即寫01EH和0E1H到WDTRST寄存器，WDTRST為只寫寄存器。WDT計數(shù)器既不可讀也不可寫，當WDT溢出時，通常將使RST引腳輸出高電平的復位脈沖。復位脈沖持續(xù)時間為98xTosc，而Tosc=1/Fosc(晶體振蕩頻率)。為使WDT工作最優(yōu)化，必須在合適的程序

100、代碼時間段周期地復位WDT防止WDT溢出。</p><p>　　掉電和空閑模式下的WDT</p><p>　　掉電時期，晶體振蕩停止，看門狗定時器也停止。掉電模式下，用戶不嗯那個在復位看門狗定時器。有兩種方法可以推出掉電模式：硬件復位或通過激活外部中斷，當硬件復位退出掉電模式時，處理看門狗定時器可像通常的上電復位一樣。當由中斷退出掉電模式時則有所不同，中斷低電平狀態(tài)持續(xù)到晶體振蕩穩(wěn)定，當中

101、斷電平變?yōu)楦唠娖绞录纯上鄳袛喾?。以防止中斷誤復位，當器件復位，中斷引腳持續(xù)為低時，看門狗定時器并未開始計數(shù)，知道中斷引腳被拉高時為止。這為在掉電模式下的中斷執(zhí)行中斷服務程序而設置。為保證看門狗定時器在退出掉電模式時極端情況下不溢出，最好在進入掉電模式前復位看門狗定時器。在進入空閑模式前，看門狗定時器打開時，WDT是否繼續(xù)計數(shù)由SFR中的AUXR的WDIDLE位決定，在IDLE期間（位WDIDLE=0）默認狀態(tài)是繼續(xù)計數(shù)。為防止AT8

102、9S51從空閑模式中復位，用戶應該周期性地設置定時器，重新進入空閑模式。當WDIDLE位被置位，在空閑模式中看門狗定時器將停止計數(shù)，直到從空閑(IDLE)模式中退出重新開始計數(shù)。</p><p><b>　　1.6 中斷</b></p><p>　　AT89S51共有五個中斷向量：兩個外部中斷（ INT0和INT1 ） ，兩個定時器中斷（Timer0和Timer1)和