基于51單片機(jī)的交通燈的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　……..大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 基于51單片機(jī)的交通燈控制</p><p>　　學(xué)生姓名 …………. </p><p>　　指導(dǎo)老師

2、 …………. </p><p>　　所 屬 系 電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電子工程 </p><p>　　年 級(jí) ……..級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào)

3、 ……………… </p><p>　　基于51單片機(jī)的交通燈控制</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，那么靠什么來實(shí)現(xiàn)著井然有序呢，靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)，在日常生活中交通信號(hào)燈的使用，使交通得以有效管理，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通

4、行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈控制系統(tǒng)由STC90C58AD單片機(jī)，鍵盤，LED顯示，交通燈延時(shí)組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時(shí)間設(shè)置，LED顯示功能，使交通實(shí)現(xiàn)有效控制,從而提高交通燈控制系統(tǒng)的總體能力和綜合應(yīng)用能力。交通燈的使用從某種程度上也反映了一個(gè)城市的文明程度，和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，以及綜合實(shí)力。</p><p>　　關(guān)鍵詞 交通信號(hào)燈/STC90C58AD/單片機(jī)/LED/有效控制</

5、p><p>　　TRAFFIC LIGHTS CONTROL BASED ON</p><p>　　51SINGLE CHIP MICRO COMPUTER</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustli

6、ng, car dealers lane, people walkways, everything in good order and well arranged, so what to achieve in order? Is the traffic lights on the automatic command system, the use of traffic lights in everyday life, so that t

7、raffic can be effective control, for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. The traffic light control system consists of STC90C58AD single-chip microcomputer

8、, keyboard, L</p><p>　　KEY WORDS traffic signal lamp, stc90c58ad, mcu, led, effective control </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p&

9、gt;　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 交通燈的分類1</p><p>　　1.3 交通燈功能簡介2</p><p>　　1.4 路口交通簡介2</p><p

10、>　　1.5 單片機(jī)的發(fā)展4</p><p>　　1.5.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史4</p><p>　　1.6 單片機(jī)的發(fā)展趨勢5</p><p>　　1.6.1 CMOS化5</p><p>　　1.6.2 低功耗化5</p><p>　　1.6.3 低噪聲與高可靠性5</p><

11、p>　　1.6.4 高性能化6</p><p>　　1.6.5 小容量、低價(jià)格化6</p><p>　　1.6.6 外圍電路內(nèi)裝化6</p><p>　　1.6.7 串行擴(kuò)展技術(shù)6</p><p>　　1.6.8 集成化6</p><p><b>　　2 芯片簡介8</b><

12、;/p><p>　　2.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.1.1 中央處理器8</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8</p><p>　　2.1.3 程序存儲(chǔ)器(ROM)9</p><p>　　2.1.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)9</p><p>

13、　　2.1.5 并行輸入輸出(I/O)口9</p><p>　　2.1.6中斷系統(tǒng)9</p><p>　　2.1.7 時(shí)鐘電路9</p><p>　　2.2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.2.1 MCS-51整體說明10</p><p>　　2.2.2 MCS-51的引腳說明10</p>

14、;<p>　　2.3 8255芯片簡介12</p><p>　　2.3.1 8255可編程并行接口芯片簡介12</p><p>　　2.3.2 8255可編程并行接口芯片工作方式說明13</p><p>　　2.4 74LS373簡介13</p><p>　　2.4.1 74LS373管腳示意圖13</p>

15、<p>　　2.4.2 8051單片機(jī)引腳圖及引腳功能介紹14</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 交通燈狀態(tài)15</p><p>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)圖15</p><p>　　3.2.1 硬件設(shè)計(jì)框圖15</p><p>　　3.2.2 整個(gè)系統(tǒng)的的電路圖

16、16</p><p>　　3.2.3 最小系統(tǒng)16</p><p>　　3.2.4 交通燈電路圖17</p><p>　　3.2.5 控制電路圖18</p><p>　　3.2.6 倒計(jì)時(shí)電路圖19</p><p>　　3.3 硬件設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)

17、20</p><p>　　3.3.2 單片機(jī)的選擇20</p><p>　　3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)23</p><p>　　3.5 LED顯示電路26</p><p>　　4 軟件結(jié)構(gòu)及說明27</p><p>　　4.1 系統(tǒng)流程圖27</p><p>　　4.2 定時(shí)器原理28&

18、lt;/p><p>　　4.3 軟件定時(shí)原理29</p><p>　　4.4 硬件定時(shí)原理29</p><p>　　4.5 程序設(shè)計(jì)模塊29</p><p>　　4.6 T0中斷子程序30</p><p>　　4.7 INT0中斷子程序31</p><p>　　5 調(diào)試與功能說明32&l

19、t;/p><p>　　5.1 調(diào)試與分析32</p><p>　　5.2 調(diào)試故障分析32</p><p><b>　　6 結(jié)束語34</b></p><p>　　6.1 全文總結(jié)34</p><p>　　6.2 工作展望34</p><p><b>　　致

20、謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)部分源程序38</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)整體電路圖44</p><p>　　附錄3 系統(tǒng)仿真電路圖45</p><p><b>　　1 前言</b>

21、;</p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城

22、市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道

23、與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。，當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切 相連。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技 術(shù)革新。十字路口車輛穿梭，行人熙</p><p>　　1.2 交通燈的分類 </p><p>　　交通燈包括交通信號(hào)燈、交通工具信號(hào)燈和交通工具照明燈三類

24、。</p><p>　?、?交通信號(hào)燈：它是為管理交通工具和行人的動(dòng)向，傳達(dá)一種命令而設(shè)置的一類固定不動(dòng)的燈具。交通信號(hào)包括用燈光的顏色、閃爍和排列組合成的燈光信號(hào)和能顯示發(fā)光文字、符號(hào)的燈光標(biāo)志兩種。后者只用于陸上道路交通中，起指示限速、導(dǎo)向和表示道路情況等的作用。交通信號(hào)燈可按交通的種類分為：用于陸上交通的鐵路信號(hào)燈、道路交通信號(hào)燈，用于水上交通的航標(biāo)燈（大型的稱燈塔）和用于空中交通的機(jī)場燈、障礙燈等。 &l

25、t;/p><p>　?、?交通工具信號(hào)燈：它是安裝在交通工具上以顯示其存在和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一類燈具。包括飛機(jī)燈、船燈、火車燈和汽車燈。 </p><p>　?、?交通工具照明燈：它是安裝在交通工具內(nèi)部或外部起照明作用的燈具。其中照明前方或搜索目標(biāo)的一類燈具稱強(qiáng)光照明燈，它們有規(guī)定的光分布，如火車和汽車上的前照燈、船用探照燈、蘇伊士運(yùn)河燈和飛機(jī)的著陸滑行燈等。 </p><p&g

26、t;　　不同類型的交通燈的外形、結(jié)構(gòu)、光源、光分布和供電方式等有所不同，但光色和外殼防護(hù)性能基本相同。</p><p>　　1.3 交通燈功能簡介</p><p>　　本方案的交通燈就是一個(gè)簡易的交通指示燈控制系統(tǒng)，萬用電路板，LED燈，單片機(jī)，電阻等構(gòu)成。 </p><p>　?、?開機(jī)時(shí)，系統(tǒng)為顯示狀態(tài)，四個(gè)路口數(shù)碼管從默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間（本系統(tǒng)四個(gè)路口都為30S

27、）開始倒計(jì)時(shí)； </p><p>　　② 顯示狀態(tài)時(shí)，LED板數(shù)碼管開始倒計(jì)時(shí)顯示南北紅燈亮30秒，東西綠燈亮25秒，南北黃燈亮5秒，之后轉(zhuǎn)為南北綠燈亮25秒，東西紅燈亮30秒，東西黃燈亮5秒，依次循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　1.4 路口交通簡介</p><p>　　十字路口交通情況如圖1.1所示:</p><p>　　圖1.1 路口交通

28、示意圖</p><p>　?。ㄗⅲ篟表示車輛右拐 L：表示車輛左拐 S:表示車輛直行 P:表示人行 數(shù)字1、2、3、4表示路口1、2、3、4）</p><p>　　圖1.1中，常規(guī)交通燈的綠燈亮狀態(tài)（通行）順序如圖1.2所示:</p><p>　　圖1.2 常規(guī)交通燈的綠燈亮狀態(tài)（通行）順序示意圖</p><p>　　其中，“1-2P”表示1

29、P和2P可以通過路口2通行；“2-3”表示2P和3P可以通過路口3通行；“3-4P”表示3P和4P可以通過路口4通行；“4-1P”表示4P和1P可以通過路口1通行。</p><p>　　1.5 單片機(jī)的發(fā)展 </p><p>　　單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。 </p><p>　　1.

30、5.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史</p><p>　　如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段</p><p>　　（1）第一階段（1976-1978）：單片機(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS – 48為代表。MCS—48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞

31、即由此而來。 </p><p>　　（2）第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS–48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS –51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　① 完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。

32、</p><p>　?、?CPU外圍功能單元的集中管理模式。 </p><p>　?、?體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。</p><p>　?、?指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 </p><p>　?。?）第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的

33、階段。Intel公司推出的MCS–96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS–51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。</p><p>　　（4）第四階段（1990—至今）：微控制器

34、的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。 </p><p>　　1.6 單片機(jī)的發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢

35、。</p><p>　　1.6.1 CMOS化 </p><p>　　近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)小，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)

36、格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時(shí)間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。</p><p>　　1.6.2 低功耗化 </p><p&

37、gt;　　單片機(jī)的功耗已從Ma級(jí)，甚至1uA以下；使用電壓在3~6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。低電壓化，幾乎所有的單片機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在3~6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1~2V。目前0.8V供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。</p><p>　　1.6.3 低噪聲與高可

38、靠性 </p><p>　　為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。大容量化 以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB ~4KB，RAM為64~128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲(chǔ)容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化。目前，單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，RAM最

39、大為2KB。 </p><p>　　1.6.4 高性能化 </p><p>　　主要是指進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時(shí)控制功能。這類單片機(jī)的

40、運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。由于這類單片機(jī)有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概念。</p><p>　　1.6.5 小容量、低價(jià)格化 </p><p>　　與上述相反，以4位、8位機(jī)為中心的小容量、低價(jià)格化也是發(fā)展動(dòng)向之一。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。</p><p&

41、gt;　　1.6.6 外圍電路內(nèi)裝化 </p><p>　　這也是單片機(jī)發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。</p><p>　　1.6.7 串行擴(kuò)展技術(shù) <

42、;/p><p>　　在很長一段時(shí)間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價(jià)位OTP（One Time Programble）及各種類型片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進(jìn)入片內(nèi)，推動(dòng)了單片機(jī)“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。</p><p><b>　　1

43、.6.8 集成化</b></p><p>　　隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51

44、的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。</p><p><b>　　2 芯片簡介</b></p><p>　　2.1 MCS-51單

45、片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。</p><p>　　8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、

46、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：</p><p>　　2.1.1 中央處理器 </p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。&

47、lt;/p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)</p><p>　　8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的,專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　2.1.3 程序存儲(chǔ)

48、器(ROM)</p><p>　　8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　2.1.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM</p><p>　　8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　2.1.5 并行輸入輸出(I/O)口</p>

49、<p>　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　全雙工串行口：</b></p><p>　　8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　2

50、.1.6中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p>　　2.1.7 時(shí)鐘電路</p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。<

51、/p><p>　　2.2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。</p&g

52、t;<p>　　MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.2.2 MCS-51的引腳說明</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線

53、兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：如圖2.3：</p><p>　　圖2.3 MCS-51單片機(jī)引腳示意圖</p><p>　　RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-

54、P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。</p><p>　　8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見圖2.4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。

55、</p><p>　　圖2.4 8051復(fù)位圖和時(shí)鐘電路圖</p><p>　　/ALE 當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。</p><p>　

56、　如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。</p><p>　　當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p>　　/EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取

57、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。</p><p>　　2.3 8255芯片簡介</p><p>　　2.3.1 8255可編程并行接口芯片簡介</p><p>　　8255可編程

58、并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對(duì)應(yīng)于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè)4位鎖存器。它們分別與端口A/B配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。</p><p>　　8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說

59、明:</p><p>　　8255有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是C口按位置位/復(fù)位控制字。其中C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料。</p><p>　　方式控制字格式說明如表2.1：</p><p>　　表2.1 方式控制字格式</p><p>　　D7：設(shè)定

60、工作方式標(biāo)志，1有效。</p><p>　　D6、D5：A口方式選擇</p><p><b>　　0 0 —方式0</b></p><p><b>　　0 1 —方式1</b></p><p><b>　　1 ×—方式2</b></p><p>

61、;　　D4：A口功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　D3：C口高4位功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　D2：B口方式選擇 （0=方式0，1=方式1）</p><p>　　D1：B口功能 （1=輸入，0=輸出）</p><p>　　D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出）</p

62、><p>　　2.3.2 8255可編程并行接口芯片工作方式說明</p><p>　　方式0：基本輸入/輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。</p><p>　　方式1：選通輸入/輸出方式。這時(shí)A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。</p>

63、<p>　　方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí)C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。</p><p>　　2.4 74LS373簡介</p><p>　　2.4.1 74LS373管腳示意圖</p><p>　　74LS373 是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意如圖2.5所示。其中：1D-8D為8

64、個(gè)輸入端。</p><p>　　1Q-8Q為8個(gè)輸出端。</p><p>　　LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時(shí)，鎖存器輸出</p><p>　　輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)</p><p><b>　　打入鎖存器</b></p><p>　　OE為輸出允許端：當(dāng)OE=0時(shí)，

65、三態(tài)門打開；</p><p>　　當(dāng)OE=1時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。</p><p>　　圖2.5 74LS373管腳示意圖</p><p>　　2.4.2 8051單片機(jī)引腳圖及引腳功能介紹</p><p>　　8051單片機(jī)引腳功能介紹：</p><p>　　40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控

66、制和I/O引腳。</p><p><b>　　1. 電源: </b></p><p>　?。?） VCC - 芯片電源，接+5V；</p><p>　　（2）VSS - 接地端；</p><p>　　注：用萬用表測試單片機(jī)引腳電流一般為0v或者5v，這是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，但有時(shí)候在單片機(jī)程序正在工作時(shí)候測試結(jié)果并不是這個(gè)

67、值而是介于0v-5v之間，其實(shí)這之是萬用表反映沒這么快而已，在某一個(gè)瞬間單片機(jī)引腳電流還是保持在0v或者5v的。</p><p>　　2. 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。</p><p>　　3. 控制線:控制線共有4根，</p><p>　?。?） /ALE//PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖</p>

68、<p>　?、?/ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址</p><p>　?、?/PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。</p><p>　?。?）/PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。</p><p>　?。?）RST/VPD:復(fù)位/備用電源。</p><p>　?、?RST（Reset

69、）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。</p><p>　?、?VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。</p><p>　?。?） /EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。</p><p>　?、?EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。</p><p>　　② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。<

70、;/p><p><b>　　4. I/O線</b></p><p>　　80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。</p><p>　　P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 </p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b><

71、/p><p><b>　　3.1 交通燈狀態(tài)</b></p><p>　　交通燈狀態(tài)圖如圖3.1所示: </p><p><b>　　B</b></p><p>　　北綠燈黃燈紅燈</p><p><b>　　○ ○ ○</b>&

72、lt;/p><p>　　○紅燈 ○ 綠燈</p><p>　　A ○黃燈○ 綠燈A</p><p>　　○綠燈○ 紅燈</p><p><b>　　○ ○ ○ </b></p><p><b>　　紅燈黃燈綠燈</b></p><p

73、><b>　　B</b></p><p>　　圖3.1 交通燈狀態(tài)示意圖</p><p>　　S1：東西通行，南北禁止 </p><p>　　S2：南北通行，東西禁止</p><p>　　S1狀態(tài)30秒，S2狀態(tài)30秒，黃燈亮5秒，循環(huán)執(zhí)行。</p><p><b&

74、gt;　　3.2 硬件設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　3.2.1 硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.2.2 整個(gè)系統(tǒng)的的電路圖</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)電路圖有最小系統(tǒng)電路，倒計(jì)時(shí)電路，交通燈單路，控制

75、電路圖構(gòu)成。電路圖如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)電路圖</p><p>　　3.2.3 最小系統(tǒng)</p><p>　　最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，單片機(jī)，電源等組成，電路圖如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　3.2.4 交通燈電路圖</p&g

76、t;<p>　　交通燈有四組共12個(gè)LED燈組成，紅，黃，綠燈各四個(gè)，南北紅燈亮30秒，東西綠燈亮25秒，東西黃燈亮5秒，然后東西紅燈亮30秒，南北綠燈亮25秒，南北亮5秒，依次循環(huán)往復(fù)。電路圖如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 交通燈電路圖</p><p>　　3.2.5 控制電路圖</p><p>　　控制電路圖如圖3.6所示：<

77、/p><p>　　圖3.6 控制電路圖</p><p>　　3.2.6 倒計(jì)時(shí)電路圖</p><p>　　倒計(jì)時(shí)電路圖，具體內(nèi)容為紅燈亮30秒，黃燈亮5秒，緑燈亮25秒，一次循環(huán)進(jìn)行。電路圖如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 倒計(jì)時(shí)電路圖</p><p><b>　　3.3 硬件設(shè)計(jì)</b>

78、;</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購性；③軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討。</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采

79、用模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計(jì)時(shí)模塊等。</p><p>　　單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)振蕩電路、復(fù)位電路等組成。</p><p>　　鍵盤及狀態(tài)顯示，開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時(shí)間，通過單片機(jī)P1輸入到系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示

80、數(shù)字99。</p><p>　　友好的人機(jī)界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。</p><p>　　3.3.2 單片機(jī)的選擇</p><p>　　單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。</p><p>　　通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯

81、片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　下面介紹一下單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)。</p><p><b>　?。?）家用電器領(lǐng)域</b></p><p>　　用單片機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用

82、電器（如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機(jī)等）功能更完善，更加智能化和易于使用。</p><p>　　（2）辦公自動(dòng)化領(lǐng)域</p><p>　　單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代辦公設(shè)備，如計(jì)算機(jī)的鍵盤、磁盤驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)和傳真機(jī)等。</p><p><b>　　（3）商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域</b></p><p>

83、;　　商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)部分與家用和辦公應(yīng)用系統(tǒng)相似，但更加注重設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計(jì)量儀器、收款機(jī)、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機(jī)構(gòu)成的專用系統(tǒng)。與通用計(jì)算機(jī)相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。</p><p><b>　?。?）工業(yè)自動(dòng)化</b></p><p&

84、gt;　　在工業(yè)控制和機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計(jì)算機(jī)外，很多都是以單片機(jī)為核心的單片機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　?。?）智能儀表與集成智能傳感器</p><p>　　目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)具有存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機(jī)和傳感器相結(jié)合，可以構(gòu)成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進(jìn)一步的

85、變化和處理，使其成為數(shù)字信號(hào)，可以遠(yuǎn)距離傳輸并與計(jì)算機(jī)接口。</p><p>　　（6）現(xiàn)代交通與航空航天領(lǐng)域</p><p>　　通常應(yīng)用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)w積、功耗、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機(jī)系統(tǒng)更加重要。</p><p>　　目前，我國生產(chǎn)很多型號(hào)的單片機(jī)，在此，

86、我們采用型號(hào)為STC90C58的單片機(jī)。因?yàn)椋?#160;STC90C58是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-52指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C52提供了高性價(jià)比的解決方案。</p&g

87、t;<p>　　STC90C58是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，STC90C58可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)

88、復(fù)用腳，當(dāng)8052通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。</p><p>　　8052的復(fù)位方式可

89、以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見圖3.8。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　圖3.8 8051復(fù)位電路圖和時(shí)鐘電路圖</p><p>　　3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來說，

90、最小系統(tǒng)應(yīng)包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。下面介紹51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、時(shí)鐘，下面介紹一下每一個(gè)組成部分。</p><p>　　1. 電源引腳 </p><p>　　Vcc　40　電源端</p><

91、;p>　　GND　20　接地端</p><p>　　工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。</p><p>　　時(shí)鐘電路如圖3.10所示：</p><p>　　圖 3.10 時(shí)鐘電路圖</p><p><b>　　2. 時(shí)鐘電路</b></p><p>

92、;　　XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此

93、放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減

94、少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。</p><p><b>　　3. 復(fù)位電路</b></p><p>　　在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯

95、片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部RAM有所影響。</p><p&g

96、t;　　常用的復(fù)位電路如圖3.11所示：</p><p>　　圖3.11 常用復(fù)位電路圖</p><p><b>　　4. 輸入輸出引腳</b></p><p>　　(1) P0端口[P0.0-P0.7] P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對(duì)端口寫1）時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。</p><

97、;p>　　對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié);校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。</p><p>　　在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。</p><p>　　(2) P1端口[P1.0－P1.7] P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電

98、阻將端口拉到高電平，作輸入用。</p><p>　　對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。</p><p>　　(3) P2端口[P2.0－P2.7] P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，

99、P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。</p><p>　　(4) P3端口[P3.0－P3.7] P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。</p><p>　　對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體見表3.1

100、。</p><p>　　表3.1 P3端口功能表</p><p>　　3.5 LED顯示電路</p><p>　　顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如圖3.12所示。</p>&l

101、t;p>　　圖3.12 LED顯示器圖</p><p>　　發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖3.13是共

102、陽式、共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和符號(hào)。</p><p>　　圖3.13 共陽式數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號(hào)圖</p><p><b>　　4 軟件結(jié)構(gòu)及說明</b></p><p><b>　　4.1 系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示：</p><

103、;p>　　圖4.1 系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　4.2 定時(shí)器原理</b></p><p>　　定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個(gè)初值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)

104、算通式：</p><p>　　TC=M-C （4.1）</p><p>　　式中，M為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì)1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為T，則有C=T/T0。計(jì)算通式變?yōu)椋?lt;/p><p>　　T=（M－TC）T0

105、 （4.2）</p><p>　　模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為8192；在方式1時(shí)M的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。如單片機(jī)的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過12分頻后，若采用方式０最大延時(shí)只有8.129毫秒，采用方式１最大延時(shí)也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，</p><p>

106、　　若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)轱@然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。</p><p>　　4.3 軟件定時(shí)原理</p><p>　　MCS-51的工作頻率為12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/12MHZ）=1us。我們

107、可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。</p><p>　　4.4 硬件定時(shí)原理</p><p>　　本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號(hào)有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)檢測INT0和INT1上的信號(hào)，AT89C51允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷

108、方式輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)，可由用戶通過設(shè)置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用電平方式，IE0為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號(hào)則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，IE0自動(dòng)清零。IE中的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EX0為外部中斷允許控制位，為1開啟。</p><p>　　在優(yōu)先級(jí)的允許下，一旦有外部中斷信號(hào)產(chǎn)生，單片機(jī)CPU首先保護(hù)斷

109、點(diǎn)，PC值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時(shí)CPU會(huì)從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。</p><p>　　4.5 程序設(shè)計(jì)模塊</p><p>　　數(shù)碼管顯示子程序流程圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖</p><p>　　4.6 T0中斷子程序流程

110、圖</p><p>　　T0中斷子程序流程圖如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 T0中斷子程序流程圖如圖</p><p>　　4.7 INT0中斷子程序流程圖</p><p>　　緊急狀態(tài)按鍵連接到外部中斷引腳P3.2，即INT0捕獲到一個(gè)低電平，則進(jìn)入該中斷進(jìn)行相關(guān)處理。INT0中斷子程序流程圖如圖4.4所示：</p>

111、;<p>　　圖4.4 INT0中斷子程序流程圖</p><p><b>　　5 調(diào)試與功能說明</b></p><p><b>　　5.1 調(diào)試與分析</b></p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進(jìn)行綜合調(diào)試，排除可能的軟/

112、硬件故障。</p><p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　拿到電路板后，首先要檢查加工質(zhì)量，并確保沒有任何方面的錯(cuò)誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬用表測其數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應(yīng)先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位

113、及其邏輯關(guān)系。將萬用表的探針放到單片機(jī)接電源的引腳上檢測一下，看是否符合要求。</p><p><b>　　軟件調(diào)試問題及解決</b></p><p>　　軟件程序的調(diào)試一般可以將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)。軟件調(diào)試可以采取離線調(diào)試和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可；后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，Keil軟件來調(diào)試程序，

114、通過各個(gè)模塊程序的單步或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正確，最后統(tǒng)調(diào)程序。</p><p>　　仿真部分采用protus 6 professional軟件，此軟件功能強(qiáng)大且操作較為簡單，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。</p><p>　　首先打開protus 6 professional軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進(jìn)行原理圖的繪制；繪制好后再選擇wave6000已經(jīng)編譯好的*.h

115、ex文件，選擇運(yùn)行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再運(yùn)行查，直到滿足要求。</p><p>　　5.2 調(diào)試故障分析</p><p>　　1. 上電后數(shù)碼管不顯示，LED燈也不點(diǎn)亮。 </p><p>　　檢查交通燈模組的驅(qū)動(dòng)板電源指示燈是否點(diǎn)亮，如果沒有點(diǎn)亮，切斷電源，檢查是否正負(fù)極接反。 </p><p>　　2.