【正文】 ...................................................................................... 18 附錄 ............................................................................................................................................... 19 附錄 1 ......................................................................................................................................... 19 附錄 2 ......................................................................................................................................... 23 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 1 1 緒論 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械 扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。 1868 年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成， 1914 年始安裝于紐約市 5 號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈， 一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某 一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 2 2 單片機(jī) 的發(fā)展及應(yīng)用 單片機(jī)的發(fā)展 單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種非常活躍和頗具有生命力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域，因此又稱為微控器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(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)。 單片機(jī)經(jīng)過 3 代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗 。 1971年微處理器研制成功不久，就出現(xiàn)了單片微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)，但最早的單片機(jī)是 1位的，處理能力有限。 自 1976年 9月 Intel 公司推出 MCS48單片機(jī)以來，有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。如 GI公司推出 PIC1650系列單片機(jī)， Rockwell 公司推出了與 6502 微處理器兼容的R6500系列單片機(jī)。 1978年下半年 Motorola 公司推出 M6800系列單片機(jī)， Zilog公司相繼推出 Z8單片機(jī)系列。 1980年 Intel公司在 MCS48系列基礎(chǔ)上又推出了高性能的 MCS51系列單片機(jī)。這類單片機(jī)均帶有串行 I/O 口，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為 16位，片內(nèi)存儲(chǔ)容量（ RAM， ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級(jí)中斷處理功能，單片機(jī)的功能、尋址范圍都比早期的擴(kuò)大了，它們是當(dāng)時(shí)單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。 1982年 Mostek公司和 Intel公司先后又推出了性能更高的 16位單片機(jī) MK68200和MCS96系列， NS公司和 NEC公司也分別在原有 8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了 16位單片機(jī)HPC16040和 μ PD783系列。 1987年 Intel公司又宣布了性能比 8096高兩倍的 CMOS型 80C196， 1988年推出帶 EPROM的 87C196單片機(jī)。由于 16位單片機(jī)推出的時(shí)間較遲、價(jià)格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而 8位單片機(jī)已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出 16位單片機(jī)的同時(shí)，高性能的新型 8位單片機(jī)也不斷問世。如： Motorola 公司推出了帶 A/D和多功能 I/O的 68MC11 系列， Zilog公司推出了帶有 DMA功能的 Suqer8， Intel公司在1987年也推出了帶 DMA 和 FIFO的 UPI452等。 目前國際市場上 8 位、 16 位單片機(jī)系列已有很多，但是，在國內(nèi)使用較多的系列是Intel公司的產(chǎn)品，其中又以 MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用尤為廣泛，二十幾年經(jīng)久不衰，而且還在更進(jìn)一步發(fā)展完善，價(jià)格越來越低，性能越來越好。 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的應(yīng)用很廣，分別在以下領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 3 工業(yè)自動(dòng)化：在自動(dòng)化技術(shù)中，無 論是過程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測控技術(shù)，都離不開單片機(jī)。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來愈重要的作用，在這種機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（例如機(jī)器人技術(shù)、數(shù)控技術(shù)）中，單片機(jī)將發(fā)揮非常重要的作用特別是近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化也發(fā)展到了一個(gè)新的高度，出現(xiàn)了無人工廠、機(jī)器人作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)化工廠等，不僅將人從繁重、重復(fù)和危險(xiǎn)的工業(yè)現(xiàn)場解放出來，還大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。 儀器儀表：目前對儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來越高。在自動(dòng)化測量儀器中，單片機(jī)應(yīng)用十分 普及。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡化結(jié)構(gòu)，減小體積，易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化和多功能化方向發(fā)展。 消費(fèi)類電子產(chǎn)品：該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域。目前家電產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度。例如，電子游戲、照相機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電視機(jī)、微波爐、手機(jī)、 IC卡、汽車電子設(shè)備等。在這些設(shè)備中使用了單片機(jī)后，其功能和性能大大提高，并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制 信方面：較高檔的單片機(jī)都具有通信接口，因而為單片機(jī)在通信設(shè)備中的應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件。例如，在微波通信、短波 通信、載波通信、光纖通信、程控交換等通信設(shè)備和儀器中都能找到單片機(jī)的應(yīng)用。 武器裝備：在現(xiàn)代化的武器裝備中， 如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)單、魚雷制導(dǎo)、智能武器設(shè)備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，都有單片機(jī)在其中發(fā)揮重要作用。 終端及外部設(shè)備控制：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，如銀行終端，以及計(jì)算機(jī)外部設(shè)備如打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等，在這些設(shè)備中都使用了單片機(jī)。 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)日新月異更新， 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深 入。 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 4 3 芯片簡介 MCS51芯 片簡介 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 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。 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、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。 中央處理器 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。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 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。 圖 31 8051 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 程序存儲(chǔ)器 (ROM) 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。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM) 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。 并行輸入輸出 (I/O)口 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 5 全雙工串行口 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。 中斷系統(tǒng) 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。 時(shí)鐘電路 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。 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 MCS51 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 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 32。 圖 32 MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 MCS51的引腳說明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 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，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 6 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51的引腳說明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 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。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以 說明：如圖 33 圖 33 MCS51引腳說明 Pin9: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， P0P3 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 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài)。 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 34。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。 圖 34 8051 的復(fù)位方式 Pin30: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。 徐州工程學(xué)院畢業(yè) 論文 7 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 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。 Pin31: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)