【正文】 計算機的外部設(shè)備中就包含了 5 10 個嵌入式微處理器。在制造工業(yè)、過程控 3 制、網(wǎng)絡(luò)、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。 進入 21 世紀(jì)，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費 類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的 DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（ DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。像前途無可計量的維納斯 。 嵌入式系統(tǒng)是這個后 PC 時代的擎天之柱。我們有理由相信，未來的電子技術(shù)就是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的天下。 4 二 設(shè)計方案的選擇論證 主要功能和技術(shù)指標(biāo)： 本系統(tǒng)的設(shè)計目 的，是利用單片機實現(xiàn)根據(jù)十字路口處待通行車的數(shù)量來確定南北、東西兩個方向通行的時間，而且要考慮特殊車輛情況來設(shè)置交通信號燈的緊急轉(zhuǎn)換。 （ 1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，基本要求是東西方向和南北方向兩個交叉路口的車輛交替運行，設(shè)計重點是東西方向和南北方向的放行時間均為 60S；綠燈放行，紅燈停止；綠燈轉(zhuǎn)紅燈時，黃燈亮 5S； （ 2）兩個方向能根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)通行時間，當(dāng)一道有車而另一道無車時，交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車的車道放行。 （ 3）考慮到特殊車輛如救護車、消防車等緊急情況，此系統(tǒng)因而設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換 開頭，能禁止普通車輛通行，路口的信號燈全部變紅，以便讓緊急車輛通過。假定緊急車輛的通過的時間為 5S，緊急車輛通過后，交通恢復(fù)先前狀態(tài)。 方案介紹 （ 1） 具有十字路口交通固定通行時間自動控制功能； （ 2） 可以人工干預(yù)，通過預(yù)置通行時間，實現(xiàn)預(yù)置控制功能； （ 3） 車流量較小或暫無車輛通行以及有急車通行的情況下，實現(xiàn)強行通行的功能。 方案一 采用標(biāo)準(zhǔn) ATC89S52 單片機作為整個控制核心；通行倒計時顯示采用 3 位 LED數(shù)碼管；左拐、右拐、直行及行人 4 種通行指示燈采用雙色高亮發(fā)光二極管； 5 LED 顯示采用動態(tài)掃描，以節(jié)省端口數(shù)。特種車 輛通行采用實時中斷完成，識別方法采用紅外線發(fā)射及接收方案。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計，單片機端口資源滿足要求。該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計方便，顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點。整個電路組成框圖如圖 所示。 圖 ：采用 LED 動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng) 方案二 采用 AT89C2051 單片機作為控制器，通行倒計時顯示采用 16 16 點陣 LED 發(fā)光管，左拐、右拐、直行及行人 4 種通行指示燈也采用 16 16 點陣雙色 LED 發(fā)光管。該系統(tǒng)設(shè)計框架如圖所示。列驅(qū)動采用 74LS595 以實現(xiàn)串行端口 擴展，行驅(qū)動采用 4/16 譯碼器 74LS154 動態(tài)掃描，譯碼器 74LS154 生成 16 條行選通 P1 P2 AT89S52 P0 INT1 P3 P3 南北通行燈（ 2 組） 東西通行燈（ 2 組） 3位 LED顯示器（ 4組） 列掃描驅(qū)動 串口通信 11 120車輛監(jiān)測 自動 /手動鍵盤 上電復(fù)位 6 信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。每條行線上需要較大的驅(qū)動電流，應(yīng)選用大功率三極管作為驅(qū)動管。這種設(shè)計方案的圖案顯示逼真，單片機占用端口資源少；缺點是需要大量的硬件，電路復(fù)雜，耗電量大，在模型制作中較少采用。如圖 所示： 圖 ：采用 16 16 點陣 LED 發(fā)光管設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng) 方案三 采用 AT89C2051 單片機作為控制器，通行倒計時及左拐、右拐、直行、行人通過指示采用 單塊 LCD 液晶點陣顯示器。這種方案設(shè)計占用單片機的端口最少，硬件也少，耗電也最?。浑m然顯示圖案也很精美，但由于亮度太暗，晚上還得開背光燈，所以很少采用。 論證 總結(jié) 通過以上綜合分析可以看出，方案一具有綜合設(shè)計優(yōu)點，因此城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用方案一設(shè)計。 RXD TXD 單 片 機 I/O 口 電源 行驅(qū)動器 雙色 LED 顯示點陣 （每個路口 7個） 列驅(qū)動器 74LS595 7 三 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片微型計算機發(fā)展概述 單片機簡介 單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、 I/O接口電路、定時器 /計數(shù)器以及串行口通信接口等部件 制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。 1971 年研制單片機的序幕拉開，經(jīng)歷四次更新?lián)Q代，經(jīng)過四十年的發(fā)展，單片機已從開始的 4 位發(fā)展到 32 位，目前正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強 I/O 功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。 MCS— 51 和 AT89 系列單片機 MCS51 是單片機的典型代表，是指由美國 INTEL 公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱。這一系列單片機包括了好些品種，如 8031， 8051， 8751 等，其中 8051 是最典型的產(chǎn)品，該系列單片機都是在 8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用 8051 來稱呼 MCS51 系列單片機。 INTEL 公司將 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在開發(fā)以 8051為核心的單片機，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求。其中較典型的一款單片機 AT89C51（簡稱 C51）是由美國 ATMEL 公司以 8051 為內(nèi)核開發(fā)生產(chǎn)的。AT89系列單片機和 MCS51單片機在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于 AT89系列單片機繼承了 MCS51的原有功能，內(nèi)部含有大容量 的 Flash存儲器，又增加了新的功能，如看門狗定時器、 ISP及 SPI串行接口技術(shù)等，因此在電子產(chǎn)品開發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用。 AT89S51相對于 AT89C51增加的新功能包括： 8 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比 89C51更低！ ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51的極限工作頻率是 24M，就是說 S51具有更高工作頻率，從而具有 了更快的計算速度。 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像 89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。 全新的加密算法，這使得對于 89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 兼容性方面：向下完全兼容 51全部字系列產(chǎn)品。比如 805 89C51等等早期MCS51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是 8051還是 89C51還是 MCS51等等），在 89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 本文使用的 AT89S52 單片機是在 AT89S51的基礎(chǔ)上改進而來。 AT89S52 是一種高性能、低功耗的 8 位單片機，內(nèi)含 8k字節(jié) ISP（ Insystem Programmable，系統(tǒng)在線編程）可反復(fù)擦寫 1000 次的 FLASH 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)用中，功能強大的 AT89S52 已成為許多高性價比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。 所選器件 的硬件結(jié)構(gòu) AT89S52 單片機的 硬件結(jié)構(gòu)特點 9 AT89S52 單片機內(nèi)總體結(jié)構(gòu)主要由 9 個部件組成，分別是：一個 8 位中央處理器； 8k 字節(jié) Flash 存儲器； 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM， 32 位 I/O 口線，特殊功能寄存器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個具有 6 個中斷源、 4 個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；全雙工串行口，；片內(nèi)晶振及 時鐘電路 。其基本硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 AT89S52 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89S52 單片機的引腳功能 圖 AT89S52 的引腳定義圖，這是一個標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路 振蕩器和 時序電路 程序存儲器 （ 8KB） 數(shù)據(jù)存儲器 （ 256B） 可編程 串行口 AT89S52 CPU 中斷控制 總線擴展 控制器 并行可編程 I/O 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 外部時鐘 源 TXD RXD 外部中斷 內(nèi)部中斷 控制 P0 P1 P2 P3 外部事件計數(shù) 10 芯片 。 圖 單片機 AT89S52 的引腳定義圖 如圖 ， AT89S52 共有 40 根引腳，其中 32 根是 I/O 端口引腳。在這 32 根引腳中，有 29 根具備兩種用途（用圓括號寫出），既可作為 I/O 端口，也可作為控制信號或地址及數(shù)據(jù)線。各 引腳 的功能如下： （ 1） 電源與晶振 VCC—— 接 +5V 電壓 VSS—— 接地 XTAL1—— 接外部晶體的一個引腳，是振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端 11 XTAL2—— 接外部晶體的另一個引腳，是振蕩器反相放大器的輸出端 當(dāng)使用外部振蕩器時， XTAL1 接地， XTAL2 接受振蕩器信號。 （ 2） I/O ： P0、 P P P3 四個口，共 32 根 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏 輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻 。 在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在 系統(tǒng)編程 用） MISO（在系統(tǒng)編程用） 12 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電 阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗時，P2 口也 接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用， 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) 13 T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 )