【正文】 設(shè)定 ......................................................................................... 24 軟件延時(shí) ............................................................................................... 25 交通燈和數(shù)碼管 LED 倒計(jì)時(shí)的源程序 ............................................................. 26 液晶 LCD1602 顯示字符源程序 ....................................................................... 27 音樂播放源程序 .............................................................................................. 30 第四章 結(jié)論 ................................................................................................................. 33 致 謝 ........................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 35 附錄 ............................................................................................................................... 36 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 緒 論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通問題越來(lái)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。交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、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)代交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 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)就已經(jīng)出現(xiàn)了。 1858 年，在英國(guó)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(guó)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(chǎng)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。 1914 年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約 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(cè)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(lái)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行 信號(hào)，面對(duì)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(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車先后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)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。 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第一章 單片機(jī)的基本知識(shí) 本章將首先介紹一些 單片機(jī) 的發(fā)展背景，以及單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括單片機(jī)的概念，芯片的簡(jiǎn)介等。 單片機(jī)的發(fā)展概述 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能 也不斷增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī)種不斷涌現(xiàn)出來(lái)。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，稱為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。 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。 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(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 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，即在一塊芯片上集成了 CPU、振蕩器電路、 ROM 和 RAM 存儲(chǔ)器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和并行 /串行 I/O 接口。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。 單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)的發(fā)展日新月異，在硬件規(guī)模方面，單片機(jī)相當(dāng)于將一個(gè)基本規(guī)模的單板機(jī)所具有的資源復(fù)合在一塊芯片上，因此具 有相當(dāng)?shù)囊?guī)模 .在功能方面，單片機(jī)已經(jīng)超過了單板機(jī)的功能 .在指令系統(tǒng)方面，如果將單片機(jī)的指令系統(tǒng)與 Z80的指令系統(tǒng)相比較，除單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送能力較弱一點(diǎn)之外，單片機(jī)的指令系統(tǒng)已大大超過 Z80。 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1）片內(nèi)存儲(chǔ)容量越來(lái)越大。（ 2）抗干擾性好，可靠性高。（ 3）芯片引線齊全，容易擴(kuò)展。（ 4）運(yùn)行速度高，控制功能強(qiáng)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)有：（ 1）單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)可靠性高。（ 2）系統(tǒng)配置規(guī)范 。（ 3）控制功能具有預(yù)想性，變動(dòng)控制方案容易。（ 4）具有較高的性價(jià)比。 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)由 CPU 、存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來(lái)。 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。 圖 MCS51 結(jié)構(gòu)框圖 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 AT89S52 芯片簡(jiǎn)介 AT89S52 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。 內(nèi)部 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，現(xiàn)在我們分別加以說明： 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 (內(nèi)部 RAM): AT89S52 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。 程序存儲(chǔ)器 (內(nèi)部 ROM)： AT89S52 共有 4KB 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： AT89S52 有 3 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： AT89S52 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： AT89S52 內(nèi)置一個(gè) UART 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)： AT89S52 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、三個(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： AT89S52 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 AT89S52 單片機(jī)需外置振蕩電容。 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 AT89S52 芯片的引腳排列及功能 AT89S52 芯片有 40 個(gè)引腳，有 3 種封裝形式，一種是 DIP(Dual Inline Package)封裝形式，這是普通 40 腳雙列直插形式；一種是 LCC（ Leaded Chip Carrier）封裝形式，還有一種是 QFP(Quad Flat Package)封裝形式。本設(shè)計(jì)采用40Pin 封裝的雙列直插 DIP 結(jié)構(gòu)，下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，中斷線與P3 口線復(fù)用。其引腳排列和邏輯 符號(hào)框圖為 圖 AT89S52 引腳和邏輯符號(hào)圖 Pin9： RESET/Vpd 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)芯片通電時(shí)，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET 引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，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)。 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 AT89S52 芯片的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以使手動(dòng)復(fù) 位，見下圖 。此外， RESET/Vpd 還是一個(gè)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)不會(huì)丟失。 Pin29： PSEN 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)將通過 P0 和 P2 口輸出，在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)；在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號(hào)。 Pin30:ALE/PROG 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器， ALE(地址鎖存信號(hào) )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問非外部程序存儲(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，可以作為外部時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)用。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將以 1/12 振蕩頻率輸出。 PROG 為編程脈沖輸入端，即當(dāng)選用 8751 單片機(jī)時(shí)，對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，由此引腳輸入編程脈沖。 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)，讀取內(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(wú)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。 時(shí)鐘電路 AT89S52 雖然有內(nèi)部振蕩器，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。 AT89S52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 圖 AT89S52 內(nèi)部和外部 兩種時(shí)鐘方式 基于單片機(jī)的多功能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， CX CX2可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 12MHZ，電容選擇 20pF。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。 復(fù)位電路 AT89S52 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期