【正文】 在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中， Singlechip Microcontroller。按照測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，單片機(jī)的應(yīng)用可分為單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用兩大類。我們這次要完成的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)就是它的單機(jī)應(yīng)用，下面在介紹一下單片機(jī)在單機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的主要內(nèi)容。 （ 1）智能產(chǎn)品 單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，購(gòu)成新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前，利用單片機(jī)構(gòu)成的智能產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、工業(yè)設(shè)備等行業(yè)。 （ 2）智能儀表 目前，各種傳感器、變送器、控制儀表已普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它集測(cè)量、處理、控制功能于一體，具有各種智能化功 能，如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音等功能。 單片機(jī)構(gòu)成的智能儀表，能使儀表具有數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化等優(yōu)點(diǎn)，賦予測(cè)量?jī)x表以嶄新的面貌，使傳統(tǒng)的儀器、儀表發(fā)生根本性的變革，它代表了儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)。 （ 3）測(cè)控技術(shù) 7 用單片機(jī)構(gòu)成的各種工業(yè)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，如爐溫恒溫控制系統(tǒng)、電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)等。 （ 4）智能接口 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，除通用外部設(shè)備外，還由許多外部通信、采集、多路分配管理、驅(qū)動(dòng) 控制等接口。這些外部設(shè)備與接口如果完全由主機(jī)進(jìn)行管理，勢(shì)必會(huì)造成主機(jī)負(fù)擔(dān)過重，運(yùn)行速度降低，接口的管理水平也不可能提高。如果用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行加工處理，可以大量降低接口的通信密度，極大的提高了接口控制管理水平。在一些通用計(jì)算機(jī)外部設(shè)備上，已實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的鍵盤管理、打印機(jī)控制、繪圖儀控制、硬盤驅(qū)動(dòng)控制等。 設(shè)計(jì)任務(wù) 1） A道和 B道上均有車輛要求通過時(shí)， A ， B 道輪流放行。 A 道放行 5分鐘（調(diào)試時(shí)改為 5 秒鐘）， B 道放行 4分鐘（調(diào)試時(shí)改為 4 秒鐘）。 2） 一道有車而另一道 無(wú)車（實(shí)驗(yàn)時(shí)用開關(guān) K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 3） 有緊急車輛要求通過時(shí)，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行， A ， B 道均為紅燈，緊急車由 K2 開關(guān)模擬。 4）綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，黃燈亮 1秒 8 第 2 章 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 交通管理的方案 A、 B 兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為 A、 B 兩干道的公共停車時(shí)間。設(shè) A 道比 B道 的車流量大，指示燈燃亮的方案如表 211。 1 4 1 5 1 4 ?? A 道 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 ?? B 道 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 ?? 表 211 說明： （ 1）當(dāng)為黃燈時(shí) A、 B 兩道同時(shí)為黃燈；以提示行人或車輛下一個(gè)燈色即將到來 時(shí)間 1 秒。 （ 2）當(dāng) A 到為紅燈， A 道車輛禁止通行， A 道行人可通過； B 道為綠燈， B 道車輛通過，行人禁止通行。時(shí)間為 4 秒。 （ 3）當(dāng) A 道綠燈， A 道車輛通行； B 道為紅燈， B 道車 輛禁止通過，行人通行。時(shí)間為 5 秒。 A 道車流大 通行時(shí)間長(zhǎng) （ 4）這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。 （ 5）此表可根據(jù)車流量動(dòng)態(tài)設(shè)定 在沒有特殊情況下，即在兩道均有車輛要求通過時(shí)，交通燈按常規(guī)運(yùn)行。通過控制開關(guān)可以輸入要模擬的其它狀態(tài)，交通燈將按照其輸入狀態(tài)的情況進(jìn)行運(yùn)行。 總體硬件設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 221所示。總體設(shè)計(jì)方案共有五個(gè)部分組成，分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C5紅、綠、黃燈顯示電路、 LED 數(shù)顯時(shí)間電路、晶 9 振及復(fù)位控制電路、控 制與調(diào)時(shí)開關(guān)電路。在進(jìn)行仿真調(diào)試過程中，程序運(yùn)行正確，五個(gè)部分就同時(shí)工作，從而實(shí)現(xiàn)了交通燈的基本功能及調(diào)時(shí)功能。系統(tǒng)的總的原理框圖如圖 21所示。 AT89S51單片機(jī)電 源 部 分?jǐn)?shù) 碼 管 顯 示路 燈系 統(tǒng) 時(shí) 鐘復(fù) 位緊 急 按 鍵 圖 221 硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 晶振采用了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)源的方式。對(duì)于時(shí)間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行。但由于圖中的 C C2 電容起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中一定要注意正確選擇參數(shù)（ 30177。 10 PF），并保證對(duì)稱 性（盡可能匹配）。 圖 231 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 系統(tǒng)復(fù)位電路 復(fù)位電路我采用上電 +按鈕復(fù)位的方式。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)， RST 通過電阻接地，當(dāng)有開關(guān)閉合時(shí)由于電容的作用使電源 VCC 通過電阻施加在單片機(jī)復(fù)位端 RST上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。只是可惜，在進(jìn)行仿真器調(diào)試過程中，該復(fù)位電路是不起作用的。具體電路如圖 241所示。 10 圖 241 系統(tǒng)復(fù)位電路 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管工作原理 這里我們介紹 8段數(shù)碼管的工作原理。 8段數(shù)碼管又稱為 8字型數(shù)碼管，分為 8段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP。其中， DP為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管常用的有 10根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個(gè)數(shù)碼管的公共段，兩根之間相互連通。 發(fā)光二極管的發(fā)光原理，我們已經(jīng)介紹過了，同理， 8段 LED數(shù)碼管，則是在一定形狀的絕緣材料上，利用不同形狀點(diǎn)劃的發(fā)光二極管組合，排列成 “8” 字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來顯示 09的數(shù)字。 從電路上，按數(shù)碼管的接法不同又分為共陰和共陽(yáng)兩種。圖 251是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 圖 251 數(shù)碼管的內(nèi)部電路接法 在設(shè)計(jì)時(shí)，為了系統(tǒng)圖的美觀，我采用了 6個(gè)數(shù)碼管組成的數(shù)碼管組，采用共陰極接法。如圖 252。 圖 252 系統(tǒng)數(shù)碼管電路 路燈指示電路 11 在設(shè)計(jì)路燈時(shí)，采用了發(fā)光二極管代替路燈。先介紹一下二極管，見圖 261。二極管工作原理是單向?qū)ǎ粗挥姓龢O電壓高于負(fù)極電壓某特定值時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，而負(fù)極電壓高于正極電壓是不導(dǎo)通的。 圖 261 發(fā)光二極管示意圖 發(fā)光二極管是一種特殊的二極管，導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)光（發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降一般為 ～ ）。此外，工作電 流要滿足該二極管的工作電流。 發(fā)光二極管的正負(fù)極可以用萬(wàn)用表進(jìn)行判斷，把萬(wàn)用表?yè)苤炼O管檔或電阻擋，用兩個(gè)表筆分別接觸二極管的兩個(gè)引出腳。若發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，則與紅表筆相接的引出腳為正極。從外觀上看，發(fā)光二極管的正極引腳的長(zhǎng)度也比較長(zhǎng)。 一般發(fā)光二極管與 I/O端口之間都會(huì)再連接一個(gè)電阻，其作用在于限制通過二極管的電