【正文】 單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的 12M 晶振一個， 22pF 電容兩個，復(fù)位開關(guān)一個，20uF 極性電容一個， 1K 電阻一個 。此 課題要求以路燈控制器為對象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)以光線強(qiáng)弱和延時兩種方式來控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結(jié)合的題目。 (8）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?、思維模式。 (4）培養(yǎng) 我們的 動手 實踐 能力、獨立思考問題的能力和查閱 相關(guān) 資料的能力 。因此，做好畢業(yè)設(shè)計（論文）將為我們由學(xué)校走入社會打下良好的基礎(chǔ)。 本系統(tǒng)采用 MSC51 系列單片機(jī) 89C51 和 相關(guān)的光電檢測設(shè)備及 設(shè)計 智能路 燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際 光線條件 通過 8051 芯片的 P1 口 控制路燈開關(guān) 的功能 。摘要 摘 要 現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)無處不在。隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。 通過此次畢業(yè)設(shè)計，我將會達(dá)到如下要求： (1) 對 課本上所學(xué)的 理論 知識進(jìn)一步加深和鞏固； 學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的經(jīng)驗，掌握單片機(jī)的基本知識、系統(tǒng)設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，進(jìn)一步熟悉和掌握常用單片機(jī)模塊的應(yīng)用。 (5）培養(yǎng)學(xué)生 具的 有一定的 Autium designer 制 PCB 圖能力 。 (9）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。其中硬件電路部分主要包括以下幾個部分：單片機(jī)最小系統(tǒng) 、路燈控制電路部分、光電檢測與執(zhí)行電路部分和兩位一體數(shù)碼管顯示電路等四個部分；軟件部分主要包括三個電子軟件 Autium designer、 Protues、 KeilC51 軟件和路燈控制、光電檢測和執(zhí)行、延時及時間顯示四個程序模塊。 （ 3）路燈控制電路部分所需的 LED 燈六個， 470 歐姆電阻六個 。 實驗所用設(shè)備器材： PC 機(jī)一臺及相關(guān)軟件 。此外，在本課題的設(shè)計過程中，還應(yīng)注意 P0 口，通常 P0P3 口用作通用 I/OK 口，當(dāng) P0 接口用于 I/O 口時，必須接上拉電阻，而其他接口不需要。它能夠單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的智能化控制功能。 然而，不同單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)不盡相同，即它們的技術(shù)特征也不同，硬件 特征主要和單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，設(shè)計人員必須熟練掌握其性能是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)（功能特性、控制特性和相關(guān)的電氣參數(shù)特性等），這些信息我們可以從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。 單片機(jī)控制系統(tǒng)已基本取代了以前復(fù)雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，用軟件來實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。在航空航天、機(jī)械加工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，單片機(jī)都正在發(fā)生著非常重要的作用。 （ 3）系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性價比。大多數(shù)單片機(jī)如 51系列，開發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。 MCS51 系列單片 是眾多單片機(jī)中的一種，由于它們都是基于 8051 內(nèi)核發(fā)展起來的，所以稱 51 單片機(jī)，而本次設(shè) 計就是基于 51 單片機(jī)完成的。部分單片機(jī)的計算能力已經(jīng)比早期 PC 的 CPU強(qiáng)大，速度也越來越快。只是能力沒那么強(qiáng)大。可以使模擬量，也可以是數(shù)字量，標(biāo)準(zhǔn)的 USB 接口也已經(jīng)集成在了單片機(jī)內(nèi)部。 （ 2）辦公自動化設(shè)備：現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機(jī)。如 各種測控系 統(tǒng)、過程控制、機(jī)電一體化、 PLC 等。 基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 6 （ 6）智能化通信產(chǎn)品：最突出的是手機(jī)，當(dāng)然手機(jī)內(nèi)的芯片屬專用型單片機(jī)。以前采用硬件電路實現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)。 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著微電子技術(shù)和集成電 路 技術(shù)的迅速發(fā)展，目前各個公司 研制出了能夠適用于各種領(lǐng)域的 單片機(jī)。 （ 3）內(nèi)部資源增多：片內(nèi)資源越豐富，產(chǎn)品的體積就越小，可靠性就越高。 第一章 緒論 7 本文的主要研究成果及內(nèi)容安排 主要研究成果 經(jīng)過兩個多月的研究，本文主要設(shè)計并實現(xiàn)了 基于 51單片機(jī)智能路燈控制器 ，主要包括了有硬件電路系統(tǒng)和軟件程序。 其中緒論部分主要介紹了此次畢業(yè)設(shè)計的重要性、目的和對我們的要求；同時也從總體上宏觀介紹了此次畢業(yè)設(shè)計的總體設(shè)計方案、概述了單片機(jī)系統(tǒng)的基本原理知識、其主要的功能和應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展趨勢。 第五六章總結(jié)了全文，本次設(shè)計過程，并從中得出此次畢業(yè)設(shè)計的心得體會， 總結(jié)出 經(jīng)驗，進(jìn)行進(jìn)一步的后續(xù)工作，安排接下來要進(jìn)行的答辯工作，最后 對本基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 8 次設(shè)計過程中給予我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W(xué)都致以誠摯的謝意。因此， MCS51 系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達(dá) 111 條。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖接即可。 時鐘電路引腳（ XTAL1） 19腳：該腳接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 它 還具有第二功能。 EA/VPP 引腳（ 31腳）：訪問程序存儲器控制信號端（又：外部存儲器地址允許輸入端 ）。而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。 要檢查一個 8051 小系統(tǒng)上電后能否正確到 EPROM 中讀取指令，可用示波器看PSEN 端有無脈沖，如有，說明基本工作正常。因而， ALE 信號可以作為對外輸出時鐘或定時信號。 P3口： 8位雙向 I/O 端口（ 1017 引腳） ， 。 P3 口有兩個功能： 第二章 硬件電路部分分析 11 除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。 (5) 四個 8位并行輸入輸出接口： P0P3 (6) 兩個定時計數(shù)器：每個計數(shù)器都可以設(shè)置 成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)。 (9) 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。 ALU 執(zhí)行不同的運算操作是由不同控制線上的信息所決定的。例如： 12 和 31 相加，在相加之前，操作數(shù) 12 放在一個暫存器（累加器或寄存器）基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 12 中，操作數(shù) 31 放在另一個暫存器（累加器或寄存器）中。 1． 時序產(chǎn)生器：控制器是發(fā)布命令的決策機(jī)構(gòu)，即協(xié)調(diào)和指揮整個計算機(jī)系統(tǒng)操作。 （ 2）對指令進(jìn)行譯碼或測試 ，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。 （ 3） 指令寄存器：用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令，當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取出，然后再傳送到指令寄存器。 （ 5） 程序計數(shù)器 PC:為了保證程序能夠連續(xù)的執(zhí)行下去， CPU 必須具有某些手段來確定一條 指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序執(zhí)行得，所以 ，修改的過程只是簡單的加一操作。 定時 /計數(shù)器 (ROM) 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定 時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 全雙工串行口 8051 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 14 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。 INTEL 的 8051 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)。初始化后，程序計數(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” 。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。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 8051 單片機(jī)的存儲器系統(tǒng) 8051 單片機(jī)存儲器在的物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間 ，程序存儲器 ROM：我們?yōu)榱俗寙纹瑱C(jī)實現(xiàn)某一功能，需要利用利用匯編語言或其他語言編寫一些源程序，然后再燒錄到芯片中 。 字節(jié)片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址也是從 0000HFFFFH 用 16 位 第二章 硬件電路部分分析 17 地址。尋址能力為 64K 字節(jié)。地址為 1000HFFFFH。 程序存儲器的某些單元是留給系統(tǒng)使用的。用作 5 個中斷服務(wù)程序的入口。 (1) 片外數(shù)據(jù)存儲器 外部數(shù)據(jù)存儲器又稱為外部數(shù)據(jù) RAM，當(dāng) 805l 片內(nèi) 256 個字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM 不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其它 I／ O端口擴(kuò)展外部數(shù)據(jù) RAM(擴(kuò)展方 法見相關(guān)章節(jié) )，其最大容量可達(dá) 64K 字節(jié)。他們又分為兩個部分。 其 工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。入射光消失，電子 空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原 值，電流也逐漸減小。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子 — 空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。 (6)具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋? R 1 03 0 0R 1 13 0 0L D R 1T O RC H_L DR321411U 2 : AL M 3 2 4R71 0 kR 1 21 0 kR V 11 0 0 k 圖 光電檢測與執(zhí)行電路 第二章 硬件電路部分分析 21 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)的核心，其他的外圍電路都是在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的 。 單片機(jī)控制電路相關(guān)的電路原理圖如 圖 所示： 圖 單片機(jī)控制相關(guān) 電路 基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 22 路燈控制電路 路燈控制電路 是智能路化燈控制器電路的發(fā)光部分，也是整個硬件電路的基本組成部分之一，這一部分電路相對來說比較簡單，起控制作用的元件是 單片機(jī)，其控制功能主要通過指令系統(tǒng)的指令來實現(xiàn)。在節(jié)約能源、電力資源合理利用的今天， 智能化路燈控制器 有著十分廣闊的社會和商業(yè)前景。七段數(shù)碼管顯示電路如下圖所示： 圖 七段數(shù)碼管顯示電路 然而，本文所使用的是共陽的兩位一體的數(shù)碼管顯示電路，它是數(shù)字電路中重要的數(shù)碼顯示器件，它的每一段為一發(fā)光二極管，只要加上適當(dāng)?shù)?電壓即可發(fā)光， LED內(nèi)部共有兩種接法，即共陽接法和共陰接法兩種，因其公共端接電源。 硬件電源完成后在把程序通過燒寫器燒入單片機(jī)，看是否能實現(xiàn)預(yù)期的功能。 將前面分析的電路加以分析和組合，就可以得到整個硬件電路部分的相關(guān)原理圖 ，現(xiàn)將相關(guān)原理圖表示如下： 第二章 硬件電路部分分析 25 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1+5vD1L E D B L U ED2L E D B L U ED3L E D B L U ED4L E D B L U ER