【正文】 容單片機(jī)原理與選型，王曉君等，電子工業(yè)出版社 教研室負(fù)責(zé)人 黃崇林 指導(dǎo)教師 黃崇林 接受設(shè)計(jì)論文任務(wù)開始執(zhí)行日期 20xx 年 04 月 19 日 學(xué)生簽名 I 摘 要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入 ，同 時(shí) 帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測 日新月異更新 。 本 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心部件的模擬交通燈，利用 74LS244 作為斷碼驅(qū)動(dòng)器，74LS07 作為位碼驅(qū)動(dòng)， LED 七斷數(shù)碼管作為計(jì)時(shí)顯示用，用發(fā)光二極管指示交通的通行，用按鍵進(jìn)行緊急事件的發(fā)生，使兩個(gè)方向都亮紅燈，綠燈亮通行，紅燈亮停止通行。 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、存儲器和 I/O 接口電路等。 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)。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)存儲容量（ RAM，ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，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。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。 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)。 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。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。 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。該方案占用接口資源多，顯示亮度由保證，但硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢，實(shí)用于 并行接口資源較少以及對顯示沒有要求的場合。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)按鍵，所以這里選用獨(dú)立式鍵盤。 程序存儲器 (ROM) 89S51 共有 4KB掩膜 ROM， 最大可擴(kuò)展 64K 字節(jié)， 用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 89S51單片機(jī)的引腳 89S51 單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu) ,即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的 . 89S51有 40條引腳 , 與其他 51系列單片機(jī)引腳是兼容的 . 這 40條引腳可分為 I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4部分 . 89S51 單片機(jī)為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu) , 如圖 所示 . 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 7 圖 89S51 引腳分配圖 89S51 單機(jī)的電源線有以下兩種： （ 1） VCC： +5V 電源線。 （ 2） XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。 （ 2） ALE/PROG：地址鎖存允許 /編程線。 當(dāng) G=0 時(shí)， A 輸入為高電平時(shí)， Y輸出為高電平。例如，一次按鍵產(chǎn)生的正確開關(guān)狀態(tài)，由于鍵的抖動(dòng)， CPU 多次采集到底電平信號，會被誤認(rèn)為按鍵被多次按下，就 會多次進(jìn)行鍵輸入操作，這是不允許的。如圖 所示，每個(gè)獨(dú)立按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每根 I/O接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他 I/O 接口線。上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)， I/O 接口線有確定的高電平。因此應(yīng)用比較廣泛。 K1K2K3K4K5K6K7K8+5V89S51茂名 學(xué)院 專 科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 a .共陰極 b .共陽極 圖 七段 LED 顯示器 （ 3） LED 動(dòng)態(tài)顯示接口： LED 動(dòng)態(tài)顯示就是利用單片機(jī)依次輸出每一位數(shù)碼管的段選碼和對應(yīng)于該位數(shù)碼管的位選控制信號，一位一位輪流點(diǎn)亮各七段數(shù)碼管。在段選碼和位選碼每送出一次后，應(yīng)保持 1ms 左右，這個(gè)時(shí)間 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。 用 MCS51單片機(jī)構(gòu)建七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)時(shí)， 4位數(shù)碼管均采用共陰極 LED，p0 接口作為段選碼輸出口， 8 路驅(qū)動(dòng)采用 74LS244 總線驅(qū)動(dòng)器作為字形驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過 8 路驅(qū)動(dòng)電路后接至數(shù)碼管的各段，字形驅(qū)動(dòng)輸出 0 時(shí)發(fā)光。利用軟件計(jì)數(shù)器的方法計(jì)時(shí)一秒，利用中斷的方法使計(jì)時(shí)時(shí)間循環(huán)，當(dāng)按下應(yīng)急按鍵時(shí)停止定時(shí)器，送一個(gè)代碼使兩個(gè)方向都亮紅燈，按下一個(gè)按鍵時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，恢復(fù)循環(huán)。 定時(shí)器初值計(jì)算 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送初值，將這個(gè)值送到 TH 和 TL中。 茂名 學(xué)院 專 科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 保存表地址查時(shí)間表查燈狀態(tài)表掃描按鍵調(diào)用顯示啟動(dòng)T0顯示初始化次數(shù)初始化中斷初始化T0 初始化開始 主程序模塊 主程序初始化和按鍵控制，首先將時(shí)間、中斷、次數(shù)、和顯示分別進(jìn)行初始化，然后啟動(dòng)定時(shí)器對時(shí)間進(jìn)行判斷，將時(shí)間送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，調(diào)用顯示程序，同時(shí)掃描按鍵程序，用無條件跳轉(zhuǎn)指令返回 , 再調(diào)用顯示程序，如此周而復(fù)始的循環(huán)，如圖 所示 圖 主程序流程圖 主程序： 初值： X=216－定時(shí)時(shí)間／振蕩周期 12＝ 216－ 50ms/1us=15536=3CB0H， TH0=3CH ， TL0=0B0H。 重新周而復(fù)始的循環(huán)，如圖 所示。不過，作為一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，其運(yùn)行是軟硬件相結(jié)合的，因此，軟硬件的調(diào)試也是絕對不可能分開的。最后以ASM 擴(kuò)展名保存。 21 結(jié) 論 依據(jù)本論文設(shè)計(jì)以 89S51 單片機(jī)為核心的交通燈，經(jīng)過近 一 個(gè) 多 月的設(shè)計(jì)， 選擇不同的單片機(jī)，可以 組成具有較強(qiáng)抗干擾能力和運(yùn)行可靠性的產(chǎn)品，其抗干擾能力雖然不如 PLC， 但 PLC 價(jià)格較貴 ， 用單片機(jī) 運(yùn)行效果仍然令人滿意 ，同時(shí)證明了本方案的正確性。 黃 老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn) 求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。我在指導(dǎo)老師 黃 老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實(shí)踐能力，并對當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對我今后進(jìn)一 步學(xué)習(xí)單片機(jī)方面的知識有極大的幫助。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 23 參考文獻(xiàn) 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例，隹丙東等 ，電子工業(yè)出版社 ． 20xx． 1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，韓志軍等，機(jī)械工業(yè)出版社 數(shù)字化測量技術(shù)與應(yīng)用，沙占友，機(jī)械工業(yè)出版社 單片微型機(jī)原理及應(yīng)用，徐淑華等，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，胡乾斌等，華中科技出版社 MCS51 及兼容單片機(jī)原理與選型，王曉君等，電子工業(yè)出版社 MCS51 單片機(jī)原理及應(yīng)用 ， 林華兵編著 ， 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例 ， 先鋒工作室編著 ， 清華大學(xué)出版社， 8051 單片機(jī)課 程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材 ， 陳明熒編著 ， 清華大學(xué)出版社， 單片機(jī)教程 ， 王曉明、曾紅編著 ， 東北大學(xué)出版社， 11 、 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程 ， 張洪潤、藍(lán)清華編著 ， 清華大學(xué)出版社， 1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例 ， 求是科技、勒達(dá)編著 ， 導(dǎo)航人民郵電出版社， 1 MCS51 單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例 ， 南建輝、熊鳴、王軍茹編著 ， 清華大學(xué)出版 社， 14 、 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) ， 蘇凱、劉慶國、陳國平編著 ， 冶金工業(yè)出版社， 15 、 單片計(jì)算 機(jī)及其應(yīng)用 ， 白駒珩、雷曉平編著 ， 成都：電子科技大學(xué)出版社， 16 、 單片機(jī)高級 C51 應(yīng)用程序設(shè)計(jì) ， 徐愛鈞 彭秀華編著 ， 電子工業(yè)出版社， 17 、 Protel 99SE 電路設(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用 ， 李東生、張勇、許四毛編著 ， 北京：電子工業(yè)出版社， 18 、 Protel 98 實(shí)用指南 ， 王勇、陳愛弟、蔡明軍、任安宏編著 ， 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1 單片機(jī) C 高級語言程序設(shè)計(jì)及其應(yīng)用 ， 袁濤編著 ， 清華大學(xué)出版社， 茂名 學(xué)院 專 科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 專業(yè)文獻(xiàn)譯文 LED 交通信號的兼容性與現(xiàn)有的交通信號 領(lǐng)域 設(shè)備 由 納撒尼爾南 Behura 和斯科特埃文斯河 許可轉(zhuǎn)載 IMSA 雜志 ， 1998 年 3月至 4月 背景： 發(fā)光二極管或 LED 交通信號在美國過去的四年中變得流行主要因?yàn)樗?jié)省能源。這個(gè)因素很重要，因?yàn)橘Y本的安裝成本等信號模塊是相當(dāng)高。它們也有更高的功率因素，有時(shí)甚至有文檔補(bǔ)償電路。 目 前說明書上統(tǒng)一的交通控制裝置 LED 信號沒有什么特別的要求。有兩個(gè)很重要的問題，遇到的信號不兼容負(fù)荷開關(guān)和 LED 模塊與現(xiàn)有的（沖突）顯示器。 不相容的信號監(jiān)視器或負(fù)載開關(guān)可導(dǎo)致包括從信號故障元首閃爍完成黑出局。負(fù)荷開關(guān)和信號顯示 器及其功能： 負(fù)荷開關(guān) 設(shè)備，開關(guān)負(fù)載電流合適的指示或相紅色， 25 綠色或黃色。傳統(tǒng)的負(fù)載開關(guān)電路包含兩個(gè)可控硅 。 保持電流的參數(shù)必須滿足有足夠的電流流 通過電源可控硅保留一個(gè)完整的模式，它 在導(dǎo)電。 這將確保至少 100 mA 的可控硅流經(jīng)可控硅觸發(fā)到門的權(quán)力。 未觸發(fā)可控硅電源設(shè)備 可能造成永久性損壞的觸發(fā)電路，而未能維持最低保持電流可以限制可用電源模塊的信號傳遞。其他不正 確 包括重疊信號顯示綠色，黃色或紅色跡象。現(xiàn)行國家電氣制造商協(xié)會（符合 NEMA） 170 型的標(biāo)準(zhǔn)和要求，限制最大斷態(tài)電壓為 15 Vrms 的。目前的標(biāo)準(zhǔn)要求負(fù)荷開關(guān)操作 100 正確最低負(fù)載 mArms 的電流。 這可能會導(dǎo)致不兼容在故障或負(fù)荷開關(guān)的永久性破壞。 從這個(gè)信號狀態(tài)，然后確定如果有一個(gè)沖突或不當(dāng)?shù)男盘枟l件。 這將迫使顯示器應(yīng)對緊急模式放置到閃爍的十字路口。過度衰減時(shí)間可能會 導(dǎo)致顯示器顯示的積極意義是不活躍的信號并暫時(shí)重疊關(guān)于這一階段的下一個(gè)信號的顏色。 它的第 要求的 LED 交通信號模塊是兼容現(xiàn)有負(fù)荷開關(guān)和信號監(jiān)測。 兼容性是一個(gè)問題，應(yīng)該搶先在設(shè)計(jì)階段引入一個(gè)新產(chǎn)品，而不是給用戶機(jī)構(gòu)方面遇到問題或糾正。 對于低功率 LED 信號模塊，一個(gè)配置文件的例子，一個(gè)電流如圖 1 所示。 27 另一方面，也有人認(rèn)為可能是一個(gè)負(fù)載開關(guān)要求激活最小負(fù)載電流的水平，如 100 mArms，通過該設(shè)備。 因此，負(fù)載電流分布在圖 1 是更好 的 解決方案，即總功率消耗仍可以舉行一個(gè)較低的水平 ， 只影響總諧波失真（ THD） 。 較低的功耗消費(fèi)，從而電流消耗，更大的變形要實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的配置文件圖 1，因此，較多 的 THD 值。對于單位功耗小于 15 瓦的溫 度，特別是在當(dāng)前非常低的地方畫小，引進(jìn)這種設(shè)計(jì)的改變會影響更多的總諧波失真。 例如，一個(gè) 15 瓦的總諧波失真 單位將可取用一個(gè) 模塊消耗 30 瓦的總諧波失真 。為了測試兼容性與信號監(jiān)測，以下是建議。 第二高歐姆的電阻（約 220,000 歐姆）連接各模塊的信號中立。如果開關(guān)不開行同步與交流，測試是一個(gè)重復(fù)次，以確保有足夠數(shù)量的測量時(shí)采取的開關(guān)開幕電壓峰值的交流線路。 這是因?yàn)檫@些機(jī)構(gòu)并沒有意識到問題的，并沒有事先進(jìn)行充分的測試。 有些機(jī)構(gòu)已經(jīng)解決了更高的交流問題，要求 1 安培，具有功耗不利影響增加。 結(jié)論： 這兩種負(fù)載開關(guān)和信號監(jiān)測是交通信號固有的一部分，所有裝置 大部分司法管轄區(qū)的設(shè)備是 7 到 10 年， 經(jīng)受嚴(yán)酷的環(huán)境條件。為了避免這個(gè)問題的妥善的 LED 模塊可方便地重新設(shè)計(jì)，以確保觸發(fā)和負(fù)荷開關(guān)的控股以及適當(dāng)?shù)碾妷盒盘柕臋z測監(jiān)視器。 一旦這些建議得到落實(shí)，各機(jī)構(gòu)可以可靠地使用 LED 信號模塊和儲蓄受益于電力和維修費(fèi)用不涉及現(xiàn)場設(shè)備故障。這還需要一個(gè)控制電路斷態(tài)電壓。 新的 LED 模塊正在使用的信號越來越多的機(jī)構(gòu)在場，和機(jī)構(gòu)已加載不兼容的問題和面臨的 LED 模塊開關(guān)和信號監(jiān)測。