【正文】 第二節(jié) 單 片機的介紹 單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。以 Intel 公司的 MCS– 48 為代表。 Intel 公司在 MCS– 48 基礎上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS– 51。 2） CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 Intel 公司推出的 MCS– 96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數轉換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調制器等納入片中，體現了單片機的微控制器特征。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展 。 近年，由于 CHMOS 技術的進 步， 大地促進了單片機的 CMOS 化。采用雙極型半導體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。 。 幾乎所有的單片機都有 WAIT、 STOP 等省電運行方式。 。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其 I/O 功能，由此引入了虛擬外設的新概念。 內裝化 。 二、單片機的組成及特點 單片機是微型機的一個主要分支，在結構上的最大特點是把 CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。 由于單片機的這種結構形式及它所采取的半導體工藝，使其具有很多顯著的特點，因而在各個領域都得到了迅猛的發(fā)展。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 4）低功耗、低電壓，便于生產便攜式產品。根據目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型 /專用型、總線型 /控型 /家電型。 電氣自動化化產品是指 微電子技術、計算機技術于一體，具有智能化特征的機電產品。 在比較復雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。 自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化 程度，增加了功能，倍受人們喜愛。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機提供在線編程能力，加速了產品的開發(fā)進程，為企業(yè)產品上市贏得寶貴時間。 目前低端定位的單片機仍然走俏，但高端的單片機 (微處理器 )卻是風起云涌， SOC技術的發(fā)展 。在 FW 階段，作為固件系統(tǒng)的重要核心技術，單片機又以嵌入式技術為基礎，再次成為現代電子應用技術的核心技術之一，并為 SOC 應用技術提供了基礎。 隨著單片機 MCU 功能集成化的發(fā)展 ,其應用領域也逐漸由傳統(tǒng)的控制擴展到控制處理、數據處理以及數字信號處 理 (DigitalSignalProcessing,DSP)等領域 。以節(jié)省端口數。整個電路組成框圖如圖 所示 圖 LED 動態(tài)掃描的交通燈控制 系 統(tǒng) 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 8 方案二：采用 AT89C2051 單片機作為控制器，通行倒計時采用 16*16 點陣 LED反光管，左拐、右拐、直行及行人 4種通行指示也采用 16*16 點陣 雙色 LED 反光管。 如 圖 圖 采用 16 16 電陣 LED 發(fā)光管設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、行人通行指示采用單塊 LED 點陣顯示器。 系統(tǒng)圖如下： 圖 交通系統(tǒng)圖 第一節(jié) 交通燈的主控制系統(tǒng) 一、 基于單片機 AT89C52 的硬件功能特性 本章中系統(tǒng)采用的是以單片機 AT89C52 為主的控制系統(tǒng)，是 ATMEL 公司生產的一款性能穩(wěn)定的 8 位單片機。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 2 個外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 AT89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2 個外中斷口， 3個 16 位可編程定時計數器 ,2 個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。主機與多功能接口之間有四根連接線： CE、 CLK、 DAT、 INTR。 DAT 為串行數據輸入 /輸出端。 89C52 的 P0、 P P2 口用作鍵盤 /顯示接口。該多功能接口最多可連接 8 個 LED 顯示器和 1 個 88 鏈盤矩陣。 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 12 三、 AT89C52 各引腳功能及管腳電壓 概述： AT89C52P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的 C51 內核，在內部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負端。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫 “1” 時，可作為高阻抗輸入端用。P1 口： P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 13 表 . 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2，時鐘輸出 T2EX（定時 /計數器 2） 圖 功能輸出表 在訪問 8 位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。 P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 ALE/PROG ： 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。PSEN ：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 14 兩個脈沖。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數值將不確定，而寫入的數據也將丟失。 二、 數據存儲器 AT89C52 有 256 個字節(jié)的內部 RAM， 80HFFH 高 128 個字節(jié)與特殊功能寄存器（ SFR）地址是重疊的，也就是高 128 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分 開的。 MOV 0A0H， data 間接尋址指令訪問高 128 字節(jié) RAM，例如，下面的間接尋址指令中， R0 的內容為 0A0H，則訪問數據字節(jié)地址為 0A0H， 而不是 P2 口（ 0A0H）。 IE 也有一個總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。 定時器 0 和定時器 1 的標志位 TF0 和 TF1 在定時器溢出那個機器周期的S5P2 狀態(tài)置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標志。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 16 成并聯振蕩電路。 用戶也可以采用外部時鐘。 ： (1)空閑節(jié)電模式 在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 自身處于睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生。 （ 2） 掉電模式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內 RAM 和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。定時器 2 有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數）方式和波 特率發(fā)生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位來選擇。由于識別 1 至 0 的跳變需要 2 個機器周期（ 2 個振蕩周期），因此，最高計數速率為振蕩頻率的 1/24。如果 EXEN2=0，定時器 2 是一個 16 位定時器或計數器，計數溢出時，對 T2CON 的溢出標志 TF2 置位，同時激活中斷。 自動重裝載（向上或向下計數器）方式： 當定時器 2 工作于 16 位自動重裝載方式時，能對其編程為向上或向下計數方式，這個功能可通過特殊功能寄存器 T2CON 的 DCEN 位（允許向下計數）來選擇的。這個脈沖使 EXF2 置位，如果中斷允許，同樣產生中斷。 T2EX 引腳為邏輯 “1” 時，定時器向 上計數，當計數 0FFFFH 向 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 18 上溢出時，置位 TF2，同時把 16 位計數寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 重裝載到 TH2 和TL2 中 。如果定時 /計數器 2 作為發(fā)送器 或接收器，其發(fā)送和接收的波特率可以是不同的用于其它功能 。定時器 2 作為波特率發(fā)生器時， 與作為定時器的操作是不同的，通常作為定時器時，在每個機器周期（ 1/12 振蕩頻率）寄存器的值加 1，而作為波特率發(fā)生器使用時，在每個狀態(tài)時間（ 1/2 振蕩頻率）寄存器的值加 1。在波特率發(fā)生器工作方式中， TH2 翻轉不能 使 TF2 置位，故而不產生中斷。 然而，對 RCAP2 則可讀而不可寫，因為寫入操作將是重新裝載，寫入操作可能 另 寫和 /或重裝載出錯。當時鐘振蕩頻率為 16MHz 時，輸出時鐘頻率范圍為 61Hz— 4MHz。 發(fā)生器使用時，還可作為時鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時鐘輸出頻率不能分開確定，這是因為它們同使用 RCAP2L 和 RCAP2L。此外，加密位只能通過整片擦除的方法清除。 AT89C52 單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，用戶可從芯片上的型號和讀取芯片內的簽名字節(jié)獲得該信息。 3． 激活相應的控制信號。重復 1— 5 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數據，直到全部文件編程結束。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。 讀片內簽名字節(jié)： AT89C52 單片機內有 3 個簽名字節(jié)，地址為 030H、 031H 和032H。 （ 032H） =FFH 聲明為 12V 編程電壓。由于南北通行時雙向只是牌相同，因此每個端口應有 12mA 的吸收電流能力。 圖 城市道口交通燈電路 一、芯片 74HC244 74HC244 是驅動器，常用于 I/O 驅動，注意是單向驅動， 245 是雙向驅動74HC244/245 本身僅僅是一個緩沖驅動器而已 ，用于增強你的信號帶負載能力，也許可以用于單片機提供下載程序的電路里，但它本身是不具備下載功能的。由圖 可以看出，當 和 RD 同為低電平時， 74HC2244 才能將輸入端的數據送到單片機的 P0 口。當確定了地址之后，其接口的輸入操作程序如下： MOV DPTR， 7FFFH MOVX A,DPTR 其中 MOVX 類指令是 MCS5l 單片機專用于對外部 RAM 進行操作的指令。 由于單片機的數據總線是為各個芯片服務的，一般不可能為一個輸出而一直保持一種狀態(tài)，因此，輸出接口的主要功能是進行數據保持 (即數據鎖存 )，也就是說，輸出接口的擴展實際上就是擴展鎖存器。由于單片機每個斷碼輸出口需吸收 24mA 電路，因此在電路設計中也使用了驅動集成塊 74HC244。 二、 顯示原理 由于單片機的運行速度相當快，考慮到人的視覺特性，因而顯示系統(tǒng)采用了動態(tài)掃描：逐個地循環(huán)地點亮各位數碼管。圖 (c)為譯碼器與數碼管的連接線路圖。 BCD七段顯示譯碼器（ 74LS48） ， 因為計算機輸出的是 BCD 碼，要想在數碼管上顯示十進制數，就必須先把 BCD 碼轉換成 7 段字型數碼管所要求的代碼。因此，數字顯示電路是許多數字設備不可缺少 的部分。 數碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 26 起來，要顯示某字符，只須使相應的電極發(fā)亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。在實際應用中， 10～ 15 并不采用，而是用 2位數字顯示器進行顯示。例如，對于 8421 碼的 0011 狀態(tài)，對應的十進制數為 3，則譯碼驅動器應使 a、 b、 c、 d、 g 各段點亮。 7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 27 入一個直流穩(wěn)壓電源 ,他的輸出電壓恰好為 5v，剛好是 51 系列單片機運行所需的電壓，他有很多的系列如 ka7805， ads7805， cw7805 等，性能有微小的差 別 ,用的最多的還是 lm7805,下面我簡單的介紹一下他的 3個引腳以及用它來構成的穩(wěn)壓電路的資料。此電路的精度一般可達到 以上，用 lm7805 就能滿足一般需求了。 圖 盲人電路顯示圖 陽泉職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計說明書 29 第四章 軟件設計 道口交通控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個模塊： 主程序、 初始化程序庫、定時中斷程序和特種車實時響應