【正文】 第二節(jié) 單 片機(jī)的介紹 單片機(jī)，亦稱(chēng)單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。以 Intel 公司的 MCS– 48 為代表。 Intel 公司在 MCS– 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)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(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展 。 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進(jìn) 步， 大地促進(jìn)了單片機(jī)的 CMOS 化。采用雙極型半導(dǎo)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(jī)都有 WAIT、 STOP 等省電運(yùn)行方式。 。但在需要復(fù)雜控制的場(chǎng)合，該存儲(chǔ)容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。 主要是指進(jìn)一步改進(jìn) CPU 的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。由于這類(lèi)單片機(jī)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(shè)的新概念。 內(nèi)裝化 。 二、單片機(jī)的組成及特點(diǎn) 單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)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(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎn)便攜式產(chǎn)品。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型 /專(zhuān)用型、總線型 /控型 /家電型。 電氣自動(dòng)化化產(chǎn)品是指 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。 自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類(lèi)生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化 程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時(shí)間。 目前低端定位的單片機(jī)仍然走俏，但高端的單片機(jī) (微處理器 )卻是風(fēng)起云涌， SOC技術(shù)的發(fā)展 。在 FW 階段，作為固件系統(tǒng)的重要核心技術(shù)，單片機(jī)又以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，再次成為現(xiàn)代電子應(yīng)用技術(shù)的核心技術(shù)之一，并為 SOC 應(yīng)用技術(shù)提供了基礎(chǔ)。 隨著單片機(jī) MCU 功能集成化的發(fā)展 ,其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸由傳統(tǒng)的控制擴(kuò)展到控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處 理 (DigitalSignalProcessing,DSP)等領(lǐng)域 。以節(jié)省端口數(shù)。整個(gè)電路組成框圖如圖 所示 圖 LED 動(dòng)態(tài)掃描的交通燈控制 系 統(tǒng) 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 方案二：采用 AT89C2051 單片機(jī)作為控制器，通行倒計(jì)時(shí)采用 16*16 點(diǎn)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(diǎn)陣 雙色 LED 反光管。 如 圖 圖 采用 16 16 電陣 LED 發(fā)光管設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng) 方案三：采用 AT89C2051 單片機(jī)作為控制器，通行 倒計(jì)時(shí)及左拐、右拐、直行、行人通行指示采用單塊 LED 點(diǎn)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(jī) AT89C52 的硬件功能特性 本章中系統(tǒng)采用的是以單片機(jī) AT89C52 為主的控制系統(tǒng)，是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的 8 位單片機(jī)。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫(xiě)口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。主機(jī)與多功能接口之間有四根連接線： CE、 CLK、 DAT、 INTR。 DAT 為串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端。 89C52 的 P0、 P P2 口用作鍵盤(pán) /顯示接口。該多功能接口最多可連接 8 個(gè) LED 顯示器和 1 個(gè) 88 鏈盤(pán)矩陣。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)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(fù)端。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě) “1” 時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 表 . 和 的第二功能 引腳號(hào) 功能特性 T2，時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2） 圖 功能輸出表 在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 ALE/PROG ： 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(guò)對(duì)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(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 兩個(gè)脈沖。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 對(duì)沒(méi)有定義的單元讀寫(xiě)將是無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也將丟失。 二、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 80HFFH 高 128 個(gè)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(kāi)的。 MOV 0A0H， data 間接尋址指令訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM，例如，下面的間接尋址指令中， R0 的內(nèi)容為 0A0H，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)字節(jié)地址為 0A0H， 而不是 P2 口（ 0A0H）。 IE 也有一個(gè)總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。 定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 的標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在定時(shí)器溢出那個(gè)機(jī)器周期的S5P2 狀態(tài)置位，而會(huì)在下一個(gè)機(jī)器周期才查詢(xún)到該中斷標(biāo)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(gòu) 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 成并聯(lián)振蕩電路。 用戶(hù)也可以采用外部時(shí)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(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。 （ 2） 掉電模式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。定時(shí)器 2 有三種工作方式：捕獲方式，自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波 特率發(fā)生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位來(lái)選擇。由于識(shí)別 1 至 0 的跳變需要 2 個(gè)機(jī)器周期（ 2 個(gè)振蕩周期），因此，最高計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/24。如果 EXEN2=0，定時(shí)器 2 是一個(gè) 16 位定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)溢出時(shí)，對(duì) T2CON 的溢出標(biāo)志 TF2 置位，同時(shí)激活中斷。 自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)器）方式： 當(dāng)定時(shí)器 2 工作于 16 位自動(dòng)重裝載方式時(shí)，能對(duì)其編程為向上或向下計(jì)數(shù)方式，這個(gè)功能可通過(guò)特殊功能寄存器 T2CON 的 DCEN 位（允許向下計(jì)數(shù)）來(lái)選擇的。這個(gè)脈沖使 EXF2 置位，如果中斷允許，同樣產(chǎn)生中斷。 T2EX 引腳為邏輯 “1” 時(shí)，定時(shí)器向 上計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù) 0FFFFH 向 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 上溢出時(shí)，置位 TF2，同時(shí)把 16 位計(jì)數(shù)寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 重裝載到 TH2 和TL2 中 。如果定時(shí) /計(jì)數(shù)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(shí)器 2 作為波特率發(fā)生器時(shí)， 與作為定時(shí)器的操作是不同的，通常作為定時(shí)器時(shí)，在每個(gè)機(jī)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(shí)，在每個(gè)狀態(tài)時(shí)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(zhuǎn)不能 使 TF2 置位，故而不產(chǎn)生中斷。 然而，對(duì) RCAP2 則可讀而不可寫(xiě)，因?yàn)閷?xiě)入操作將是重新裝載，寫(xiě)入操作可能 另 寫(xiě)和 /或重裝載出錯(cuò)。當(dāng)時(shí)鐘振蕩頻率為 16MHz 時(shí)，輸出時(shí)鐘頻率范圍為 61Hz— 4MHz。 發(fā)生器使用時(shí)，還可作為時(shí)鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時(shí)鐘輸出頻率不能分開(kāi)確定，這是因?yàn)樗鼈兺褂?RCAP2L 和 RCAP2L。此外，加密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。 AT89C52 單片機(jī)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(hù)可從芯片上的型號(hào)和讀取芯片內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息。 3． 激活相應(yīng)的控制信號(hào)。重復(fù) 1— 5 步驟，改變編程單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 讀片內(nèi)簽名字節(jié)： AT89C52 單片機(jī)內(nèi)有 3 個(gè)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(shí)雙向只是牌相同，因此每個(gè)端口應(yīng)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(qū)動(dòng)器，常用于 I/O 驅(qū)動(dòng)，注意是單向驅(qū)動(dòng)， 245 是雙向驅(qū)動(dòng)74HC244/245 本身僅僅是一個(gè)緩沖驅(qū)動(dòng)器而已 ，用于增強(qiáng)你的信號(hào)帶負(fù)載能力，也許可以用于單片機(jī)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(dāng) 和 RD 同為低電平時(shí)， 74HC2244 才能將輸入端的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)的 P0 口。當(dāng)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(lèi)指令是 MCS5l 單片機(jī)專(zhuān)用于對(duì)外部 RAM 進(jìn)行操作的指令。 由于單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線是為各個(gè)芯片服務(wù)的，一般不可能為一個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)保持 (即數(shù)據(jù)鎖存 )，也就是說(shuō)，輸出接口的擴(kuò)展實(shí)際上就是擴(kuò)展鎖存器。由于單片機(jī)每個(gè)斷碼輸出口需吸收 24mA 電路，因此在電路設(shè)計(jì)中也使用了驅(qū)動(dòng)集成塊 74HC244。 二、 顯示原理 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度相當(dāng)快，考慮到人的視覺(jué)特性，因而顯示系統(tǒng)采用了動(dòng)態(tài)掃描：逐個(gè)地循環(huán)地點(diǎn)亮各位數(shù)碼管。圖 (c)為譯碼器與數(shù)碼管的連接線路圖。 BCD七段顯示譯碼器（ 74LS48） ， 因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的是 BCD 碼，要想在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)，就必須先把 BCD 碼轉(zhuǎn)換成 7 段字型數(shù)碼管所要求的代碼。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少 的部分。 數(shù)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(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 起來(lái)，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā)亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。在實(shí)際應(yīng)用中， 10～ 15 并不采用，而是用 2位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。例如，對(duì)于 8421 碼的 0011 狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為 3，則譯碼驅(qū)動(dòng)器應(yīng)使 a、 b、 c、 d、 g 各段點(diǎn)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(jiǎn)單的電路即可以輸 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 入一個(gè)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(jī)運(yùn)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(jiǎn)單的介紹一下他的 3個(gè)引腳以及用它來(lái)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。此電路的精度一般可達(dá)到 以上，用 lm7805 就能滿(mǎn)足一般需求了。 圖 盲人電路顯示圖 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 第四章 軟件設(shè)計(jì) 道口交通控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個(gè)模塊： 主程序、 初始化程序庫(kù)、定時(shí)中斷程序和特種車(chē)實(shí)時(shí)響應(yīng)