【正文】 .....................................40附錄 2：實驗原理圖 ...........................................................................................................45 1前 言單片機(jī)微型計算機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。3 萬公里。002 公里；且其中 90%的道路屬于機(jī)動車與非機(jī)動車和行人混雜。根據(jù)統(tǒng)計每年因交通事故死亡的人數(shù)占所有事故死亡總?cè)藬?shù)的 80%，而且這個比例還在不斷的增加。三 課題的任務(wù)及要實現(xiàn)的主要功能本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、LED 顯示、交通燈顯示系統(tǒng)組成。本設(shè)計采用一主干道（南北方向） ，一從干道（東西方向）的路口。鎖存器選用 74LS373，用于單片機(jī)輸出地址信號鎖存。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。 4圖 獨(dú)立式按鍵電路綜上所述，我們選擇第三種方案。方案二：完全采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。圖中按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O 口線有確定的高電平。鍵盤的按鍵由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。為了使 CPU 能正確地讀出 P1 口的狀態(tài)，對每一次按鍵只作一次回應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動，常用的去抖動的方法有兩種：硬體方法和軟體方法。而在檢測到按鍵釋放后（P1。具體消抖見軟件設(shè)計。用 220 交流電驅(qū)動交通燈，這樣就滿足了在陽光下或者在霧天也可以看清楚交通燈信號。 圖 2－1 所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖，分別設(shè)定為 SS2 、SS4 ，交通燈以這四的狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行（見圖 2－2）。如表2－1 所示。電路圖及設(shè)計文件（1）燈控制電路設(shè)計 由于 32 個 LED 來實現(xiàn)紅綠燈狀態(tài)，若直接接在單片機(jī)的口線，路口倒計時的顯示就不能實現(xiàn)，所以本次設(shè)計中采用一種新型的電路如圖 3－1 所示。共四組和上述相同的電路分別代表東西南北四個方向的紅綠燈，使用兩片 74LS04 作為驅(qū)動。 即單片微型計算機(jī)（Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 11Philips 的歷史功績。 單片機(jī)作為微型計算機(jī)的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。MCS – 48 的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog 等，都取得了滿意的效果。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。 ③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。隨著 MCS – 51 系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51 為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。因為單片機(jī)芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CHMOS 和 HMOS 工藝的結(jié)合。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。目前 供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。現(xiàn)指令速度最高者已達(dá) 100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒） ，并加強(qiáng)了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 串行擴(kuò)展技術(shù) 在很長一段時間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。在單片機(jī)家族中，80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司將其 MCS –51 系列中的 80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC 制造廠商，如 Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了 80C51 的許多特性。 單片機(jī)的組成及特點(diǎn)單片機(jī)是微型機(jī)的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)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。 單片機(jī)的特點(diǎn)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)，因而在各個領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。另外，其體積小，對于強(qiáng)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(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/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。例如，80C51 類單片機(jī)既是通用型又是總線型，還可以作工控用。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì) 16量。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)： 17 8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。并行輸入輸出(I/O)口：8051 共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。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。RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。更有一個特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE 會跳過一個脈沖。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 由上圖可知：8255 包括三個端口，二個工作方式控制電路，一個讀寫控制邏輯電路和 8 位總線緩沖器，現(xiàn)將各部件功能分別加以簡單介紹：? 端口 A、B、C 控制電路分為：A 組工作方式控制電路、B 組方式控制電路。 ? 數(shù)據(jù)總線緩沖器該緩沖器是一個三態(tài)雙向 8 位緩沖器，用來傳送數(shù)據(jù)、控制命令和外部狀態(tài)信息。當(dāng)狀態(tài)字中有效信息位不滿 8 位時，所缺的即為對應(yīng)端口 C 引腳的輸入電平。W：寫入信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許 CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255。 21PC0~PC7：端口 C 輸入輸出線，有 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。其中 C 口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關(guān)資料。每一個端口都可以用作輸入或輸出。方式 2 ：雙向總線方式。但是，沒有從端口 C 讀取狀態(tài)信息的專用指令，而要執(zhí)行端口 C 的讀出操作來讀取這些狀態(tài)信息，端口 C 并不是所有的位都用于傳送控制或狀態(tài)信息，剩余的各位可以由控制字設(shè)定為輸入或輸出。因此，C 口產(chǎn)生的中斷請求是軟件可屏蔽的，由于可允許/禁止某個 I/O 設(shè)備中斷 CPU，從而不影響中斷結(jié)構(gòu)中任何其它設(shè)備。發(fā)光顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價輸出設(shè)備。例如，七段顯示器的 a、b、 c、d、e、f 導(dǎo)通，g 截止，則顯示 0。顯示器的點(diǎn)亮既跟點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也跟點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。 看門狗 MAX692由于單片機(jī)自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機(jī)因為受外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。因此單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)一定要考慮系統(tǒng)可靠性的設(shè)計，以滿足系統(tǒng)在現(xiàn)場苛刻環(huán)境下的正常運(yùn)行，而“看門狗” 則是系統(tǒng)可靠性設(shè)計的重要一環(huán)。 24（1）軟件看門狗軟件看門狗是利用單片機(jī)片內(nèi)閑置的定時器/計數(shù)器單元作為看門狗，在單片機(jī)程序中適當(dāng)?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當(dāng)程序出現(xiàn)異常或進(jìn)入死循環(huán)時，利用軟件將程序計數(shù)器 PC 賦予初始值，強(qiáng)制性的使程序重新開始運(yùn)行。軟件看門狗的最大特點(diǎn)是無須外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性好。而當(dāng)程序運(yùn)行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機(jī)的 RESET 引腳使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗電路是指看門狗的硬件電路包含在單片機(jī)內(nèi)部,如Microchip 的16C5x 系列，MOTOROLA的 68C05 系列，51 內(nèi)核中比較典型的有Atmel 公司的AT89C55WD、AT89S8252，Winbond 公司的 W77E58，SST 公司的 SST89C58 以及 Philips 公司 87 系列的多種型號的單片機(jī)等。MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。PFI：電池故障輸入。VBATT：后備電池輸入端。如果 WDI 保持高或低超過看門狗定時周期（） ，/RESET 端將發(fā)生 200ms 的負(fù)脈沖使 CPU 復(fù)位。 28S9：東西紅、南北綠：東西方向禁行；南北方向通行。如表 ：表 狀態(tài)真值表東西方向 南北方向方向狀態(tài) Z、L、R、M Z、L、R、MS1 1010 0000S2 1001 0000S3 0100 0000S4 0000 1010S5 0000 1001S6 0000 0100S7 0000 0000S8 1000 0000S9 0000 1000各個交通狀態(tài)的時間設(shè)定：假設(shè)路口兩個交叉道路車流量相當(dāng)，可以把正常通行下的六個狀態(tài)時間設(shè)定為：S1 30 秒、S2 30 秒、S3 20 秒、S4 23 秒、S5 22 秒、S6 20 秒。0，P1。4主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)有鍵按下的時候，程序就跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理，當(dāng)檢測到 K2 鍵按下的時候就自動返回到主程序。按恢復(fù)鍵對上兩者進(jìn)行恢復(fù)到正常狀態(tài)。 按鍵分別接到單片機(jī)的 P1 口對于這種鍵各程序可以采用不斷查詢的方法，功能就是：檢測是否有鍵閉合，如有鍵閉合，則去除鍵抖動，判斷鍵號幷轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理，具體程序設(shè)計程序部分，在此不在累述。0 位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng)該位電平為 0就對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1 系統(tǒng)就開始工作。交通燈一個循環(huán)周期的時間根據(jù)初始設(shè)定的值得出為 160 秒，所以可以把看門狗 MAX592 的溢出時間設(shè)為 163165 秒，在交通燈一個循環(huán)后，單片機(jī)發(fā)出一個高電平，在看門狗作用前使看門狗復(fù)位。 計數(shù)器初值計算定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。 計算公式T=（M －TC ）T 計數(shù)或 TC＝MT/T 計數(shù)T 計數(shù)是單片機(jī)時鐘周期ＴＣＬＫ的 12 倍；TC 為定時初值。在中斷服務(wù)子程序中，CPU 先使軟件計數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12 倍，所以一個機(jī)器周期的時間為12*（1/6M ）=2us。DELAY R4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán)8 次，所以 125us*8= 1 秒，由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽 33略不計。擴(kuò)展的方法有兩種：（1）借用外部 RAM 地址來擴(kuò)展 I/O 端口；（2）采用 I/O 接口新片來擴(kuò)