【正文】 . 40 致 謝 ......................................................... 41 參考文獻 ....................................................... 43 附錄 A ......................................................... 45 第一章 緒論 1 第一章 緒論 畢業(yè)設(shè)計目的與要求 畢業(yè)設(shè)計（論文）是高等學(xué)校學(xué)生培養(yǎng)過程中的一個實 踐性很強的教學(xué)環(huán)節(jié)。 (2） 能夠熟練使用 Autium designer、 Protues 等電子軟件， 學(xué)會 運用這些軟件 分析 、 設(shè)計 和仿真 電路 的能力。 (6）了解弱電控制強電的方法 ，并能設(shè)計一些簡單實用的電路。 畢業(yè)設(shè)計（論文）是高等院校本科教學(xué)的最后一個非常重要且必不可少的部分，是將理論知識和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合的橋梁，對于增強我們綜合運用所學(xué)知識，分析和解決實際問題，提高學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新思維能力具有不可替代的作用。 為完成此次課題項目，需要如下電路元器件和設(shè)備器材。 （ 4）光電檢測和執(zhí)行電路所需的 300 歐姆電阻兩個， 10K 電阻兩個， 100K 電位器一個，光敏電阻一個， LM324 芯片一片 。 示波器一臺 。 第一章 緒論 3 單片機系統(tǒng)概述 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） 、隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 、只讀存儲器（ ROM） 、輸入 /輸出電路（ I/O 口）等電路集成到單片芯片上，構(gòu)成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片機不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)出來以前，只具有功能極其強大的超大規(guī)模集成電路，如果再賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)。指令特性則指我們熟悉的單片機尋址方式、數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方法、輸入 /輸出特性等。現(xiàn) 在，單片機的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。單片機應(yīng)用基于 51單片機智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 4 技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識技能，它能使你設(shè) 計出更具智能化和方便的產(chǎn)品。 （ 4）應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)（外） ROM中，抗干擾能力強，可靠性高，使用方便。 （ 7）由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動了產(chǎn)品的智能化。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 第一章 緒論 5 單片機主要功能及主要應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)在的單片機功能越來越強大，集成度越來越高，有很多曾經(jīng)的外圍器件都已經(jīng)在內(nèi)部集成。甚至也有類似雙核 CPU 的設(shè)計出現(xiàn)。比如：可以讀寫硬盤、可以接受 按鍵輸入、可以顯示輸出、可以驅(qū)動打印、您甚至可以給它接個鼠標(biāo)。 此外，單片機的體積小、價格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。如打印機、復(fù)印機、傳真機、繪圖機、考勤機、電話以及通用計算機中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動等。在化工、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機控制。 （ 7）汽車電子產(chǎn)品：現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開單片機。以前自動控制中的 PID 調(diào)節(jié)，現(xiàn)在可以用單片機實現(xiàn)具有智能化的數(shù)字計算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制。高性能單片機芯片市場也異?；钴S，采用新技術(shù)，使單片機的種類、性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大。 （ 4） I/O 接口形式增多，性能提高。硬件電路主要由最小系統(tǒng)部分、路燈控制部分、光電檢測與執(zhí)行部分、延時顯示部分，此外， P0口作為 I/O 口時還需要上拉電阻（兩個 300 歐姆的電阻）；軟件程序主要是使用利用 Autium designer 制作了原理圖、 PCB 圖， Protues 進行仿真， KeilC51 軟件編寫了程序。 在硬件電路分 析部分首先介紹了 AT89C5光敏電阻、 LM324 芯片、兩位一體數(shù)碼管；然后分析了光電檢測電路、單片機控制電路、時鐘延時顯示電路及對硬件電路進行了調(diào)試；接著介紹了此次設(shè)計過程中的原理圖、 PCB 圖和實物圖，最后就對第一章的內(nèi)容進行了小結(jié)。由于水平有限，本文中的 錯誤和不妥之處在所難免，敬請雷老師和各位答辯委員會老師不吝指正。 MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片電源引腳 （ 20）：這當(dāng)然是必不可少的了。 這兩個腳的定義是： 時鐘電路引腳（ XTAL2） 18 腳：該腳接外部晶體和微調(diào)電容的一段，在 8051內(nèi)部，它是振蕩電路反相反大器的輸出端。在片內(nèi)，它是反相放大器的輸入端。即當(dāng)主電源 VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將 5V電源自動接入 RST 端。 （ 1） 當(dāng) EA 引腳接高電 平 CPU 訪問片內(nèi) EPROM（ CPU 讀取內(nèi)部程序存儲器 ROM〉），并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 （ 3） 此腳還具有第二功能 VPP：是對 8051 片內(nèi)固化編程時，作為施加較高編程電壓輸入端。 ALE（ 30腳）：地址鎖存控制信號端。 另外還有四個 8 位并行通訊端口： P0 口： 8位雙向 I/O 端口（ 3932 引腳 ）， 即： 。 P0 口有三個功能：外部擴展存儲器當(dāng)做數(shù)據(jù)總線 ； 外部擴展存儲器 當(dāng)作地址總線 擴 展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸 出 時應(yīng)在外部接上拉電阻。 有內(nèi)部 EPROM 的單片機芯片（例如 8751），為 寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， 即：編程脈沖： 30 腳（ ALE/PROG）編程電壓（ 25V）： 31 腳（ EA/Vpp） 單片機的系統(tǒng)資源列舉如下： (1) CPU（即控制器） (2) 運算器 (3) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)。也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)定時或計數(shù)結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。 （ 10） 片內(nèi)系統(tǒng)總線：包括數(shù)據(jù)總線、低 8 位地址總線、高 8 位地址總線和控制總線。通常 ALU 接收來自累加器或寄存器的 2 組 8 位二進制數(shù)。執(zhí)行兩數(shù)相加運算的控制線發(fā)出加操作信 號， ALU 即把兩個數(shù)相加，并把結(jié)果 43 放入累加器，取代累加器中前面存放的數(shù)?？刂破麟娐窂?fù)雜。比如一次內(nèi)存讀寫操作、一個邏輯運算或輸入輸出。 （ 4） 指令譯碼器：指令分為操作碼和操作數(shù)字段，由二進制數(shù)字組成，為執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行譯碼，以便確定所要求的操作。程序計數(shù)器 PC 正是起到這個作用。 和 MCS51 系列單片機一樣， AT89系列也是 51 家族的成員，它們都是基于 8051 內(nèi)核而發(fā)展起來的。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 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)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 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。 8051 的引腳說明 8051 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 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。 圖 8051的復(fù)位方式 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。Pin31:EA/V pp程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單 片機，內(nèi)置有 4kB的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。 我們編寫的這些程序，就存儲在程 序存儲器空間中。 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器空間，用 8位地址。片內(nèi) ROM 為 4KB。片內(nèi)片外是統(tǒng)一編址的。存儲單元 0000H0002H 用作 8051上電復(fù)位后引導(dǎo)程序存放單元。因為5個入口之間間隔較小，因此一般來說，這五個入口都是存放著一條跳轉(zhuǎn)指令，而把真正的中斷服務(wù)程序安排在后面的存儲單元中。地址從 0000HFFFFH。 低 128 字節(jié) 00H7FH是真正的 RAM 區(qū) 低 128 字節(jié)中地址 00H 一1F 的 32 個單元，安排為四組工作寄存器。 在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻如圖所示。當(dāng)光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子 — 空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。 在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。光照愈強，阻值愈低。 LM324 芯片介紹 LM324 芯片是 價格便宜的 模擬電路中常用的 帶差動輸入功能的四運算放大器。 (7)共模范圍擴展到負電源 (8)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 (9)輸入端具有靜電保護功能 。單片機最小系統(tǒng)是由單片機、復(fù)位電路、時鐘電路、電源和地端組成，一般情況下，單片機系統(tǒng)采用外接石英晶體與內(nèi)部運放組成時鐘振蕩器作為系統(tǒng)時鐘源，而在多機系統(tǒng)中，單片機只作為一個 功能模塊使用，為節(jié)省硬件和統(tǒng)一系統(tǒng)的時鐘信號，常采用外時鐘源。 這一部分電路主要有 6個 LED 燈、 6個 470 歐姆的電阻、電源和單片機組成。 兩位一體數(shù)碼管顯示電路 數(shù)字 顯示 譯碼驅(qū)動電路是用來驅(qū)動數(shù)碼管的 MSI。其他引腳與單片機相連，故本文所采用的屬于共陽接法的兩位一體數(shù)碼管顯示電路，其在硬件電路中的連接電路如圖 所示： 圖 兩位一體數(shù)碼顯示電路 基于 51單片機智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 24 硬件電路調(diào)試 在硬件電路的實際連接過程中首先 在 Altium designer 中畫出電路原圖，接著在此電子軟件中畫 PCB 板，加工， PCB 板出來后再將相關(guān)的元器件焊接上去，由于在 PCB 的制作加工中已經(jīng)將 線路內(nèi)嵌在板子內(nèi)部了，所以只需將元器件焊接上去， 達到美觀、容易實現(xiàn)的目的。如果不能，還須返回檢查電路原理圖和 PCB 圖，找出存在的錯誤，加以改正，完善，以達到預(yù)期的目的。然而，其他的幾部分電路（路燈控制電路、兩位一體的數(shù)碼顯示電路、光電檢測與執(zhí)行電路）都是外圍電路，屬擴展部分。 （ 3） 分別討論了光電檢測與執(zhí)行電路、單片機控制電路、路燈控制電路和兩位一體的數(shù)碼顯示電路，介紹了各基本電路的組成，相關(guān)聯(lián)的一些電路和器件，力求使該論文體系完善。在中國用得最多的 EDA 工具，電子專業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)基本上都學(xué)過 protel 99se，所以學(xué)習(xí)資源也最廣 ,公司在招聘新人的時候用 Protel 新人會很快上手。 1997 年 Protel98 這個 32 位產(chǎn)品是第一個包含 5 個核心模塊的 EDA 工具 。 2020 年 Protel 2020 對 Protel DXP 進一步完善。 2020 年 Altium Designer Winter 09 推出，此冬季 9 月發(fā)布的 Altium Designer 引入新的設(shè)計技術(shù)和理念，以幫助電子產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新，利用技術(shù)進步，并提出一個產(chǎn)品的任務(wù)設(shè)計更快地獲得走向市場的方便。 Altium Designer 極大地增強了對高密板設(shè)計的支持，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改進，改善了對復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放置在 PCB 板的正反兩面，處理 高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列 (BGAs)。支持包括對在 FPGA 項目內(nèi)部定義的 LVDS 信號的物理設(shè)計進行自動映射。 Board Insight 集成了 “ 警示 ” 顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設(shè)計中疊放的對象。 Altium Designer 極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計的時間，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計導(dǎo)航功能，設(shè)計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅?LVDS 資源。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。這些功能是：原理布圖 ； PCB 自動或人工布線 ； SP