【文章內(nèi)容簡介】 上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有 些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀 表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 9 分的核心部件。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學 家、工程師。 系統(tǒng)構(gòu)成 電路板一塊， AT89S51 單片機一片， 74HC164 芯片八片，七段數(shù)碼管八個。 74LS04 反向器一片，發(fā)光二極管 13 個（ 8個綠的， 4 個紅的用于交通控制， 1個用于標識電源）， 7805 三端穩(wěn)壓電源一個，一個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如：圖 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各部分工作： (1)程序設(shè)置初始時間，通過 AT89S51 單片機內(nèi)部相 應寄存器來實現(xiàn)。 (2) 由 AT89S51 單片機的定時器每秒鐘通過 口向 74HC164 的數(shù)據(jù)端口送信息，由 74HC164 的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點亮時間情況；由AT89S51 的 、 、 、 口顯示每個燈的點亮情況。 (3) AT89S51 通過程序設(shè)置各個信號燈的點亮時間，通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時間依次為 20 秒、 20 秒、 40 秒循環(huán)，由 AT89S51 的 P3 口向74HC164 的數(shù)據(jù)口輸出。 (4)通過 AT89S51 單片機的 P3 口來控制系統(tǒng)是工作。 (5)74HC164 的 A、 B口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而 P1 口用于輸出控制信號．而通過 74LS04 反向器實現(xiàn)控制各個燈的情況．它采用 5V 的直流電來驅(qū)動二極管。 鍵盤控制返回 AT89S51 單 片 機 系 統(tǒng) LCD 顯示與 LED倒計時 模塊 接 口 電 路 74HC 164 基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 10 (6)AT89S51 本身集成了看門狗指令，當系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出，引起 RESET 復位信號復位系統(tǒng)。 AT89S51 芯片 選用的 AT89S51 與同系列的 AT89C51 在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線的編程。用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其 主要功能列舉如下 ： 為一般控制應用 的 8 位單片機 晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz） 內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B 外部程序存儲器可擴充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨做 I/O 的控制 5 個中斷向量源 2 組獨立的 16 位定時器 1 個全雙工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運算指令 AT89S51 各引腳功能介 紹： 如圖 基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 11 圖 AT89S51 VCC： ATAT89S51 電源正端輸入，接 +5V。 VSS：電源地端。 XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。 XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一個 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定， 避免噪聲干擾而死機。 RESET： AT89S51 的重置引腳，高電平動作，當要對 晶片重置時，只要對此引腳電平提 升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/Vpp： EA為英文 External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程 序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 12 部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp） 。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。 ATAT89S51 可以利用這個引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進鎖存器中，因為 ATAT89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入 。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用 。 PSEN：此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（ EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE腳。 ATAT89S51 可以利用 PSEN及 RD 引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍 。 PORT0（ ～ ）：端口 0 是一個 8位寬的開路電極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0在當作 I/O 用時可以推動 8個 LS 的 TTL 負載。如果當 EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計者必須外加一個鎖存器將端口 0 送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15 合成一組完整的 16 位地址總線，而定位地址到 64K 的外部存儲器空間 。 PORT2（ ～ ）：端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。 P2 除了當作一般 I/O 端口使用外，若是在 ATAT89S51 擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2便不能當作 I/O 來使用了 。 PORT1（ ～ ）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，同樣地，若將端口 1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當作定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳 。 PORT3（ ～ ）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入 。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 13 ： INT1，外部中斷 1 輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 74HC164 芯片介紹 74HC164 為串行輸入、并行輸出移位寄存器， 74HC164 為單向總線驅(qū)動器。 在串行口為方式 0 狀態(tài)，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的十二分之一。器件執(zhí)行任何一條將 SBUF 作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從 RXD 端發(fā)送。在寫信號有效時，相隔 一個機器周期后發(fā)送控制端SEND 有效，即允許 RXD 發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，允許從 TXD 端輸出移位脈沖。第一幀（ 8 位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制信號均恢復原狀態(tài)，只有 TI 保持高電平，呈中斷申請狀態(tài)。第一個 74HC164 把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出， LED1 顯示該數(shù)據(jù)。然后，用軟件將 TI 清 0，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢， LED1 顯示第二幀數(shù)據(jù)，第一幀數(shù) 據(jù)串行輸入給第二個 74HC164， LED2顯示第一幀數(shù)據(jù)。依此類推，直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應該注意，數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，第一幀數(shù)據(jù)在最后一個 LED 顯示。由于 TXD 端最多可以驅(qū)動 8 個 TTL 門。 注意： 當 LED 顯示器超過 8 個時，我們采用 74HC244 芯片驅(qū)動。每個74HC244 有 8 路驅(qū)動，每一路可驅(qū)動 8 個 LED，即每增加一個 74HC244，可增加 64 個 LED 驅(qū)動。 七段數(shù)碼管，用于顯示 0— 9的數(shù)字。 74LS04 輸出信號與信號燈 要使行人能看見信號燈的情況，必須把 P1 口輸出的信號進行放大， 這里我們用 74LS04 反向器，當極性為高電平時晶閘管導通，該支路指示燈亮；當極性為低電平時關(guān)斷，該支路指示燈滅。 LED 燈的顯示原理 :通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮。 七段數(shù)碼管的顯示及與 74HC164 的連接顯示不同的數(shù)字如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上 0FEＨ所以 ＳＰ上為０伏，不亮其余為ＴＴＬ高電平，全亮則顯示為８。 基于單片機的交通燈設(shè)計與分析 14 數(shù)字 09 與 16 進制的轉(zhuǎn)換驅(qū)動代碼表：如表 5 顯示數(shù)值 a b c d e f g dop 驅(qū)動代碼（ 16 進制） 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0FCH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 60H 2 1 1 0 1 1 0 1 0 0DAH 3