【文章內(nèi)容簡介】 輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。P1口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表31所示：表31 具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問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口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表32所示：表32 具有第二功能的P3口引腳端口引腳第二功能：RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外中斷0/ INT1（外中斷1）T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器0外部輸入）T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)器1外部輸入）/ WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/ RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲(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)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)F1ash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(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。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，或稱片外取指信號(hào)輸出端。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)二次有效（低電平），以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。/：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓。XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)，XTAL1與XTAL2各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 AT89S51芯片最小系統(tǒng)一個(gè)最簡單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)。(1)時(shí)鐘電路 晶振電路圖單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、12MHz、電容選22pF或30pF均可。(2)復(fù)位電路 復(fù)位電路圖系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位等。復(fù)位電路的原理是單片機(jī)RST引腳接收到2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 (3) EA腳的功能及接法單片機(jī)的EA腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲(chǔ)程序，因此，EA腳必須接高電平。 車流量檢測(cè)模塊介紹在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開關(guān)HJS18M14DNK檢測(cè)車流量。該傳感器工作電壓為直流1030V，檢測(cè)距離為10m，響應(yīng)時(shí)間小于3ms,能在25℃～55℃的溫度條件下正常工作。當(dāng)有車輛通過光電開關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車流量的統(tǒng)計(jì)。車流量檢測(cè)傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對(duì)當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測(cè)，并完成如下工作:，系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。，即紅綠燈時(shí)間值。為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個(gè)傳感器。分別檢測(cè)兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測(cè)不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 光電開關(guān)的工作原理光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。： 光電開關(guān)工作原理簡圖發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。 光電開關(guān)的分類（1）漫反射式光電開關(guān)它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。（2）鏡反射式光電開關(guān)它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。（3）對(duì)射式光電開關(guān)它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。（4）槽式光電開關(guān)它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。（5）光纖式光電開關(guān)它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。但光纖式光電開關(guān)有一些缺點(diǎn)：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 光電開關(guān)的應(yīng)用隨著我國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開關(guān)自動(dòng)化元件將被普遍采用。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸、無損傷地檢測(cè)和控制各種固體。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 其它硬件介紹 發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的。 信號(hào)燈的連接 七段LED 數(shù)碼管LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成PN結(jié)的材料決定的。LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有8個(gè)發(fā)光二極管(比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示SP，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個(gè)LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平來加以控制。由于交通燈數(shù)碼管沒有SP位，本文主要討論共陰七段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 LED數(shù)碼管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(diǎn)亮而顯示不同的字形，如a，b，c，d，e，f，g全亮，則數(shù)碼管顯示為8。采用共陰極連接：表33 驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值a b c d e f g驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）01 1 1 1 1 1 00x3f10 1 1 0 0 0 00x0621 1 0 1 1 0 10x5b31 1 1 1 0 0 10x4f40 1 1 0 0 1 10x6651 0 1 1 0 1 10x6d61 0 1 1 1 1 10x7d71 1 1 0 0 0 00x0781 1 1 1 1 1 10x7f91 1 1 1 0 1 10x6f 電源電路設(shè)計(jì)不管是AT89S51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到+5V的直流電源，因此，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的+5V直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要。本設(shè)計(jì)運(yùn)用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的+5V直流。220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅08V左右的波動(dòng)直流。這一波動(dòng)的直接經(jīng)過電解電容C4濾波后，得到一個(gè)較平穩(wěn)的直流，再經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓為+5V后，得到穩(wěn)定的+5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性。圖中C5用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小。圖中C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 電源電路 蜂鳴器本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平，PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。 蜂鳴器連接 本章小結(jié)本章首先對(duì)單片機(jī)、車流量傳感器和電源模塊進(jìn)行了選型，接著介紹了總體設(shè)計(jì)電路圖的構(gòu)成及原理。第三部分詳細(xì)介紹了AT89S51單片機(jī)各個(gè)管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng)。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對(duì)其他硬件進(jìn)行了介紹，如發(fā)光二極管，LED數(shù)碼管以及電源電路等。23第4章 軟件設(shè)計(jì)第4章 軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檐浖目缮炜s性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不但易于編程和調(diào)試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的C語言編程來實(shí)現(xiàn)的。 主程序設(shè)計(jì)將整個(gè)流程分為四個(gè)狀態(tài)如下：（1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。（2）南北黃燈閃爍5s，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。（3）東西綠燈