【文章內(nèi)容簡介】 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(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩 4 具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng) 用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的 測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件， 現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機(jī)，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原 5 理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似 于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 2． 選題背景 交通燈簡介 在日常生活中能夠很明顯地感受到， 隨著全球城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動車的數(shù)量大增，各地的交通承受的壓力都很大，因而出現(xiàn)的問題也越來越多。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題。在這種背景下，結(jié)合我國城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點(diǎn)的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主 要任務(wù)。今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但是道路交通擁堵的問題日益顯著，可以預(yù)見智能交通燈將會有很大的應(yīng)用前景。所以改善交通系統(tǒng)的工作效率，將會有效地改善交通狀況。而交通燈是交通系統(tǒng)中必不可少的重要一環(huán)，有著不可忽視的地位。交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。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。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道 .城 區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。而且近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制測技術(shù)日益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 為核心器件來控制交通燈。設(shè)置了紅燈綠燈燃亮?xí)r間的功能。紅燈綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，有倒計(jì)時功能，當(dāng)紅燈轉(zhuǎn)換綠燈時黃燈 6 會閃爍以提醒。本交通燈以單片機(jī)為核心，以 LED 燈作為 倒計(jì)時顯示。有系統(tǒng)簡單 .實(shí)用性強(qiáng) .運(yùn)行穩(wěn)定且可靠等優(yōu)點(diǎn)。 在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 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。這是世界上最早的交通信號燈。 1868 年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受 傷，遂被取消。 1914 年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 C5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。而中國最早的馬路交通燈卻是誕生于 1928 年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到 20 世紀(jì) 50 年代的電氣控制， 從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 交通指揮燈是非裔美國人加萊特 ?摩根在 1923 年發(fā)明的。此前，鐵路交通已經(jīng)使用自動轉(zhuǎn)換的燈光信號有一段時間了。但是由于火車是按固定的時刻表以 單列方式運(yùn)行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號只有一種命令：通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責(zé)在很大程度上是要告訴汽車司機(jī)把車輛停下來。 現(xiàn)代交通燈應(yīng)該更為人性化 。 AT89C51 芯片簡介 AT89C51 為 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo) PDIP 封裝的 AT89C51 引腳圖 ，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內(nèi)部寄存器 .數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制， 紅外遙控信號 IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， 7 P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控 制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳 .27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 在 AT89C51 片內(nèi)存儲器中， 80HFFH 共 128 個單元為特殊功能寄存器（ SFE）， SFR 的地址空間映象如表 2 所示。 并非所有的地址都被定義，從 80H— FFH 共 128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的 單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 不應(yīng)將 數(shù)據(jù)“ 1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單 元數(shù)值總是“ 0”。 AT89C51 除了與 AT89C51 所有的定時 /計(jì)數(shù)器 0 和定時 /計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了一個定時 /計(jì)數(shù)器 2。定時 /計(jì)數(shù)器 2 的控制和狀態(tài)位位于 T2CON（參見表 3）T2MOD（參見表 4），寄存器對（ RCAO2H、 RCAP2L）是定時器 2 在 16 位捕獲方式或 16 位自動重裝載方式下的捕獲 /自動重裝載寄存器。 AT89C51 有 256 個字節(jié)的內(nèi)部 RAM， 80HFFH 高 128 個字節(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的。 當(dāng)一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié) RAM 還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。 主要功能特性 : 1. 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2. 8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 3. 32 個雙向 I/O 口； 8 4. 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 5. 3 個 16 位可編程定時 /計(jì)數(shù)器中斷； 6. 時鐘頻率 024MHz； 7. 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8. 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 9. 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； ，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖 1 AT89C51 引腳圖 7 3. 交通燈的研究思路 概述： 這個 設(shè)計(jì) 是利用單片機(jī)最小系統(tǒng) 來 設(shè)計(jì)交通燈，單片機(jī) 的 最 小系統(tǒng)包括：復(fù)位電路 、 外部晶振 、 低位地址鎖存等。 此 課程應(yīng) 具有 的功能是： 使得十字路口的紅 ， 綠燈交替點(diǎn)亮；在燈色交換時，綠燈閃爍再黃燈亮提醒。 并且設(shè)有主干道綠燈時間較長，以及緊急停車按鈕，能夠應(yīng)對各種