【文章內(nèi)容簡介】 ISPENSWEBSWRST——WT2WT1WT0ISPEN：當(dāng)ISPEN等于1時，允許IAP 操作；當(dāng)ISPEN等于0時：禁止IAP一切操作。 SWBS：當(dāng)SWBS等于1時，ISP 程序區(qū)啟動；當(dāng)SWBS等于0時，軟件選擇從用戶主程序區(qū)啟動。SWRST：當(dāng)SWRST等于1時，產(chǎn)生軟件系統(tǒng)復(fù)位，硬件自動清零；當(dāng)SWRST等于0時，不進(jìn)行任何操作。 WTWTWT0：設(shè)置等待時間。 八段數(shù)碼管簡介 八段數(shù)碼管的種類和內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)碼管分為共陰極和共陽極數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。使用數(shù)碼管前，可以先用萬用表的紅色表頭接發(fā)光二極管的陽極，黑色表頭接發(fā)光二極管的陰極來判斷是共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管。共陰極八段數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 共陰極八段數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 八段數(shù)碼管顯示原理以共陰極數(shù)碼管為例，數(shù)碼管內(nèi)部是由多個LED發(fā)光二極管過程，其工作原理就是在COM引腳接低電平，A到DP引腳選擇性接通便可以點亮數(shù)碼管。 八段數(shù)碼管顯示驅(qū)動方式數(shù)碼管顯示驅(qū)動方式分為靜態(tài)驅(qū)動顯示和動態(tài)驅(qū)動顯示。數(shù)碼管靜態(tài)驅(qū)動顯示是把控制段位的引腳接八位數(shù)據(jù)線，控制位選的引腳接單片機(jī)一個I/O口進(jìn)行驅(qū)動。雖然靜態(tài)驅(qū)動方式編程簡單，但是占用的I/O口過多。數(shù)碼管動態(tài)驅(qū)動顯示是將所有控制段選的引腳連接在一起，并為控制位選的引腳提供選通控制電路，這樣段選和位選引腳分別由不同的控制電路選通。動態(tài)驅(qū)動方式為單片機(jī)節(jié)省了大量的I/O口電路，只是數(shù)碼管顯示亮度降低。共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字代碼表如下表所示： 共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字代碼表顯示數(shù)字引腳 A B C D E F G DP十六進(jìn)制代碼0 1 1 1 1 1 1 0 00FCH1 0 1 1 0 0 0 0 060H2 1 1 0 1 1 0 1 00DAH3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、震蕩電路、復(fù)位電路組成。電源是單片機(jī)穩(wěn)定工作的前提和基礎(chǔ)，若沒有穩(wěn)定可靠的電源，單片機(jī)容易受到外界干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象。本次設(shè)計中，因為所有模塊所需要的供電電源為5V,所以統(tǒng)一外接計算機(jī)的USB口。震蕩電路是為STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)提供時鐘信號。,瓷片電容大小一般在15pF和50pF之間。復(fù)位電路是在STC89C52RC單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接10K電阻到地和10uF的電解電容到電源，實現(xiàn)上電復(fù)位。 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng) 串口通信電路設(shè)計STC89C52RC單片機(jī)可通過串口（）直接下載程序，但是單片機(jī)和計算機(jī)進(jìn)行串行通信需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換即將計算機(jī)的RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，其中RS232電平為正負(fù)12V，TTL電平為正負(fù)5V。而平時所用比較多的電平轉(zhuǎn)換芯片為美信公司生產(chǎn)的MAX232芯片，該芯片可以直接完成上面兩種電平的轉(zhuǎn)換。MAX232串口通信電路如下圖所示： MAX232串口通信電路，7引腳接串口的PIN2引腳,8引腳接串口的PIN3引腳。MAX232串口通信電路的工作原理：當(dāng)TTL電平從TXD引腳發(fā)出經(jīng)過MAX232芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平后，從MAX232的7引腳T2OUT發(fā)出經(jīng)過串口座的PIN2引腳，然后到達(dá)計算機(jī)，使計算機(jī)接收到數(shù)據(jù)。計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)同上面接收數(shù)據(jù)一樣。 矩陣按鍵電路設(shè)計矩陣按鍵電路如下圖所示： 矩陣鍵盤電路這是一個33矩陣鍵盤電路，其中三條行線K_vK_v三條列線K_uK_u。這樣僅僅利用6個I/O口便實現(xiàn)了9個按鍵的使用，大大提高了單片機(jī)I/O口的利用率。，十字路口交通燈停止工作，東西南北四個方向紅燈全部亮起，再次按下后十字路口交通燈恢復(fù)正常工作；在交通燈停止工作的前提下，按下調(diào)試切換鍵，整個系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試階段；在調(diào)試階段按下前換鍵和后換鍵，可以對東西、南北方向的倒計時顯示數(shù)碼管進(jìn)行切換；按下+鍵和鍵可以對東西、南北方向的倒計時顯示數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字加減；按下檢測開關(guān)，可以開啟系統(tǒng)檢測車流量的功能，再次按鍵便關(guān)閉此功能；保存數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)恢復(fù)按鍵按下后，可以實現(xiàn)斷電數(shù)據(jù)保存和斷電后數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。 車流量檢測電路設(shè)計車流量檢測電路采用紅外線檢測，其電路由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成。紅外檢測電路一般分為兩種：一種輸入信號采用38K的調(diào)制波，紅外發(fā)射電路接38K信號，紅外接收電路由紅外接收管和放大電路組成；另一種采用直流電源。將兩種方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)第一種電路過于復(fù)雜且需制作38K信號產(chǎn)生電路，相比第二種電路簡單，只需接直流電源即可，故選用第二種方法。紅外接收管和紅外發(fā)射管簡稱紅外對管，在使用紅外對管前，需學(xué)會如何區(qū)分識別發(fā)射管和接收管。紅外對管跟一般的普通二極管相同，但是發(fā)射管是透明的，接收管是黑色的。紅外對管的兩個引腳一長一短，通過長正短負(fù)可以得知引腳長的為正極，短的為負(fù)極。車流量檢測電路如下圖： 車流量檢測電路紅外發(fā)射管的工作電壓一般為100mA左右，若長時間在超過額定電流下工作可能會使紅外發(fā)射管損壞，所以需在電路中加入限流電阻，限流電路大小為220歐，從而得出紅外發(fā)射管的工作電流為22mA左右。因為室外光線可能會影響紅外檢測電路的正常工作，所以需在紅外發(fā)射管和紅外接收管外用黑紙包裹上。另外注意的是，紅外接收管的正極應(yīng)接地。 數(shù)碼管段位控制電路設(shè)計由于整個十字路口交通信號燈需要8位數(shù)碼管導(dǎo)致STC89C52RC單片機(jī)I/O口不夠用，所以采用2片74HC573芯片構(gòu)成的數(shù)碼管段位控制電路來達(dá)到介紹I/O口的作用。數(shù)碼管段位控制電路如下圖所示： 數(shù)碼管段位控制電路其中2片74HC573芯片的D0～～，U2代表段選，U3代表位選。工作原理介紹：當(dāng)OE引腳接低電平時，從單片機(jī)過來傳送過來的數(shù)據(jù)被74HC573芯片接收并輸出給數(shù)碼管，當(dāng)LE引腳為低電平時，74HC573芯片將數(shù)據(jù)鎖存。 本章小結(jié)本章介紹了交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計以及分別對每個模塊進(jìn)行詳細(xì)的說明。第三章 程序設(shè)計 程序主體設(shè)計 整個交通信號燈控制程序分為若干個模塊：矩陣鍵盤功能實現(xiàn)程序、交通信號燈模擬程序、數(shù)碼管顯示程序、毫秒延時程序、車流量檢測程序、交通信號燈倒計時調(diào)試程序、斷電數(shù)據(jù)保護(hù)程序等。整個程序主要由主程序、矩陣鍵盤功能程序、中斷延時程序、斷電數(shù)據(jù)保護(hù)程序構(gòu)成。其中主程序流程圖如下圖所示： 主程序流程圖 矩陣按鍵程序設(shè)計在實際運(yùn)用中，檢測矩陣鍵盤的方法有三種：掃描法、線反轉(zhuǎn)法和中斷法。根據(jù)實際情況，檢測矩陣鍵盤的程序采用掃描法。矩陣按鍵程序流程圖如下圖所示： 矩陣按鍵程序流程圖，從圖中可以看出矩陣按鍵程序相對于獨(dú)立按鍵程序來說較為復(fù)雜。在矩陣按鍵程序設(shè)計當(dāng)中，有個對按鍵處理的重要環(huán)節(jié)是對按鍵去抖動，因為當(dāng)按鍵被按下和抬起的一瞬間會有一定的抖動，抖動的時間一般為5～20ms之間。STC89C52RC單片機(jī)的處理速度是12個時鐘周期，所以其處理速度在微秒級別。如果不對按鍵消除抖動的話，那么程序會發(fā)生誤操作。所以在矩陣鍵盤程序中，一定要在有按鍵按下后，加入軟件延時后再次加入檢測按鍵是否按下的指令，軟件延時一般設(shè)為5～20ms。 中斷服務(wù)程序設(shè)計 中斷服務(wù)程序在執(zhí)行主程序的過程中，如果遇見中斷請求，則單片機(jī)響應(yīng)中斷請求，暫時停止執(zhí)行主程序轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序，當(dāng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后，退出中斷服務(wù)程序，繼續(xù)執(zhí)行之前未完成的主程序。中斷服務(wù)程序流程圖如下圖所示： 中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序主要目的是對數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)掃描，利用發(fā)光管的余輝和人體視線殘影實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。中斷服務(wù)程序執(zhí)行前提有三點：中斷源的中斷請求、中斷源的中斷允許位為1以及總中斷源EA=1。 斷電數(shù)據(jù)保護(hù)程序設(shè)計斷電數(shù)據(jù)保護(hù)是采用單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM來實現(xiàn)的，單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM讀寫過程大致分為六個步驟：配置ISP_CONTR寄存器，使能第7位ISPEN,讓ISP_IAP功能生效,并配置低3位的等待時間；寫指令：讀/寫/擦除扇區(qū)這三個命令；賦值： ISP_ADDRH和ISP_ADDRL的地址值；關(guān)閉總中斷EA，因為下面要寫的兩個觸發(fā)指令必須是連續(xù)操作的，不能被中斷；執(zhí)行公用的ISP_IAP 觸發(fā)指令，觸發(fā)后讀寫操作才能進(jìn)行；打開中斷 EA，關(guān)閉ISP_IAP功能：清相關(guān)寄存器。將單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM讀、寫、擦三種操作分別寫成三個子程序，然后用這三種操作來實現(xiàn)單片機(jī)的斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能。斷電數(shù)據(jù)保護(hù)程序流程圖如下圖所示： 斷電數(shù)據(jù)保護(hù)程序流程圖 在使用STC89C52RC單片機(jī)的EEPROM編寫程序時，要特別注意STC系列單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM使用內(nèi)置的FLASH模擬出來的，并不是真正的EEPROM存儲器。所以STC系列的EEPROM的字節(jié)寫功能只能將1變成0，不能將0變成1，只有對扇區(qū)進(jìn)行擦操作才能使內(nèi)部全部變?yōu)?，故在進(jìn)行寫操作前，必須進(jìn)行擦操作。 定時器原理定時器本身是由高八位和低八位的寄存器組成一個十六位的計數(shù)器，當(dāng)定時器開始計數(shù)時，隨著一個計數(shù)脈沖的到來，計數(shù)加一 。當(dāng)計數(shù)器全為1時，表示計數(shù)值已經(jīng)達(dá)到最大值，再次計數(shù)后，計數(shù)器溢出產(chǎn)生中斷并使計數(shù)值清零。一個計數(shù)脈沖的周期相當(dāng)于一個機(jī)器周期，而一個機(jī)器周期等于十二個振蕩周期。十六位計數(shù)器的最大值為2的十六次方相當(dāng)于65536，最小值可以取0和最大值之間，最大值減去最小值就是計數(shù)器的計數(shù)值。這里取最小值為15536，那么計數(shù)器的計數(shù)值為50000；。當(dāng)計數(shù)器從最小值開始計數(shù)到計數(shù)器溢出產(chǎn)生中斷。因為交通信號燈倒計時計數(shù)是以秒為單位進(jìn)行變化的，所以在中斷程序中設(shè)計，當(dāng)計數(shù)器產(chǎn)生20次中斷溢出后，進(jìn)行中斷操作。當(dāng)然在對定時器操作之前需要設(shè)置定時器的工作模式，定時器的工作模式有四種，四種工作模式如下表所示： 定時器四種工作模式工作模式 說 明方式0 13位定時/計數(shù)器方式1 16位定時/計數(shù)器方式2 8位自動重裝定時/計數(shù)器方式3 T0分成兩個獨(dú)立的8位定時/計數(shù)器，T1用于停止計數(shù) 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)軟件總體設(shè)計方案以及各個軟件子模塊的設(shè)計思路。第四章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真軟件proteus簡介 Proteus軟件是由英國Labcenter公司推出，利用特有的虛擬仿真技術(shù)解決了單片機(jī)及外圍電路的設(shè)計和協(xié)同仿真的問題，通俗點說就是在沒有單片機(jī)實際硬件條件下利用計算機(jī)以虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)單片機(jī)在硬件和軟件上的同步仿真調(diào)試，給應(yīng)用單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計帶來了方便。Proteus軟件支持AT89C574系列集成電路、多種常用電子元器件、鍵盤、LED發(fā)光二極管、共陰共陽多位數(shù)碼管等各種器件進(jìn)行虛擬仿真。 交通信號燈系統(tǒng)仿真 系統(tǒng)仿真原理圖繪制在proteus仿真軟件中繪制原理圖的步驟：第一步：啟動proteus isis；第二步：點擊file中的New Design新建一個空白原理圖；第三步：在工具欄下面選擇對象選擇器，點擊P從庫中選擇系統(tǒng)所需要的元器件，然后將元器件移動到原理圖編輯；第四步：將各個元器件擺在合適的位置后，正確的將各個元器件進(jìn)行連線；第五步：確定整個原理圖無電氣錯誤后，將用keil uVision 4軟件中所寫程序生成的后綴為hex文件加入單片機(jī)中進(jìn)行仿真。系統(tǒng)仿真原理圖如下圖所示： 系統(tǒng)仿真原理圖 原理圖仿真效果 點擊菜單欄中debug，選擇Execute，proteus軟件中的原理圖開始仿真。仿真效果如下圖所示： proteus仿真效果圖除了車流量檢測模塊和斷電數(shù)據(jù)保護(hù)模塊不能被仿真，其他模塊都能實現(xiàn)在軟件上的硬件和軟件仿真調(diào)試。車流量檢測模塊采用紅外檢測電路，由于proteus軟件中沒有與紅外檢測電路相關(guān)的仿真實物，所以在原理圖中用按鍵來模擬紅外檢測電路。當(dāng)按鍵按下后，視為檢測到有車輛駛過紅綠燈路口。從上圖中看出，當(dāng)按鍵按下后，對應(yīng)的車流量數(shù)碼管顯示加一。斷電數(shù)據(jù)保護(hù)模塊是利用STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM功能實現(xiàn)的。但是由于proteus軟件中只有AT89C52單片機(jī)，而AT89C52單片機(jī)內(nèi)部沒有EEPROM功能，故不能在仿真中得到驗證。所以圖中3X3的矩陣按鍵第三行中的后兩個按鍵并未在軟件中使用。 實際作品調(diào)試 實際作品制作過程中對實物進(jìn)行測試，遇見了如下幾個問題，并且通過不斷調(diào)試，得到了解決辦法。