【文章內(nèi)容簡介】 制器來實現(xiàn)。 設(shè)計內(nèi)容及要求 本設(shè)計應(yīng)用單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)簡易交通燈的設(shè)計，可利用單片機的定時器 產(chǎn)生秒信號，控制十字路口的紅綠黃燈交替點亮和熄滅，并且用 5 只 2 位 8 段數(shù)碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間和南北方向綠燈時間，消除司機的煩躁情緒。并能用按鍵設(shè)置兩個方向的交通燈的紅 、綠燈亮燈時間，黃燈亮的時間不可改變，預(yù)定 3 秒鐘， 通過按鍵使交通燈控制 有強制通行 功能 。系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。本設(shè)計綜合應(yīng)用單片機原理、微機原理、單片機接口技術(shù)、單片機仿真系統(tǒng)的使用、 C 語言的編程，中斷系統(tǒng)和定時器的應(yīng)用等知識。使交通燈在控制中靈活而有效。本設(shè)計將程序結(jié)構(gòu)模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可實現(xiàn)自動控制；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。 [3] 開發(fā) 環(huán)境 以及軟件 1） WINDOWS 7 系統(tǒng) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 2） 電 子設(shè)計軟件 3） KEIL4 軟件 4） PROTEL 99SE 印制電子線路板軟件 設(shè)計思路 1)設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，根據(jù)設(shè)定好的周期時間能夠指揮車輛在十字路口完成直行運行。往南和往北的信號一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時亮或同時熄滅。用 2 個 2 位 8 段數(shù)碼管來顯示被點亮的指示燈還將點亮多久。往東和往西方向的信號一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個數(shù)碼管來倒計時。 2)當(dāng)南北方向為綠燈和黃燈時，東西向的紅燈點亮禁止通行；而東西方向為綠燈和黃燈時，南北向的紅燈點亮禁止通行。程序開始運行先南北段通 行、東西段禁止 60 秒 ，后東西段通行、南北段禁止 40 秒 ，依此循環(huán)。系統(tǒng)分三種工作模式：正常模式、特殊模式，并且通過按鍵使 ―正常 ‖―特殊 ‖可相互轉(zhuǎn)化。正常模式下直行時間顯示數(shù)碼管顯示 60。此時南北段直行通行（綠燈）、東西段禁止（紅燈） 60 秒 ，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管從 60 秒 開始倒計時，至最后 3 秒時南北段綠燈變成黃燈閃爍；而后東西段直行通行（綠燈）、南北段禁止（紅燈）40 秒 ，同時東西段和 南北段方向的數(shù)碼管從 40 秒 開始倒計時，至最后 3 秒 時東西段綠燈變成黃燈閃爍；依次循環(huán)。 3)特殊模式下特殊模式燈亮，南北段 、東西段的通行時間改為 99 秒 ，可以設(shè)置南北或東西方向強制通行。按鍵可以設(shè)置紅綠燈的持續(xù)時間，默認(rèn)是南北60 秒 ，東西 40 秒 ，按鍵 ―+‖可以使東西南北各加 5 秒 ，按鍵 ―‖可以使東西南北各減 5 秒 ； 上限是南北綠燈 99 秒 ， 東西綠燈 79 秒， 下限是南北綠燈 30 秒 ，東西綠燈 10 秒。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 第 3 章 方案的比較、設(shè)計和論證 供電方案：為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源 本設(shè)計考慮了兩種電源方案： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電源可供選用； 方案二：采用單片機控制模塊 提供電源。本方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。 考慮到實際情況和電路的簡潔，本設(shè)計采用了第一套方案。 顯示界面方案 本設(shè)計涉及到倒計時、狀態(tài)燈等功能?；诠δ苄枨?，本設(shè)計考慮如下二個方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符。 方案二：完全采用點陣式 LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 考慮到實際情況和電路的簡潔，本設(shè)計采用了第一套方案。 輸入方案 方案一：采用 8155 擴展 I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來稍顯復(fù)雜。 方案二： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。 該方案優(yōu)點是：編程更加簡潔，使用更加簡單，且成本更低， 缺點就是功能有限 。 綜合考慮本設(shè)計的實際需要，在使用輸入的時候不需要過于復(fù)雜的功能，故采用方案二。 [4] 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 系統(tǒng)設(shè)計 硬件系統(tǒng)組成框圖 圖 341硬件系統(tǒng) 單片機介紹 單片機微型計算機是微 型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。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)。單片機經(jīng)過 3 代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。 本設(shè)計選用了市面上較為常見的 AT89S52 單片機 （如右圖） ， AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定 AT89S52 單片機 電源 復(fù)位電路 晶振電路 按鍵電路 A 道 LED顯示電路 B 道 LED顯示電路 74LS573 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 圖 342 單片機管腳 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8 個 TTL 邏 輯電平。對 P0 端口寫 ―1‖時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 ―1‖時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。在 Flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 引腳號第二功能： T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動個 TTL 邏輯電 平。對 P2 端口寫 ―1‖時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 Flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫 ―1‖時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 Flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信 號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ 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 MOVX和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個 機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， 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)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電 路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 [5] 晶振電路介紹 單片機晶振兩個電容的作用：這兩個電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮發(fā)。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂購晶振時候供貨方會問你負(fù)載電容是多少。 晶振的負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C （ 343） 式中 Cd,Cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容 ,Cic（集成電路內(nèi)部電容） +△ C（ PCB 上電容）經(jīng)驗值為 3 至 5pf。 圖 343晶振電路 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 復(fù)位電路介紹 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。單片機復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。 圖 344復(fù)位電路 數(shù)碼管顯示電路介紹 led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成 ―8‖字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。 led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于 3 位 ―+1‖型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種， led 數(shù)碼管廣泛用 于儀表，時鐘，車站，家電等場合。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)