【文章內(nèi)容簡介】 待變換 東西紅燈 1 1 0 0 東西黃燈 0 0 0 1 XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 7 東西南北四個 交通口都含有紅綠燈以及數(shù)碼管 ， 無論是哪一個交通口 ， 凡是看到 紅燈 的應(yīng)該 禁止通行， 看見轉(zhuǎn)了 綠燈 就可以通過 ， 如果 黃燈亮 了表示紅綠燈狀態(tài)即將發(fā)生變化 。 各方向的 狀態(tài) 以及 紅綠燈狀態(tài)如 上 表 。 （ 說明： 0表示滅， 1 表示亮 ） 3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成 : 為了滿足這次的交通燈設(shè)計所需要實現(xiàn)的功能，本人 選用 了 STC89C52RC 芯片和外圍設(shè)備組成的最小系統(tǒng) ， 代表紅、綠、黃三種顏色的 led 交通燈總共 14 個， 4 個 2 位LED 數(shù)碼管和包括復(fù)位鍵、緊急控制按鍵等 ， 紅外線 接受器 ， 驅(qū)動電路 模塊， 若干 導(dǎo)線、電阻和電容。構(gòu)成了此次設(shè)計的各個模塊 。 其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 本系統(tǒng) 把 單片機 最小系統(tǒng)作 為 關(guān)鍵 核心， 由各個硬件模塊軟件為控制主體組成一個處理、 智能 控制為一 體的封閉操控 系統(tǒng)。 其中 P0 用來 送顯 LED 數(shù)碼管的 段選和位選 ， P1 用來操控紅綠燈的亮暗 ， 12MHz 晶振接在單片機芯片引腳的 XTAL1 和 XTAL2 上 ， REST 引腳接 連接 復(fù)位電路， P3 端口用來實現(xiàn)按鈕的控制 。 單片機系統(tǒng) 及其歷史 單片機是一塊集成在芯片上的微型計算機，它的內(nèi)部包括有 CPU、存儲器，定時 /計數(shù)器以及中斷系統(tǒng)，基本輸入 /輸出（簡稱 I/O） 接口電路等。因為它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，所以又稱作微控制器（簡稱 MCU）。 它在各方面都有良好的優(yōu)勢，例如結(jié)構(gòu)簡單，控制效果好，可靠性高、體積小、價格低，單片機技術(shù)作為計算機技術(shù)的一個非常重要的分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各個不同的領(lǐng)域。 單片機誕生于上世紀(jì) 70 年代，經(jīng)歷了三個階段： SCM、 MCU、 SOC。一開始的 SCM單片機都是 8 位或 4 位的。其中英特爾公司的 8051 發(fā)展迅速。之后的 MCS51 系列的MCU 單片機得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在高 端的 32 位 SOC 單片機性能已經(jīng)達到了上世紀(jì)90 年代中期專用處理器的水平，且價格低廉。所以越來越多的制作業(yè)、工業(yè)離不開單片機。 單片機的應(yīng)用系統(tǒng)必須包含硬件部分和軟件部分，只有這樣才是完整的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。軟件部分是指導(dǎo)硬件工作的指令集。沒有軟件部分，系統(tǒng)將無法正常工作。硬件東西綠燈 0 0 1 0 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 8 部分則是交通燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)。沒有硬件系統(tǒng)則沒有所謂的交通燈系統(tǒng)。只有將兩者結(jié)合，才能實現(xiàn)功能齊全的及交通燈系統(tǒng)。 單片機 內(nèi)部組成以及 引腳介紹 8052 是 MCS52系列單片機的典型芯片，不同型號一般程序存儲器結(jié)構(gòu)不同，其余內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是完全相同，引腳也全部兼容。 Atmel 公司的 89 系列發(fā)展很快，應(yīng)用也最為廣泛，和 8052引腳也完全相同，插座也相互兼容。所以用 89C52代替 8051 時，只要封裝相同就可以直接代換。 中央處理器（ CPU）： 交通燈系統(tǒng)的控制核心是單片機，而單片機的控制核心是中央處理器。它與計算機的處理器一樣分為 4 字長、 8 字長、 16 字長和 32 字長等處理器 ，它與單片機的處理數(shù)據(jù)能力、控制功能、運算速度等性能等性能有關(guān)，因此，字長是衡量 CPU 功能的主要指標(biāo)。 CPU 由運算器和控制器組成。各一個 8位的算術(shù)邏輯單元（簡稱 ALU）、累加器（簡稱 ACC）、暫存器 B和程序狀態(tài)寄存器（簡稱 PSW）構(gòu)成了 CPU 的運算器。 所述控制器包括程序計數(shù)器（ PC） ，指令寄存器（ IR） ，指令譯碼器（ ID）和一個控制電路等 。 內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲器 RAM： 單片機 89C52 芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器通常是指低 128 個單位，可以讀也可以寫，是分配給用戶使用的，在斷電后數(shù)據(jù)會消失。高 128 個單位則是內(nèi)部專用寄存器使用的存儲單位，用戶無法對其進行操作，所以芯片內(nèi)部一共包含 256 個 RAM 單元。 內(nèi)部程序存儲器 ROM： 89C52 芯片的內(nèi)部程序存儲器使用的是只讀存儲器，這樣有利于系統(tǒng)的可靠及穩(wěn)定性且能節(jié)省成本。它有 4KB 掩摸 ROM， 只能讀不能寫程序?qū)⒉粫跀嚯姾髞G失。 這樣則不會改變程序的原始數(shù)據(jù)，通常稱為只讀程序存儲器 并行 I/O 端口： 89C52 芯片內(nèi)部有 4 個 8 位并行 I/O 端口（ P0口、 P1 口、 P2 口和 P3 口），通過 I/O端口實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行輸入輸出，是人機交互的接口。 串行口： 89C52 芯片內(nèi)部串行實現(xiàn)單片機與外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信是通過一個全雙工異步串行口。該串行口既可以作為同步移位器使用，擴展外部 I/O 端口，又可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用。 定時 /計數(shù)器： 89C52 芯片內(nèi)部的 2 個 16 位定時 /計數(shù)器可以控制單片機的內(nèi)部時鐘，使單片機按照一定的機器時鐘進行狀態(tài)控制。還可以進行外部定時或計數(shù)功能，是芯片的重要組成部分。 中斷系統(tǒng)： XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 9 8052 內(nèi)部共有 5 個中斷源， 2個優(yōu)先級別分別是高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，在同級的情況下，外部中斷 0 大于定時器 T0 中斷大于外部中斷 1大于定時器中斷 T1大 于串行口中斷。 時鐘電路： 89C51 芯片單片機內(nèi)部具有時鐘電路，只需要在 XTAL1 和 XTAL2 引腳之間接上石英晶體和微調(diào)電容就能構(gòu)成完整的時鐘電路。此系統(tǒng)選用的晶振頻率為 12MHz。相應(yīng)的機器周期是 1us。 引腳介紹： VCC： STC89C52 電源 接入端 ，接 +5V。 GND：電源 接 地端。 XTAL1 和 XTAL2： 當(dāng)需要使用外部時鐘時，則連接外部的時鐘電路；若要使用內(nèi)部時鐘則連接電容和晶振。本系統(tǒng)所使用的是內(nèi)部時鐘，所以在兩引腳間連接了電容和12MHz 的晶振。 RESET： STC89C52 芯片的重置引腳，當(dāng)連續(xù)輸入這個引腳 2 個機器周期以上的高電平即有效電平時，芯片將進行系統(tǒng)的復(fù)位操作，各個寄存器都恢復(fù)到最初的狀態(tài)重新運行程序。 EA： EA 的 E 的英文是 External ， A 的英文是 Access ，合在一起是外部程序存儲器的意思。上面的橫線則代表低電平有效。所以這個引腳接高電平則使用內(nèi)部程序存儲器，低電平則使用外部的程序存儲器。在此系統(tǒng)中，由于程序下載到內(nèi)部程序存儲器中，因此該引腳與 +5V 電源相連接。 ALE： ALE 是編程脈沖的輸入端。它以晶振頻率的 1/6 的固定頻率輸出，所以也可 以作為時鐘電路使用。同時這個引腳也是 P0 口低 8位 的地址鎖存器，將低 8 位數(shù)據(jù)與地址相互隔離，用于系統(tǒng)擴展。 PSEN： 此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用。低電平有效，當(dāng)引腳輸入低電平時實現(xiàn)對外部 ROM 單元的讀操作。在執(zhí)行指令的取指階段和從程序存儲器中取數(shù)據(jù)時有效。 P0 口（ ～ ）：端口 0 可以作為通用 I/O 端口使用和地址 /數(shù)據(jù)線使用。共有8 個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。一個數(shù)據(jù)輸出 D鎖存器、兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器、一個輸出控制電路和一個數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動電路共同構(gòu)成了 P0 口的邏輯電路。如果 EA—— 引腳的電平為低時（即取用片外 RAM 擴展或數(shù)據(jù)存儲器）， P0就以雙向口的工作方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。在此設(shè)計中， P0 口是作為通用 I/O 口將各個共陰極數(shù)碼管相應(yīng)的段選控制端并聯(lián)在一起，用驅(qū)動器 74HC245 驅(qū)動。 P1 口（ ～ ）：是 89C51 單片機唯一的單功能端口，僅僅能用作通用的數(shù)據(jù)XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 10 輸入 /輸出口。 P1 口的邏輯電路與 P2口相似，但其內(nèi)部沒有輸出控制電路，而且具有上拉電阻。所以其只能作為通用 I/O 端口使用。在此系統(tǒng)中， P1 口是用來控制數(shù)碼管的公共端，也稱作為“位選端”。 P2 口（ ～ ）：端口 2 也具有 2個功能：一個是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O端口，與 P0 口相似；另一功能也跟 P0口相似， P0 口 的第 2 功能是作為地址 /數(shù)據(jù)線使用，而 P2 口是單一的地址線使用。系統(tǒng)擴展時作為高 8位的數(shù)據(jù)線使用。當(dāng)沒有在 89C51單片機芯片外擴展 ROM 和 RAM，且 P2 口高 8 位地址總線沒有全部用到時， P2 口的口線就可以全部作為通用 I/O 口線使用。 P2 口屬于準(zhǔn)雙向口。在本系統(tǒng)中， P2 口用于控制LED 信號燈的亮滅。 P3 口（ ～ ）：作為通用 I/O 口，作為輸出時，鎖存器的狀態(tài)端（ Q）與輸出引腳的狀態(tài)相同；作為輸入端口時，為使引腳處于高阻輸入狀態(tài)，需向鎖存器輸入程序數(shù)據(jù)“ 1”。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下，進入 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。所以， P3 口在作為通用 I/O 口時，也屬于準(zhǔn)雙向口。在本系統(tǒng)， P3 口作為第二功能使用，主要利用按鍵模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的中斷跳轉(zhuǎn)。 P3 端口使用第二功能時： 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信數(shù)據(jù)的接收。 ： TXD，串行通信數(shù)據(jù)的發(fā)送 ： INT0，外部中斷 0申請。 ： INT1，外部中斷 1申請。 ：定時 /計時計數(shù)器 0的外部輸入。 ：定時 /計時計數(shù)器 1的外部輸入。 ： 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。 單片機引腳圖如 圖 所示 ： 單片機最小系統(tǒng) 上面提到 單片機 的應(yīng)用系統(tǒng)可以分為硬件部分和軟件部分。軟件部分指揮各個硬件執(zhí)行燒錄進單片機內(nèi)的程序，如果沒有程序那么它顯然是無法工作的的。但如果它僅僅只是燒錄了程序，它還是同樣無法工作。原因是除了單片機和軟件部分外，要使單片機能夠正常工作，還需要時鐘電路和復(fù)位電路。芯片加上時鐘和復(fù)位電路，這樣才是完整的最小單片機系統(tǒng)。在 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳間跨接一定頻率的晶振構(gòu)成時鐘電路為單片機的正常工作提供基本時鐘，機器周期則由晶振頻率決定。復(fù)位電路則將系統(tǒng)恢復(fù)初始化。就如同此系統(tǒng)中，將系統(tǒng)恢復(fù)至東西通行，南北禁止的剛啟動系統(tǒng) 的狀態(tài)。 XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 11 圖 單片機 電路 引腳圖 為了實現(xiàn)單片機的同步工作，系統(tǒng)必須有唯一的時鐘信號，并在這個時鐘信號下嚴(yán)格的按時序進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換和工作。這個時鐘信號可以外部時鐘也可以芯片自帶的時鐘信號。這種時鐘信號由時鐘電路提供。在本系統(tǒng)中，在 STC89C51 單片機 XTAL1 和XTAL2 之間接的是晶振頻率為 12MHz的晶振。機器周期是晶振頻率的十二分頻，所以機器周期為 1us。適當(dāng)編寫程序，則可以定時 1ms 或者 1s 的時間。 單片機與計算機相同，都有可能會出現(xiàn)故障死機或斷電的情況，這時候則需要和計算機一樣有一個復(fù)位鍵將系統(tǒng)重啟，單片機的復(fù)位電路也是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài) 。 實現(xiàn)復(fù)位的條件就是 RST 引腳輸入持續(xù) 2 次機器周期的高電平。復(fù)位后 PC=0000H，即是從新從程序存儲器的第 1 個單元取指令進行譯碼。若持續(xù)高電平則會循環(huán)復(fù)位。 按鍵復(fù)位和上電自動復(fù)位是 復(fù)位電路 經(jīng)常采用的兩種不同的方式。本系統(tǒng)所使用的是按鍵復(fù)位。按鍵在其余 4 個按鍵的中間，接芯片的 RST 引腳。按鍵瞬間 RST 引腳端電位與 Vcc 一致，隨著 電容 C1 的充電，充電電流的減少，導(dǎo)致 RST 引腳的高電位下降。只要 RST 引腳的高電位能夠保證在 2 個機器周期以上，單片機就會進行復(fù)位操作，使系統(tǒng)復(fù)位。上電復(fù)位則要求接上電源之后能夠自動實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位，原理相同，不再贅述。單片機最小系統(tǒng)原理圖 如圖 所示 ：XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 12 圖 單片機最小系統(tǒng)原理圖 LED 顯示 發(fā)光二極管簡稱為 LED。 它是一種半導(dǎo)體二極管。它的可見光是由空穴和電子結(jié)合時輻射而出的，因此它可以把電能轉(zhuǎn)化為光能。主要由 鎵（ Ga）與砷（ As）、磷（ P）、氮（ N）、銦（ In） 等 化合物制成 這種半導(dǎo)體 二極管 。三極管具有 2 個 PN 結(jié)，而 發(fā)光二極管是 由一個 PN 結(jié) 組成 的，它 具有單向?qū)щ娦浴?正向壓降低，反向壓降則要相對高得多。 它改變了 白熾燈 鎢絲發(fā)光與 節(jié)能燈 三基色粉發(fā)光的原理，而采用 電場 發(fā)光。 因此它也是非 常有發(fā)展前景的綠色照明光源。它的功耗低，壽命長，輻射低的特點使其得到了廣泛的應(yīng)用。不僅如此，它的光效率高，亮度大，同時可以回收利用的優(yōu)點也使它成為非常受矚目的新一代光源。它的運用簡單，信號穩(wěn)定，所以選擇 發(fā)光二極管 作為我們XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計 13 系統(tǒng)非常關(guān)鍵的模擬交通燈燈源。本系統(tǒng)所選用的是 普通單色發(fā)光二極管 。它 具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長 且價格低廉 等優(yōu)點，非常適合單片機 交通燈 系統(tǒng)的模擬交通燈。連接時也要注意 LED 燈的單相導(dǎo)電性，接反將會導(dǎo)致交通燈無法正常使用。模擬交通燈 利用發(fā)光二極管來顯示不同顏色的信號指示燈。 LED 燈 如圖 所示： 圖 LED 燈 顯示電路 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管是