【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jì) 7 東西南北四個(gè) 交通口都含有紅綠燈以及數(shù)碼管 ， 無(wú)論是哪一個(gè)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(guò) ， 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(shuō)明： 0表示滅， 1 表示亮 ） 3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成 : 為了滿足這次的交通燈設(shè)計(jì)所需要實(shí)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(gè)， 4 個(gè) 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(dòng)電路 模塊， 若干 導(dǎo)線、電阻和電容。構(gòu)成了此次設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊 。 其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 本系統(tǒng) 把 單片機(jī) 最小系統(tǒng)作 為 關(guān)鍵 核心， 由各個(gè)硬件模塊軟件為控制主體組成一個(gè)處理、 智能 控制為一 體的封閉操控 系統(tǒng)。 其中 P0 用來(lái) 送顯 LED 數(shù)碼管的 段選和位選 ， P1 用來(lái)操控紅綠燈的亮暗 ， 12MHz 晶振接在單片機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)按鈕的控制 。 單片機(jī)系統(tǒng) 及其歷史 單片機(jī)是一塊集成在芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的內(nèi)部包括有 CPU、存儲(chǔ)器，定時(shí) /計(jì)數(shù)器以及中斷系統(tǒng)，基本輸入 /輸出（簡(jiǎn)稱 I/O） 接口電路等。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，所以又稱作微控制器（簡(jiǎn)稱 MCU）。 它在各方面都有良好的優(yōu)勢(shì)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制效果好，可靠性高、體積小、價(jià)格低，單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)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(gè)不同的領(lǐng)域。 單片機(jī)誕生于上世紀(jì) 70 年代，經(jīng)歷了三個(gè)階段： SCM、 MCU、 SOC。一開始的 SCM單片機(jī)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(jī)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在高 端的 32 位 SOC 單片機(jī)性能已經(jīng)達(dá)到了上世紀(jì)90 年代中期專用處理器的水平，且價(jià)格低廉。所以越來(lái)越多的制作業(yè)、工業(yè)離不開單片機(jī)。 單片機(jī)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(jī)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(wú)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(jì) 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(shí)現(xiàn)功能齊全的及交通燈系統(tǒng)。 單片機(jī) 內(nèi)部組成以及 引腳介紹 8052 是 MCS52系列單片機(jī)的典型芯片，不同型號(hào)一般程序存儲(chǔ)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(shí)，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(jī)，而單片機(jī)的控制核心是中央處理器。它與計(jì)算機(jī)的處理器一樣分為 4 字長(zhǎng)、 8 字長(zhǎng)、 16 字長(zhǎng)和 32 字長(zhǎng)等處理器 ，它與單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)能力、控制功能、運(yùn)算速度等性能等性能有關(guān)，因此，字長(zhǎng)是衡量 CPU 功能的主要指標(biāo)。 CPU 由運(yùn)算器和控制器組成。各一個(gè) 8位的算術(shù)邏輯單元（簡(jiǎn)稱 ALU）、累加器（簡(jiǎn)稱 ACC）、暫存器 B和程序狀態(tài)寄存器（簡(jiǎn)稱 PSW）構(gòu)成了 CPU 的運(yùn)算器。 所述控制器包括程序計(jì)數(shù)器（ PC） ，指令寄存器（ IR） ，指令譯碼器（ ID）和一個(gè)控制電路等 。 內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM： 單片機(jī) 89C52 芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常是指低 128 個(gè)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(huì)消失。高 128 個(gè)單位則是內(nèi)部專用寄存器使用的存儲(chǔ)單位，用戶無(wú)法對(duì)其進(jìn)行操作，所以芯片內(nèi)部一共包含 256 個(gè) RAM 單元。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 ROM： 89C52 芯片的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器使用的是只讀存儲(chǔ)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?huì)在斷電后丟失。 這樣則不會(huì)改變程序的原始數(shù)據(jù)，通常稱為只讀程序存儲(chǔ)器 并行 I/O 端口： 89C52 芯片內(nèi)部有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口（ P0口、 P1 口、 P2 口和 P3 口），通過(guò) I/O端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并行輸入輸出，是人機(jī)交互的接口。 串行口： 89C52 芯片內(nèi)部串行實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信是通過(guò)一個(gè)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(kuò)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(shí) /計(jì)數(shù)器： 89C52 芯片內(nèi)部的 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器可以控制單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘，使單片機(jī)按照一定的機(jī)器時(shí)鐘進(jìn)行狀態(tài)控制。還可以進(jìn)行外部定時(shí)或計(jì)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(jì) 9 8052 內(nèi)部共有 5 個(gè)中斷源， 2個(gè)優(yōu)先級(jí)別分別是高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，在同級(jí)的情況下，外部中斷 0 大于定時(shí)器 T0 中斷大于外部中斷 1大于定時(shí)器中斷 T1大 于串行口中斷。 時(shí)鐘電路： 89C51 芯片單片機(jī)內(nèi)部具有時(shí)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(shí)鐘電路。此系統(tǒng)選用的晶振頻率為 12MHz。相應(yīng)的機(jī)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(shí)鐘時(shí)，則連接外部的時(shí)鐘電路；若要使用內(nèi)部時(shí)鐘則連接電容和晶振。本系統(tǒng)所使用的是內(nèi)部時(shí)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(gè)引腳 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即有效電平時(shí)，芯片將進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)位操作，各個(gè)寄存器都恢復(fù)到最初的狀態(tài)重新運(yùn)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(chǔ)器的意思。上面的橫線則代表低電平有效。所以這個(gè)引腳接高電平則使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，低電平則使用外部的程序存儲(chǔ)器。在此系統(tǒng)中，由于程序下載到內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘電路使用。同時(shí)這個(gè)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(kuò)展。 PSEN： 此為 Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用。低電平有效，當(dāng)引腳輸入低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)器中取數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。一個(gè)數(shù)據(jù)輸出 D鎖存器、兩個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器、一個(gè)輸出控制電路和一個(gè)數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)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(shí)（即取用片外 RAM 擴(kuò)展或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)中， P0 口是作為通用 I/O 口將各個(gè)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(dòng)器 74HC245 驅(qū)動(dòng)。 P1 口（ ～ ）：是 89C51 單片機(jī)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(jì) 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(lái)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(gè)功能：一個(gè)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(kuò)展時(shí)作為高 8位的數(shù)據(jù)線使用。當(dāng)沒有在 89C51單片機(jī)芯片外擴(kuò)展 ROM 和 RAM，且 P2 口高 8 位地址總線沒有全部用到時(shí)， 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(hào)燈的亮滅。 P3 口（ ～ ）：作為通用 I/O 口，作為輸出時(shí)，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(shí)，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(hào)的作用下，進(jìn)入 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。所以， P3 口在作為通用 I/O 口時(shí)，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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的中斷跳轉(zhuǎn)。 P3 端口使用第二功能時(shí)： 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(qǐng)。 ： INT1，外部中斷 1申請(qǐng)。 ：定時(shí) /計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0的外部輸入。 ：定時(shí) /計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1的外部輸入。 ： WR—— ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。 ： RD—— ，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。 單片機(jī)引腳圖如 圖 所示 ： 單片機(jī)最小系統(tǒng) 上面提到 單片機(jī) 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(gè)硬件執(zhí)行燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)的程序，如果沒有程序那么它顯然是無(wú)法工作的的。但如果它僅僅只是燒錄了程序，它還是同樣無(wú)法工作。原因是除了單片機(jī)和軟件部分外，要使單片機(jī)能夠正常工作，還需要時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。芯片加上時(shí)鐘和復(fù)位電路，這樣才是完整的最小單片機(jī)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(shí)鐘電路為單片機(jī)的正常工作提供基本時(shí)鐘，機(jī)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(dòng)系統(tǒng) 的狀態(tài)。 XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 單片機(jī) 電路 引腳圖 為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的同步工作，系統(tǒng)必須有唯一的時(shí)鐘信號(hào)，并在這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)下嚴(yán)格的按時(shí)序進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換和工作。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以外部時(shí)鐘也可以芯片自帶的時(shí)鐘信號(hào)。這種時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘電路提供。在本系統(tǒng)中，在 STC89C51 單片機(jī) XTAL1 和XTAL2 之間接的是晶振頻率為 12MHz的晶振。機(jī)器周期是晶振頻率的十二分頻，所以機(jī)器周期為 1us。適當(dāng)編寫程序，則可以定時(shí) 1ms 或者 1s 的時(shí)間。 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)相同，都有可能會(huì)出現(xiàn)故障死機(jī)或斷電的情況，這時(shí)候則需要和計(jì)算機(jī)一樣有一個(gè)復(fù)位鍵將系統(tǒng)重啟，單片機(jī)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(gè)確定的初始狀態(tài) 。 實(shí)現(xiàn)復(fù)位的條件就是 RST 引腳輸入持續(xù) 2 次機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后 PC=0000H，即是從新從程序存儲(chǔ)器的第 1 個(gè)單元取指令進(jìn)行譯碼。若持續(xù)高電平則會(huì)循環(huán)復(fù)位。 按鍵復(fù)位和上電自動(dòng)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(gè)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(gè)機(jī)器周期以上，單片機(jī)就會(huì)進(jìn)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(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位，原理相同，不再贅述。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 如圖 所示 ：XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 LED 顯示 發(fā)光二極管簡(jiǎn)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(shí)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(gè) PN 結(jié)，而 發(fā)光二極管是 由一個(gè) 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(duì)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(chǎng) 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(zhǎng)，輻射低的特點(diǎn)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(shí)可以回收利用的優(yōu)點(diǎn)也使它成為非常受矚目的新一代光源。它的運(yùn)用簡(jiǎn)單，信號(hào)穩(wěn)定，所以選擇 發(fā)光二極管 作為我們XXXXXX 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(zhǎng) 且價(jià)格低廉 等優(yōu)點(diǎn)，非常適合單片機(jī) 交通燈 系統(tǒng)的模擬交通燈。連接時(shí)也要注意 LED 燈的單相導(dǎo)電性，接反將會(huì)導(dǎo)致交通燈無(wú)法正常使用。模擬交通燈 利用發(fā)光二極管來(lái)顯示不同顏色的信號(hào)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