【文章內(nèi)容簡介】 時 交 通 燈 鍵盤 與狀 態(tài)顯 示 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 P33，依次完成倒計時加 倒計時減 調(diào)完確認(rèn)、調(diào)時方向切換、南北強行和東西強行等功能。 由于該系統(tǒng) 是 對交通燈及數(shù)碼管的控制，只 需 用單片機本身的 I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及 RAM已經(jīng)夠用，故 選擇 方案二。 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素： ① 系統(tǒng)穩(wěn)定度； ② 器件的通用性或易選購性； ③軟件編程的易實現(xiàn)性； ④ 系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計 至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探討。 總體設(shè)計 本設(shè)計以單片機為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、 倒計時 模塊等。 單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機 振蕩 電路、復(fù)位電路等組成。 鍵盤及狀態(tài)顯示，開關(guān)鍵盤輸入 交通 燈初始時間，通過單片機 P1 輸入到系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字 99。 友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)是本設(shè)計的亮點。 單片機 最小系統(tǒng) 振蕩電路 AT89C51是內(nèi)部 具有 振蕩電路的單片機，只需在 18腳和 19腳之間接上石英晶體，給單片機 加 工作所需直流 電源 ，振蕩器就開始振蕩起來。振蕩電路就為單片機工作提供了所需要的時鐘脈沖信號，是單片機的內(nèi)部電路、單片機的內(nèi)部程序（若有）開始工作。振蕩電路不工作，整個單片機電路都不能正常工作。 AT89C51 常外接 6MHz、 12MHz的石英晶體， 18 腳和 19 腳分別對地接了一 個 20pF 的電容，目的是防止單片機自激。若從 18腳輸入外部時鐘脈沖，則 19腳接地。 復(fù)位電路 復(fù)位 電路就是在 RST 端（ 9腳）外接的一個電路，目的是使單片機上 的 電開始工作時，內(nèi)部電路從初始狀態(tài)開始工作，或者在工作中人為讓單片機重新從初始狀態(tài)開始工作。在時鐘工作的情況下，只要復(fù)位引腳高電平保持在兩個機器周期以上的時間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)重置的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)置成已知狀態(tài)，并且從地址 0000H 處讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 單片機最小系統(tǒng)電路如圖 所示： 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 單片機最小系統(tǒng)電路 顯示及其驅(qū)動模塊 鍵盤與狀態(tài)顯示功能 鍵盤在本設(shè)計中用于緊急情況的手動控制裝置，以及定時時間的設(shè)置等功能，起到了不可缺 少 的重要作用。當(dāng)定時器定時為 1秒時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將 依次 顯示信號燈時間，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時 1秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值，重新進入循環(huán)。 鍵盤電路 如圖 所示： 圖 鍵盤電路 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 倒計時計數(shù)功能 本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計時顯示功能。以南北方向為例，數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置 時間最大值往下減，每秒鐘減 1，一直減到 1。然后又從紅燈的設(shè)置時間最大值往下減，一直減到 1。接下來又顯示綠燈時間，如此循環(huán)。 系統(tǒng)共有 4個兩位的 LED 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個路口。各個方向的數(shù)碼管個位（把數(shù)碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一根信號線控制，十位用另一根信號線控制。這里采用動態(tài)顯示。 LED 數(shù)碼管如圖 所示 ： 圖 LED數(shù)碼管 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 延時程序設(shè)計 延時方法可以有兩種一種是利用 MCS51 內(nèi)部定時 器產(chǎn)生溢出中斷來確定延時的時間，另一種是采用軟延時的方法。下面給出延時 1秒的實現(xiàn)方法。 計數(shù)器硬件延時 ⑴ 計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。 它 是以加法記數(shù)的，并能從全 1到全 0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為 C和計數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計算通式： TC=MC (式 51) 式中， M 為計數(shù)器模值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0時 M為 213 ；在方式1時 M的值為 216；在方式 2和 3的 M值為 28。 （ 2）計算公式 T=（ M－ TC） T 計數(shù) 或 TC＝ M－ T／ T計數(shù) T計數(shù)是單片機時鐘周期 TCLK 的 12倍； TC 為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為 TCLK=12MHZ ，經(jīng)過 12分頻 方式 0 TMAX＝ 213 *1 微秒＝ 毫秒 方式 1 TMAX＝ 216 *1 微秒＝ 毫秒 方式 3 TMAX= 28 *1 微秒 =256 微秒 顯然 1秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法 和級聯(lián)的方式解決這么個問題。 （ 3）設(shè)置 1秒延時 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為 20的軟件計數(shù)器和使 T0 定時 50 毫秒。這樣每當(dāng) T0 到 50 毫秒時 CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中， CPU 先使軟件計數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。為零表示 1 秒已到，可以返回到輸出時間顯示程序。 （ 4）相應(yīng)程序代碼 ① 主程序 定時器需定時 50 毫秒，故 T0工作于方式 1。 初值： TC＝ M－ T／ T 計數(shù) ＝ 216 － 50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, 01H ；令 T0 為定時器方式 1 MOV TH0, 3CH ；裝入定時器初值 MOV TL0, BOH 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 MOV IE, 82H ；開 T0 中斷 SEBT TR0 ；啟動 T0計數(shù)器 MOV RO, 14H ；軟件計數(shù)器賦初值 LOOP: SJMP $ ；等待中斷 ② 中斷服務(wù)子程 序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 2020H BRTO： DJNZ R0， NEXT AJMP TIME ；跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 MOV R0， 14H ；恢復(fù) R0 值 MOV TH0,3CH ；重裝入定時器初值 MOV TL0,BOH MOV IE,82H RETI END 軟件延時 MCS51的工作頻率為 212MHZ，我們選用的 8031 單片機的工作頻率為 6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的 12倍，所以一個機器周期的時間為 12*（ 1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1秒的時間。 具體的延時程序分析： DELAY: MOV R4,08H ；延時 1秒子程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1: MOV R6,0 ； 延時 125ms 子程序 MOV R5,0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN， DATA ；字節(jié)數(shù)數(shù)為 2， 機器周期數(shù)為 1 DELAY1 為一個延時 125mS 子程序的雙重循環(huán)，循環(huán)次數(shù) 256*256=65536 所以延時時間為 65536*2=131072us 約為 125ms。 R4設(shè)置的初值為 8 時，主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125ms*8= 1 秒。 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 由于單片機的運行速度很快其他的 指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 時間及信號燈的顯示 8031 并行口的擴展 8031 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口 ,但真正能提供借用的只有 P1 口 ,因為 P2 和 P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù) ,P3 口也有它的第二功能。因此， 8031 通常需要擴展。由于我們向外輸出時間時，時間的個位、十位、信號燈的顯示都要用到一個I/O端口，顯然 8031 的端口是不夠，需要擴展。 擴展的方法有兩種：（ 1）借用外部 RAM 地址來擴展 I/O 端口；（ 2）采用 I/O 接口芯片來擴充。我們也可以用