【文章內(nèi)容簡介】 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1X1CR Y S T A LC12 2 u fC22 2 u fR11 0 kC31 0 u FD1L E D R E DD5L E D G RE E ND6L E D Y E L L O WR22 2 0R32 2 0R42 2 0R52 2 0R62 2 0R72 2 0R82 2 0R92 2 0R 1 02 2 0R 1 12 2 0R 1 22 2 0R 1 32 2 0R 1 42 2 0R 1 51 0 kD2L E D Y E L L O WD4L E D R E DD3L E D G RE E N 器件和原理 所需硬件電路的名稱 規(guī)格 數(shù)量 單片機(jī)芯片 MSC52 1 晶振 12M 1 電容 22pF 2 電解電容 10uF 2 電阻 220 6 排阻 220 1 共陰數(shù)碼管 共陰 4 發(fā)光二極管 紅黃綠 各兩個(gè) 開關(guān) 1 MAX232 1 電容 1uF 4 串口 1 單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 電阻 10K 1 什么是單片機(jī) 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè) 計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng) 用。 90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上 。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多 。 什么是單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) . 對(duì) 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路 . 下面給出一個(gè) 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖 . 圖 31 復(fù)位電路 :由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成 ,由圖并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當(dāng)系統(tǒng)一上電 ,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC值來決定 .典型的 51單片機(jī)當(dāng) RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位 ,所以 ,適當(dāng)組合 RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位 .一般教科書推薦 C 取 10u,R 取 ,原則就是要讓 RC組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2 個(gè)機(jī)周期的高電平 .至于如何具體定量計(jì)算 ,可以參考電路分析相關(guān)書籍 . 晶振電路 :典型的晶振取 (因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到 9600 波特率和 19200 波特率 ,用于有串口通訊的場(chǎng)合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 uS 級(jí)時(shí)歇 ,方便定時(shí)操作 ) 單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 部分電路功能 晶振電路 復(fù)位電路 信號(hào)燈控制電路 ， LED 及顯示接口 1 發(fā)光二極管簡稱 LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè) PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦? 當(dāng)在發(fā) 光二極管 PN 結(jié)上加正向電壓時(shí)， PN 結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使 P 區(qū)的空穴注入到 N 區(qū)， N 區(qū)的電子注入到 P 區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。 當(dāng)所有二極管都發(fā)出光時(shí)，大多數(shù)都不是很有效的。在普通二極管里，半導(dǎo)體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。發(fā)光二極管是由一個(gè)塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個(gè)特定方向 。由于不同材料的禁帶寬度不同，單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長的光。另外， 有些材料由于組分和摻雜不同，例如，有的具有很復(fù)雜的能帶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的還有間接躍遷輻射等， 因此有各種各樣的發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。 發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。 常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。 使用 LED 作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED 所需工作電流來選擇。發(fā)光二極管的壓降一 LED 的光學(xué)參數(shù)與 pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小 電流 IF＜ 10mA，或者 10~20 mA 長時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮 LED 溫升不明顯。 因此我們選的二極管顏色為紅色，黃色。 綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告，信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 設(shè)計(jì)流程圖 圖 開始 初始化 A紅燈， B 綠燈 Time 20s A紅燈， B 黃燈 Time 5s A綠燈， B 紅燈 Time 20s A黃燈， B 紅燈 Time 5s 單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 第三章 交通信號(hào)燈軟件的系統(tǒng)編程 信號(hào)燈亮滅的定時(shí)功能 單片機(jī)的定時(shí)器 在單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法一般有以下三種： １：軟件定時(shí)：讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行一段程序來進(jìn)行事件延時(shí)。這個(gè)程序段本身份沒有安排其他的執(zhí)行目的，只是利用該程序段 的執(zhí)行花費(fèi)的一個(gè)固定時(shí)間。通過適當(dāng)?shù)倪x擇指令和安排循環(huán)次數(shù)，可調(diào)節(jié)這段程序執(zhí)行所需花費(fèi)的時(shí)間的長短。其特點(diǎn)是定時(shí)時(shí)間精確，不需外加硬件電路，但占用ＣＰＵ時(shí)間。因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜過長。 ２：硬件定時(shí)：利用硬件電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)。其特點(diǎn)是不占用ＣＰＵ時(shí)間，通過改變電路元器件參數(shù)調(diào)來節(jié)定時(shí)，但使用不夠靈活方便。對(duì)于時(shí)間較長的定時(shí)，常用硬件電路來實(shí)現(xiàn)。 ３： 可編程定時(shí)器：通過專用的定時(shí)計(jì)數(shù)器芯片來實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是通過對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)的時(shí)間可通過程序的設(shè)定的方法改變，使用靈活方便。也可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部脈沖的計(jì)數(shù)功能。單片機(jī)交通控制器的設(shè)計(jì) 當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，技術(shù)器對(duì)來自輸入引腳 T0和 T1 的外部信號(hào)計(jì)數(shù)， 外部信號(hào)的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的二十四分之一。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上。 當(dāng)設(shè)置了定時(shí)器的工作方式并啟動(dòng)定時(shí)器工作后，定時(shí) 器就安倍設(shè)定的工作方式 獨(dú)立 工作 ，不在占用 CPU 的操作時(shí)間，只有在計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出時(shí)才能中斷 CPU 當(dāng)前的操作。 定時(shí)器數(shù)值的設(shè)置應(yīng)該注意的事項(xiàng) 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定 1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到 TH 和 TL 中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C 和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式 ： TC=MC 式中， M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0時(shí) M為 8196 ；在方式 1時(shí) M的值為 65536；在方式 2 和 3 為 256。 T=（ M－ TC） T 計(jì)數(shù) 或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計(jì)數(shù) 單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 T 計(jì)數(shù) 是單片機(jī)時(shí)鐘周期Ｔ ＣＬＫ 的１２倍；ＴＣ為定時(shí)初值 如單片機(jī)的主脈沖頻率為Ｔ ＣＬＫ １２ＭＨＺ ，經(jīng)過１２分頻 方式０ ＴＭＡＸ＝ 213 ＊１微秒＝８．１９２毫秒 方式１ ＴＭＡＸ＝ 216 ＊１微秒＝６５．５３６毫秒 我們?cè)谶@里采用的是方式 1，則初始值 TC=6553650000 THO=(6553650000)%256 TL0=(6553650