【文章內容簡介】 .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 數量 單片機芯片 MSC52 1 晶振 12M 1 電容 22pF 2 電解電容 10uF 2 電阻 220 6 排阻 220 1 共陰數碼管 共陰 4 發(fā)光二極管 紅黃綠 各兩個 開關 1 MAX232 1 電容 1uF 4 串口 1 單片機交通控制燈的設計與實現 4 電阻 10K 1 什么是單片機 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有 CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設 計理念是通過將大量外圍設備和 CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應 用。 90 年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應用， 32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數百倍。目前，高端的 32 位單片機主頻已經超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上 。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 單片機比專用處理器最適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數量最多的計算機?，F代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。而個人電腦中也會有為數不少的單片機在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作！單片機的數量不僅遠超過 PC 機和其他計算的綜合，甚至比人類的數量還要多 。 什么是單片機系統(tǒng) 單片機交通控制燈的設計與實現 5 單片機最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng) . 對 51 系列單片機來說 ,最小系統(tǒng)一般應該包括 :單片機、晶振電路、復位電路 . 下面給出一個 51 單片機的最小系統(tǒng)電路圖 . 圖 31 復位電路 :由電容串聯電阻構成 ,由圖并結合 電容電壓不能突變 的性質 ,可以知道 ,當系統(tǒng)一上電 ,RST腳將會出現高電平 ,并且 ,這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC值來決定 .典型的 51單片機當 RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位 ,所以 ,適當組合 RC的取值就可以保證可靠的復位 .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 腳上產生不少于 2 個機周期的高電平 .至于如何具體定量計算 ,可以參考電路分析相關書籍 . 晶振電路 :典型的晶振取 (因為可以準確地得到 9600 波特率和 19200 波特率 ,用于有串口通訊的場合 )/12MHz(產生精確的 uS 級時歇 ,方便定時操作 ) 單片機交通控制燈的設計與實現 6 部分電路功能 晶振電路 復位電路 信號燈控制電路 ， 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，其內部結構為一個 PN結，具有單向導電性 當在發(fā) 光二極管 PN 結上加正向電壓時， PN 結勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，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產生復合，復合時產生的能量大部分以光的形式出現，因此而發(fā)光。 當所有二極管都發(fā)出光時，大多數都不是很有效的。在普通二極管里，半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發(fā)光二極管是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向 。由于不同材料的禁帶寬度不同，單片機交通控制燈的設計與實現 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，有的具有很復雜的能帶結構，相應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，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)光二極管應用電路有四種，即直流驅動電路、交流驅動電路、脈沖驅動電路、變色發(fā)光驅動電路。 使用 LED 作指示電路時，應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據不同的使用電壓和LED 所需工作電流來選擇。發(fā)光二極管的壓降一 LED 的光學參數與 pn結結溫有很大的關系。一般工作在小 電流 IF＜ 10mA，或者 10~20 mA 長時間連續(xù)點亮 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，面對綠燈的車輛可以直行紅燈是禁行信號，面對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，面對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可以進入交叉路口。 設計流程圖 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 單片機交通控制燈的設計與實現 8 第三章 交通信號燈軟件的系統(tǒng)編程 信號燈亮滅的定時功能 單片機的定時器 在單片機應用系 統(tǒng)中，實現定時的方法一般有以下三種： １：軟件定時：讓計算機執(zhí)行一段程序來進行事件延時。這個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)行花費的一個固定時間。通過適當的選擇指令和安排循環(huán)次數，可調節(jié)這段程序執(zhí)行所需花費的時間的長短。其特點是定時時間精確，不需外加硬件電路，但占用ＣＰＵ時間。因此軟件定時的時間不宜過長。 ２：硬件定時：利用硬件電路實現定時。其特點是不占用ＣＰＵ時間，通過改變電路元器件參數調來節(jié)定時，但使用不夠靈活方便。對于時間較長的定時，常用硬件電路來實現。 ３： 可編程定時器：通過專用的定時計數器芯片來實現。其特點是通過對系統(tǒng)時鐘脈沖進行計數實現定時，定時的時間可通過程序的設定的方法改變，使用靈活方便。也可實現對外部脈沖的計數功能。單片機交通控制器的設計 當定時計數器設置為計數工作方式時，技術器對來自輸入引腳 T0和 T1 的外部信號計數， 外部信號的下降沿將觸發(fā)計數。最高檢測頻率為振蕩頻率的二十四分之一。計數器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器周期以上。 當設置了定時器的工作方式并啟動定時器工作后，定時 器就安倍設定的工作方式 獨立 工作 ，不在占用 CPU 的操作時間，只有在計數器計滿溢出時才能中斷 CPU 當前的操作。 定時器數值的設置應該注意的事項 延時方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內部定時器才生溢出中斷來確定 1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 定時器工作時必須給計數器送計數器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。他是以加法記數的，并能從全 1 到全 0 時自動產生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為 C 和計數初值設定為 TC 可得到如下計算通式 ： TC=MC 式中， M為計數器摸值，該值和計數器工作方式有關。在方式 0時 M為 8196 ；在方式 1時 M的值為 65536；在方式 2 和 3 為 256。 T=（ M－ TC） T 計數 或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計數 單片機交通控制燈的設計與實現 9 T 計數 是單片機時鐘周期Ｔ ＣＬＫ 的１２倍；ＴＣ為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為Ｔ ＣＬＫ １２ＭＨＺ ，經過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 我們在這里采用的是方式 1，則初始值 TC=6553650000 THO=(6553650000)%256 TL0=(6553650