【正文】 單擊主界面下方的按鈕開始系統(tǒng)仿真。在 Program File欄添加編譯好的十六進(jìn)制格式的程序文件 （可以接受 3種格式的文件），再給 AT89S52輸入晶振頻率。電路圖繪制完成后，再添加 AT89S52的應(yīng)用程序。把 Proteus和 Keil結(jié)合起來調(diào)試硬件就方便了好多，我采用的就是 “Proteus+Keil”的仿真方法，具體步驟如下： 首先運(yùn)行 PROTEUS VSM的 ISIS,畫好原理圖后，用鼠標(biāo)左鍵雙擊單片機(jī)出現(xiàn)如圖 。 電氣工程學(xué)院 30 PROTEUS對(duì)單片機(jī)內(nèi)核的仿真 PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)注意到和單片機(jī)各種編譯程序的整合了，如它可以和 Keil， Wave6000等編譯模擬 軟件結(jié)合使用。連線方法很簡(jiǎn)單，將鼠標(biāo)移至元器件引腳后出現(xiàn)一個(gè)小十字，再次單擊左鍵就完成了一次連線。重復(fù)以上過程，添加好電路中所需要的元器件。在左側(cè)的上方為電路圖概覽區(qū)，下方則是元器件列表區(qū)。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能非常強(qiáng)大。硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVison4等軟件。目前支持的單片機(jī)類型有： 6800系列、8051系列、 AVR系列、 PIC14系列、 PIC16系列、 PIC18系列、 Z80系列、 HC11系列以及各種外圍芯片。具有 模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動(dòng)態(tài)仿真、 IIC調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能：各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器燈。 第 5 章 智能交通燈的仿真 29 第 5 章 智能交通燈的仿真 Proteus軟件 介紹 Proteus軟件是英國(guó) Labcenter electronics公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真的軟件。主要包括了三個(gè)方面的軟件設(shè)計(jì)思路及原理：交通燈主程序的設(shè)計(jì)， 車流量采樣 程序的設(shè)計(jì)以及數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計(jì)。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí) 50毫秒，故 T0必須工作于方式 1。在中斷服務(wù)子程序中， CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。 我們?cè)O(shè)定一個(gè)初值為 20的軟件計(jì)數(shù)器和使 T0定時(shí) 50毫秒。 軟件延時(shí)原理 MCS51的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（ 1/12MHZ） =1us。這就是為什么掃描周期為 50ms的原因， 若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。計(jì)算通式變?yōu)椋? T=（ M－ TC） T0 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： 開始 段選個(gè)位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 段選十位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 電氣工程學(xué)院 28 TC=MC 式中， M為計(jì)數(shù)器模值。 圖 顯示程序流程圖 理論基礎(chǔ)知識(shí) 定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1直至減完為模值，這個(gè)初值是送到 TH和 TL中的。將該比例值放在 A，然后 根據(jù) A的大小 進(jìn)行時(shí)間調(diào)整 ，具體時(shí)間設(shè)置表 41. 表 41 比例及調(diào)整時(shí)間 南北與東西向比例 調(diào)整南北向時(shí)間 20 30 40 50 60 調(diào)整東西向時(shí)間 60 50 40 30 20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 25 圖 主程序流程圖 顯示時(shí)間減 1 否 是 顯示時(shí)間是否為 0 顯示時(shí)間是否為 5 開始 初始化 第一狀態(tài)，第一狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 5 否 是 第二狀態(tài)，第二狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 0 第三狀態(tài)，第三狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 否 是 否 第四狀態(tài)，第四狀態(tài)顯示時(shí)間 是 電氣工程學(xué)院 26 車流量程序流程圖 開始 記錄車流量數(shù)據(jù) a 與 b 相當(dāng) 基準(zhǔn)狀態(tài) a/b 南北綠燈增加 10s，東西綠燈減少 10 秒 a/b a/b 南北綠燈減少 10s，東西綠燈增加 10s a/b 南北綠燈減少 20s，東西綠燈增加 20s Y Y Y N N N Y 南北綠燈增加 20s，東西綠燈減少 20s Y N 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 27 顯示程序設(shè)計(jì) 交 通燈的時(shí)間顯示主要是通過數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管。電氣工程學(xué)院 24 程序流程圖如圖 。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 10s，東西綠燈時(shí)間增加 10s。時(shí)間設(shè)置以 40s為基準(zhǔn)，當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間增加 10s，東西綠燈時(shí)間減少 10s。比例為 ，表示南北車流量比東西車流量多。比例為 ，表示南北方向車流量比東西車流量少。 時(shí)間調(diào)整在此只劃定 5個(gè)范圍。 車流量采樣程序設(shè)計(jì) 車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對(duì)路口車流量進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時(shí)間。 主程序采用查詢方式定時(shí)，獲取交通燈的各種狀態(tài)。 （ 4）東西黃燈閃爍 5s，南北保持紅燈亮。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。 （ 2）南北黃燈閃爍 5s，東西保持紅燈亮。 主程序設(shè)計(jì) 將整個(gè)流程分為四個(gè)狀態(tài)如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件在 硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。最后對(duì)其他硬件進(jìn)行了介紹，如發(fā)光二極管， LED 數(shù)碼管以及電源電路等。第三部分詳細(xì)介紹了 AT89S51 單片機(jī)各個(gè)管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及 AT89S51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。 T?T R A N S 11234D?B R I D G E 1C4E L E C T R O 1 C5C A PV i n1GND2+ 5V3U?L M 7805C TV C CC6C A P 圖 電源電路 蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平， PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)， PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。圖中 C5用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小，本設(shè)計(jì)選擇的為 。第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 21 220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為 15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅 08V左右的波動(dòng)直流。 采用共陰極連接： 表 33 驅(qū)動(dòng)代碼表 顯示數(shù)值 a b c d e f g 驅(qū)動(dòng)代碼（ 16進(jìn)制） 0 1 1 1 1 1 1 0 0x3f 1 0 1 1 0 0 0 0 0x06 2 1 1 0 1 1 0 1 0x5b 3 1 1 1 1 0 0 1 0x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0x66 5 1 0 1 1 0 1 1 0x6d 6 1 0 1 1 1 1 1 0x7d 7 1 1 1 0 0 0 0 0x07 8 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 9 1 1 1 1 0 1 1 0x6f 電源電路設(shè)計(jì) 不管是 AT89S51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到 +5V的直流電源，因此，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的 +5V直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要。 由于交通燈數(shù)碼管沒有 SP位 ，本文主要討論共陰 七 段 LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。以八段共陰管為例，它有 8個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 SP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。 LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命 長(zhǎng)、維護(hù)電氣工程學(xué)院 20 簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。 LED的心 臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的，如圖 。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 19 其它硬件介紹 發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快 、 檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域也在不 斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和 SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。 但光纖 式光電開關(guān) 有一些缺點(diǎn)：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 （ 5） 光纖式光電開關(guān) 它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。 （ 4） 槽式光電開關(guān) 它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的 U 字 型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過 U 型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。 （ 3） 對(duì)射式光電開關(guān) 它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的 表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。其工作原理圖如 圖 ： 圖 光電開關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。分別檢測(cè)兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測(cè)不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期 ，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 ，即紅綠燈時(shí)間值。 車流量檢測(cè)傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該傳感器工作電壓為直流 1030V，檢測(cè)距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在 25℃ ～55℃ 的溫 度條件下正常工作。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的 flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接 ROM來存儲(chǔ)程序，因此， EA腳必須接高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位 ，手動(dòng)復(fù)位等。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz、 、 12MHz、本系統(tǒng)采用 ，電容選 22pF或 30pF均可。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。 AT89S51芯片最小系統(tǒng) 一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊 (如通信、數(shù)據(jù)采集等 )。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。 。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)二次有效（低電平），以通過數(shù)據(jù)總線 P0口讀回指令或常數(shù)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。該位置位后，只有一條 M0VX和 M0VC指令 ALE才會(huì)被激活。對(duì) F1ash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1／ 6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 15 用于定時(shí)目的。 ALE/錯(cuò)誤 !未找到引用源。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR的 DISRT0位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 RST：復(fù)位輸入。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（ 吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。 Flash編程