【正文】 基于 STC89C52RC 單片機(jī)的路燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 摘要 1 第一章 緒論 2 第二章 方案設(shè)計與論證 3 一 外部環(huán)境明暗的檢測單元 3 二 路況的檢測單元 3 三 處理器的選擇 3 第三章 硬件設(shè)計 4 一 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 4 1 微處理器 4 2 數(shù)據(jù)存儲器 4 3 程序存儲器 4 4 中斷系統(tǒng) 5 5 定時器計數(shù)器 5 6 串行口 5 7 特殊功能寄存器 5 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 5 1 時鐘電路 6 2 復(fù)位電路 6 3 通用 的晶振電路 7 三 顯示電路 8 四 LED 燈電路構(gòu)成 9 第四章 軟件設(shè)計 12 一 主程序設(shè)計 12 二 延時子程序設(shè)計 14 三 按鍵掃描子程序設(shè)計 14 四 中斷子程序設(shè)計 15 五 顯示子程序 16 六 聲光報警子程序 19 七 交通情況檢測子程序 20 八 路燈控制子程序設(shè)計 21 參考文獻(xiàn) 24 附錄 25 附 1 元器件明細(xì)表 25 附 2 儀器設(shè)備清單 25 附 3 電路圖圖紙 26 附 4 程序清單 26 摘 要 STC89C52RC 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評本系 統(tǒng)以畢業(yè)設(shè)計的題目要求為目的采用 8051 單片機(jī)為控制核心利用光電傳感器出檢測環(huán)境的明暗變化以及路燈的工作狀態(tài)利用對射式紅外線檢測交通的情況通過在硬件的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程利用軟件達(dá)到路燈模擬系統(tǒng)的支路控制器有時鐘功能能設(shè)定顯示開關(guān)燈時間并控制整條支路按時開燈和關(guān)燈支路控制器能根據(jù)環(huán)境明暗變化自動開燈和關(guān)燈支路控制器能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時燈不亮支路控制器發(fā)出聲光報警信號并顯示有故障路燈的地址編號整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單可靠性能高實驗測試結(jié)果滿足要 求 采用的技術(shù)主要有 通過編程來路燈的狀態(tài) 傳感器的有效應(yīng)用 新型顯示芯片的采用 關(guān)鍵詞 STC89C52RC 單片機(jī) 光電傳感器 紅外傳感器 Abstract STC89C52RC monolithic integrated circuits is one of eight monolithic integrated circuits his ease and functional by the users this graduation design system to the subject of the requirements for the purpose of a monolithic integrated circuits to control the 8051Photo electric sensors to the detection of the environment and the work of the state to shoot in the traffic in the infrared detected by the hardware on the basis of programmingUsed software to the system of control is the way can set in displaying switch the light of time and control all of the road and turn off the light of the turn on the light the road to environmental change A way to control traffic can automatically adjust the light of the state way to each separate independent control the lights and the time when the faults occur audible and visible warning signalsAnd that there was failure the address numbers the entire circuit of the system simple reliable performance the test results to meet the requirements Keyword STC89C52RC Photo electric sensors Infrared sensorsMCS51系列中的 STC89C52RC單片機(jī) STC89C52RC是一款八位單片機(jī)它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評它是第三代單片機(jī)的代表 第三代單片機(jī)包括 了 Intel公司發(fā)展 MCS51系列的新一代產(chǎn)品如 8ｘ C1580C51FAFB、 80C51GAGB、 8ｘ C45 8ｘ C452 還包括了 Philips、 Siemens、 ADM、Fujutsu、 OKI、 HarriaMetra、 ATMEL 等公司以 80C51 為核心推出的大量各具特色、與 80C51 兼容的單片機(jī)新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點是向外部接口電路擴(kuò)展以實現(xiàn) Microputer 完善的控制功能為己任將一些外部接口功能單元如 AD、 PWM、 PCA 可編程計數(shù)器陣列 、 WDT 監(jiān)視定時器 、高速 IO 口、計 數(shù)器的捕獲比較邏輯等這一代單片機(jī)中在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式 Philips 公司還為這一代單片機(jī) 80C51系列 8ｘ C592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 CAN Controller Area Network BUS 本設(shè)計就采用了比較先進(jìn)的 80C51為控制核心 80C51采用 CHOMS接收器由于紅外光波長比可見光長因此受可見光的影響比較 小同時紅外對管還具有以下優(yōu)點質(zhì)量輕靈敏度高線性好接口電路比較簡單安裝方便足夠滿足對本系統(tǒng)中物體檢測的要求基于以上原因選用了成本較低的方案二 三 處理器的選擇 單片機(jī) STC89C52RC作為模擬路燈控制系統(tǒng)的核心 STC89C52RC 具有許多優(yōu)點 RAMROM 空間大指令周期短運(yùn)算速度快低功耗低電壓可編程音頻處理易于編程和調(diào)試本題要求支路控制器有聲光報警功能由此看來單片機(jī) STC89C52RC 更具有優(yōu)越性 第三章 硬件設(shè)計 一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩 部分內(nèi)容一是系統(tǒng)擴(kuò)展即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元如 ROM、 RAM、 IO 口、定時記數(shù)器、中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計相應(yīng)的電路二是系統(tǒng)配置既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備如鍵盤顯示器、打印機(jī)、 AD、 DA 轉(zhuǎn)換器等要設(shè)計合適的接口電路 一 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 80C51 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上 [2]如果按功能劃分它由如下功能部件組成即微處理器數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器并行 IO 口串行口定時器計數(shù)器中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器它們 都是通過片內(nèi)單一總線連接而成其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式 1 微處理器 該單片機(jī)中有一個 8 位的微處理器與通用的微處理器基本相同同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分只是增加了面向控制的處理功能不僅可處理數(shù)據(jù)還可以進(jìn)行位變量的處理 2 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為 128個字節(jié)片外最多可外擴(kuò)至 64k字節(jié)用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量運(yùn)算的中間結(jié)果數(shù)據(jù)暫存和緩沖標(biāo)志位等所以稱為數(shù)據(jù)存儲器 3 程序存儲器 由于受集成度限制片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小如果片 內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié) 4 中斷系統(tǒng) 具有 5 個中斷源 2 級中斷優(yōu)先權(quán) 5 定時器計數(shù)器 片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器計數(shù)器 具有四種工作方式 6 串行口 1 個全雙工的串行口具有四種工作方式可用來進(jìn)行串行通訊擴(kuò)展并行 IO 口甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣 7 P1 口 P2 口 P3 口 P4 口 為 4 個并行 8 位 IO 口 7 特殊功能寄存器 共有 21 個用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行管理控制監(jiān)視實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器是一個具有特殊功能的 RAM 區(qū) 由上可見 80C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全功能強(qiáng)等特點特別值得一提的是該單片機(jī) CPU中的位處理器它實際上是一個完整的 1位微計算機(jī)這個一位微計算機(jī)有自己的 CPU 位寄存器 IO 口和指令集 1 位機(jī)在開關(guān)決策邏輯電路仿真過程控制方面非常有效而 8 位機(jī)在數(shù)據(jù)采集運(yùn)算處理方面有明顯的長處MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起二者相輔相承它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計的精美之處 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 80C51 是片內(nèi)有 ROMEPROM 的單片機(jī)因此這種芯片構(gòu)成 的最小系統(tǒng)簡單、可靠用 80C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可如圖 31 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示由于集成度的限制最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元 其應(yīng)用特點 有可供用戶使用的大量 IO 口線 內(nèi)部存儲器容量有限 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 圖 1 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 1 時鐘電路 80C51雖然有內(nèi)部振蕩電路但要形成時鐘必須外部附加電路 80C51單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路在 XTAL1XTAL2 引腳上 外接定時元件內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路振蕩晶體可在 12MHZ到 12MHZ之間選擇電容值無嚴(yán)格要求但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性大小振蕩電路起振速度 有少許影響 CX1CX2可在 20pF到 100pF之間取值但在 60pF到 70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性所以本設(shè)計中振蕩晶體選擇 6MHZ 電容選擇 65pF 在設(shè)計印刷電路板時晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝以減少寄生電容更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作為了提高溫度穩(wěn)定性應(yīng)采用 NPO 電容 2 復(fù) 位電路 80C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的復(fù)位引腳 RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲在每個機(jī)器周期的 S5P2 斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式 最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的只要 Vcc的上升時間不超過 1ms就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位時鐘頻率用6MHZ 時 C 取 22uFR 取 1KΩ 除了上電復(fù)位外有時還需要按鍵手動復(fù)位本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位按鍵手動復(fù)位 有電平方式和脈沖 方式兩種其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc接通而實現(xiàn)的按鍵手動復(fù)位電路見圖 32時鐘頻率選用 6MHZ時 C取 22uFRs取 200Ω RK 取 1KΩ 圖 2 80C51 復(fù)位電路 3 通用的晶振電路 單片機(jī)的晶振電路是一種典型電路分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種內(nèi)部時鐘方式的電路如圖 4 所示 圖 3 單片機(jī)的內(nèi)部晶振電路 內(nèi)部始終的晶振頻率一般都選擇在 4MHz～ 12MHz 之間外接兩個諧振電容該電容的典型值為 30PF 但是在實際應(yīng)用時需要根據(jù)實際起振情況選擇 如果單片機(jī)的時鐘必須使用某一個外接的時鐘信號就不要外接晶 振由于此時的外接晶振引腳上沒有晶振信號輸入內(nèi)部的時鐘電路將停振這種方式稱為外部時鐘方式圖 5 給出了兩種外部時鐘的電路可以根據(jù)不同的單片機(jī)型號選擇不同的電路 HMOS 型單片機(jī) CHMOS 型單片機(jī) 圖 4 單片機(jī)的外部晶振電路 三 顯示電路 本設(shè)計中用兩片 7位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器并具有雙重功能在一般情況下七段數(shù)碼 當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時顯示故障路燈的編號 本設(shè)計中采用新型芯片 EM78P458作為顯示