【正文】 四 年了，仿佛就在昨天。 其次我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的自動化專業(yè)的全體老師還有同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在畢業(yè)論文結(jié)尾之際，借此機會，我向在我做畢業(yè)設計過程中給予我支持和幫助的老師和同學們表示衷心的感謝！ 首先要感謝我的指導老師 —— 劉林芝 老師。 34 致 謝 歲月如梭，光陰似箭。使我在單片機的 基本原理 、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計 的 思路技巧 ， 特別 是對匯編 語言的掌握方面能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下 了 良好的基礎(chǔ)。這是由于本身地理位置以及車 流量情況所定，如果有需要可以設計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)。 并通過“看門狗電路”來提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性，使控制器更加穩(wěn)定可靠。 32 開 始結(jié) 束P 3 . 1 = 1 ？P 1 . 7 = 1 ？P 2 . 4 = 0 ?南 北 路 口 紅 外 對 管 高 電 平 ？東 西 路 口 紅 外 對 管 高 電 平 ？南 北 路 口 紅 外 對 管 高 電 平 ？東 西 路 口 紅 外 對 管 高 電 平 ？P 2 . 5 = 0 ?倒 計 時 完 畢 ？倒 計 時 完 畢 ？設 定 紅 燈 時 間 初 值 顯 示 初 值初 始 化設 定 綠 燈 時 間 初 值顯 示 初 值啟 動 T 0 定 時 器東 西 方 向 紅 燈 倒 計 時 ， 南 北 方 向 綠 燈 倒 計 時報 警 3 s檢 測 車 流 量顯 示 車 流 量黃 燈 閃 爍 5 s東 西 方 向 綠 燈 倒 計 時 ， 南 北 方 向 紅 燈 倒 計 時報 警 3 s檢 測 車 流 量顯 示 車 流 量黃 燈 閃 爍 5 sYNYNYNYNNYYNYNYNNYYN 圖 交通燈控制器主程序流程圖 33 結(jié) 論 本設計以 MSC51 系列單片機為核心， 充分利用了 AT89C51 和 8255A 芯片的 I/O 引腳， 以 LED 數(shù)碼管作為倒計時指示，該設計很好地完成了 設計 的各項要求，主要體現(xiàn)如下： 主干道和次干道可以分開設置時間功能，使控制更加靈活 ； 以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實現(xiàn)，該設計在確保功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了控制系統(tǒng)操作方便、 可靠性 高、穩(wěn)定性好等要求。本系統(tǒng)的報警子程序流程圖如圖 所示。本系統(tǒng)的檢測車流量與顯示子程序流程圖如圖 所示。 開 始結(jié) 束賦 5 s 初 值調(diào) 時 間 顯 示 子 程 序東 西 、 南 北 方 向 黃 燈 亮黃 燈 是 否 亮 0 . 5 s ？東 西 、 南 北 方 向 黃 燈 滅黃 燈 是 否 滅 0 . 5 s ？持 續(xù) 5 s ？NYNYYN 圖 黃燈閃爍 5s 子程序流程圖 30 檢測車流量與顯示子程序 本子程序中，首先要對斷點進行保護，以防止顯示車流量時改變原綠燈初始值。利用 T0 定時器中斷，每中斷一次是 50ms，并使 R4 中的數(shù)值加 1，則當 R4=10 時，正好是 ，再利用循環(huán)指令，判斷 R4 是否等于 10，若等于則跳出循環(huán)；否則反復循環(huán)，使黃燈持續(xù)亮或滅 ，即達到閃爍效果。該系統(tǒng)的時間顯示子程序流程圖如圖 所示。不能太 小，因而發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太小，發(fā)光太弱人眼無法看清。在動態(tài)顯示方式中，同一時刻，只有一位 LED 數(shù)碼管在顯示，其他各位是關(guān)閉的。對每位數(shù)碼管來說，每隔一段時間點亮一次，如此循環(huán)。 開 始結(jié) 束1 m s 延 時 預 定 值是 否 夠 1 m s ?延 時NY 圖 1ms 延時子程序流程圖 28 時間顯示子程序 本設計采用動態(tài)顯示方式。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 1ms 的時間，但同時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。本設計中的東西、南北路口紅外檢測中斷子程序流程圖如圖 所示。 在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機 CPU首先保護斷點，PC 值進棧，然后執(zhí)行相應的中斷服務子程序，執(zhí)行完后，用 RETI 指令返回，此時 CPU會從堆棧中取保存的斷點地址，送回 PC，程序再正常執(zhí)行。以 IT0 為例， IT0=0，為電平觸發(fā)方式， IT0=1，為負邊沿觸發(fā)方式，本設計采用邊沿觸發(fā)方式， IE0 為其中斷標志位，有中斷信號則置位，中斷服務子程序響應后， IE0 自動清零。跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 NEXT: RET1 END 本設計中的 T0 中斷子程序流程圖如圖 所示。 DJNZ R0,NEXT MOV R0,＃ 14H 。循環(huán)等待中斷 2） T0 中斷服務子程序： ORG 000BH AJMP BRTO ORG 0300H BRTO: MOV TH0,3CH 。啟動 T0 計數(shù)器 MOV RO,14H 。 MOV IE,82H 。令 T0 為定時器方式 1 MOV TH0,3CH 。 1）主程序： 定時器需定時 50 毫秒，故 T0 工作于方式 1。 （ 2） 1 秒的方法 我們采用在主程序中設定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器和使 T0 定時 50 毫 25 秒．這樣每當 T0 到 50 毫秒時 CPU 就響應它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務子程序。這就是為什么掃描周期為 50ms 的原因， 若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。就此可以算出各種方式的最大延時。計算通式變?yōu)椋? ? ?T M TC T?? 計 數(shù) （ ） 模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。因此， 我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設定為 C，把計數(shù)初值設定為 TC 可得到如下計算通式 [14]： TC M C?? （ ） 式中： M 為計數(shù)器模值。 （ 1）定時器工作原理 定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值，這個初值是送到 TH 和 TL 中的。其中 T0 定時又有兩種方法：中斷和查詢。 1秒的設定和 T0定時器 延時方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)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。如圖 所示。低電平有效，當按鍵按下端口接地，單片機捕獲到低電平，從而知道相應的輸入信息。 圖 報警電路 （ 2）按鍵控制電路 本設計設置了 2 個獨立式按鍵： S11 鍵， S12 鍵。 報警電路和按鍵控制電路 （ 1）報警電路 本設計采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 NPN 三極管進行驅(qū)動控制，當連接到單片機上的引腳輸出為低電平， 74LS04 輸出為高電平， NPN 導通，蜂鳴器蜂鳴； 23 當連接到單片機上的引腳輸出高電平時， 74LS04 輸出為低電平 ， NPN 截止，蜂鳴器停止蜂鳴。 在用于顯示發(fā)光二極管時，直接由 MOV 指令將十六進制碼送入 P0 口。 共有 3 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（ EEH）；東西黃燈亮，南北黃燈亮（ DBH）；東西綠燈亮，南 北紅燈亮（ F5H）。 圖 信號燈的連接 在本設計中，實際控制的燈只有 6 個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。每個方向上設置紅綠黃燈，總共 4 組。由紅外線接收管（ VDL）將接收到的紅外反射信號變?yōu)殡娒}沖后，通過 C R23加至電壓放大器的輸人端，進行脈沖幅度的放大，然后輸入到單片機的 I/O 接口上。 圖 74LS04 引腳 紅外線接收放大電路由紅外線接收管和非門電路 74LS04 組成的電壓放大器組成，如圖 所示。 表 74HC240 真值表 輸入 (1G , 2G =0 時 ) 輸出 (Y) A B 1Y 2Y 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 21 74HC240 引腳如圖 所示。當片選信號為低電平時，輸入和對應的輸出反相；當片選信號為高電平時，其對應的輸出截止，為高阻態(tài)。 表 74LS244 真值表 輸入 (1G , 2G =0 時 ) 輸出 (Y) A B 1Y 2Y 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 74LS244 引腳如圖 所示。 當片選信號為低電平時，輸入和對應 的輸出同相；當片選信號為高電平時，其對應的輸出截止，為高阻態(tài)。地址鎖存器就是一個暫存器，它根據(jù)控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。 本設計采用 74LS244 作為同相驅(qū)動芯片，驅(qū)動交通信號燈和段選碼；采用74HC240 作為反相驅(qū)動芯片，驅(qū)動數(shù)碼管位選碼；采用 74LS04 作為反相驅(qū)動芯 20 片和放大芯片，驅(qū)動蜂鳴器報警。 圖 紅外對管檢測電路 驅(qū)動和放大電路 為了提高數(shù)碼管的亮度，和使單片機正常工 作，以使蜂鳴器正常報警，常使用驅(qū)動電路。其中 口接東西路口紅外對管，用來檢測東西方向車輛情況； 口接南北路口紅外對管，用來檢測南北方向車輛情況。 本設計中的紅外對管 檢測電路如圖 所示。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約 100mW。一般有透明、黑色和深藍色等 三種。 發(fā)射信號經(jīng)頻率調(diào)制后一般接收距離可超過 10 米，無干擾時可超過 30米。 紅外對管檢測電路由紅外發(fā)射電路和 紅外接收管 電路組成。 紅外對管檢測電路 車輛檢測 傳感器 的類型主要有壓力檢測器、磁感應式檢測器、超聲波檢測器、紅外對管 檢測器、雷達檢測器等 。 MAX692 的 WDI 定時周期是 ，復位脈沖寬度是 200ms。 MAX692 在本設計中的使用： WDI 是看門狗監(jiān)測輸入腳，接到 CPU 的一個專用 I/O 口或一個總線上，這里接到 口上。 RESET ：復位輸出引腳，低電平有效。 PFO ：電池故障輸出。 GND：接地。 圖 MAX692 引腳 18 VOUT：電源輸出引腳。 MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。目前常用的集成看門狗電路很多，如 MAX705~70 MAX813L、X5043/5045 等 [20]。而當程序運行異常 時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機的 RESET 引腳使單片機復位。 硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內(nèi)的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當定時時間到時，發(fā)出溢出脈沖。在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設計一般采用硬件和軟件兩種方式。 在一個單片機應用系統(tǒng)中，所謂的“看門狗”是指在系統(tǒng)設計中通過軟件或硬件方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機或其它 CPU的運行情況。 看門狗硬件電路 由于單片機自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機因為受外界干擾而導致死機的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。如圖 所示。四個方位上總共用 8個 LED 數(shù)碼管接在單片機的 I/O 擴展口 8255 上。采用共陰極連接驅(qū)動代碼，代碼見表。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8+ 5V共陽極共陰極aabbccddeeffgghh 圖 八段 LED 顯示器 LED 燈的顯示原理：通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形。本設計中采用這種結(jié)構(gòu)。 LED 數(shù)碼管顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。 單片機應用系統(tǒng)常采用 八 段 LED 數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點 [16]。LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。 OC為輸出允許端：當 OC =0 時，三態(tài)門打開；當 OC =1 時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 1Q8Q 為 8 個輸出端。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D鎖存器，本設計應用 74LS373 作為 89C51 的P0 口地址鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示。 （ 3） 8255A 與 AT89C51 的連接： 用 AT89C51 的 P0口的 連接 8255 的片選信號 CS 我們用 89C51 的地址采