【正文】 P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/MSCK8RST9P3.0 RX10P3.1 TX11P3.2 I012P3.3 I113P3.4 T014P3.5 T115P3.6/WR16P3.7/RD17XT218XT119GND20VCC40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732VP/EA31AL/PR30/PSEN29P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021U1 AT89C51 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 元器件清單 C1 10UF C2 30P C3 30P D1 LED D2 LED D3 LED D4 LED D5 LED D6 LED D7 LED D8 LED D9 LED D10 LED D11 LED D12 LED K1 6*6 K2 6*6 LS1 蜂鳴器 R1 10k R2 560R R3 560R R4 560R R5 560R R6 560R R7 560R R8 560R R9 560R R10 560R 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 22 頁 R11 560R R12 560R R13 560R R14 560R R15 560R R16 560R R17 560R R18 560R R19 560R R20 560R R21 560R R22 560R R23 560R T1 12M U1 STC89C52RC U2 數(shù)碼管 U3 數(shù)碼管 V1 9012 V2 9012 C4 104 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 23 頁 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 硬件平臺結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。即交通燈東西綠燈亮 —— 東西黃燈閃 —— 東西紅燈亮（南北 紅燈亮 —— 南北 黃燈閃 —— 南北 綠燈亮） 交通燈原理圖設(shè)計與分析 從設(shè)計完成的任務(wù)與要求來看，顯示通行時間必須用二位數(shù)碼管，從節(jié)省硬件資源的角度考慮，可采用掃描的方式來處理，對于 7 段數(shù)碼管，占用 7個單片機的 I/O 口，另外設(shè)置 2 個電子開關(guān)對 2 位顯示進行配合，占用 2 個 I/O端口，十字路口共需 4 組紅綠燈，加上轉(zhuǎn)換黃燈，一共是 12 只燈，須用 12個端口進行控制，加上兩個方向的緊急通行按鈕，占 2 個 I/O 端口和 一個蜂鳴器端口，因此實際占用的單片機 I/O 口為 24 個，為此，我們可以選用 51 系列單片機中的 STC89C52RC 來作為中央處理器。 以上是目前常用路口交通信號燈的控制功能，為了演示效果，這里采用三種顏色的發(fā)光二級管來模擬交通信號燈。 具體要求如下： 交通燈控制電路，要求主車道和干道兩條交叉路上的車輛交替運行，每次通行時間都設(shè)為主道通行 25S，次道通行 20S。故 選擇第二種方案。 方案 二 ：采用獨立的穩(wěn)壓電源 ，采用開關(guān)電源作為整個系統(tǒng)的供電，它具有多路電源輸出， 此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源 。 方案 一 ：采用單片機控制模塊提供電源。 4. 電源模塊方案選擇 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 電源是整個系統(tǒng)的“心臟”，它是系統(tǒng)穩(wěn)定工 作的保障， 為使 各個 模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用 2 個按鍵，分別是 K K2。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來稍顯復(fù)雜。 模塊方案選擇 方案一：采用 8155 擴展 I/O 口及鍵盤，顯示等。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。 方案三：用七段 LED 數(shù)碼管完成倒計時顯示，用 LED 燈作為狀態(tài)燈指示功能。 方案二：完全采用點陣式 LED 顯示。 方案一： 完全采用數(shù)碼管顯示。 2. 顯示模塊選擇方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能。它是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品，在南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容，使用時容易掌握；采用 STC89C52RC 單片機穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣 泛、通用性強，系統(tǒng) 簡單，容易 編程。 方案二：采用 STC 公司 的單片機 STC89C52RC 作為控制器。 根據(jù)傳統(tǒng)十字路口交通燈的設(shè)計，可將本系統(tǒng)分為四個模塊，第一個模塊是控制模塊，主要負責整個系統(tǒng)工作的控制和運算，從而使各模塊正常工作；第二個模塊為顯示模塊，主要是對車輛和行人應(yīng)該遵守交通規(guī)則的指導(dǎo)性的直觀顯示，它主要包括倒計時顯示和紅、綠、黃燈兩大部分；第三個模塊是輸入模塊，它的主要作用是輔助控制模塊，相當于輸入裝置，利用它可以對交通燈各路口通行時間的設(shè)置以及出現(xiàn)緊急情況時，進行不同工作方式的切換設(shè)置；第四個模塊是電源模塊，它是整個系統(tǒng) 的“心臟”，負責給各模塊提供合適的電壓，讓各模塊能穩(wěn)定工作。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。整個系統(tǒng)主要有：南北紅燈、南北黃燈、南北綠燈、東西紅燈、東西黃燈、東西綠燈， 南北緊急按鈕和東西緊急按鈕 。現(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探討。 低功耗的閑置和掉電模式 6 個中斷源 32 條可編程 I/O 線 三級程序存儲器保密鎖定 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 8031 CPU 與 MCS51 兼容 P3 P3 口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準 雙向并行 I/O 口 )，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? P1 P1 口 (~)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口 (準雙向并行 I/O 口 )，其輸出可以推動 4 個 LSTTL 負載。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I／ O 口用。 P0 口每一個引腳可以推動 8 個 LSTTL 負載。 P0 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 P0 口 (~)是一個 8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號。 PSEN 此為 Program Store Enable的縮寫。如果是使用 AT89C51 或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針 PC 值超過片內(nèi)程序存儲器地址 (如 8051/8751/89C51 的 PC 超過 0FFFH)時， 將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。 EA/VPP 該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM 中 )來執(zhí)行程序。在非訪問外部存儲器期間， ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入。 ALE/PROG ALE 是英文 ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 XTAL2 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 GND 電源接地端。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 2— 4（ b）上電復(fù)位方式。 按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 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，其電路如圖 2—4（ a）所示。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的 輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 表一 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H （ 2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。除了進 入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 （ a）內(nèi)部方式時鐘電路 （ b）外部方式時鐘電路 圖 2— 2 時鐘電路 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機的初始化操作。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz 的方波信號。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 2— 2(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。 STC89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100000 次。它本身不具備開發(fā)能力，常常需要專門的南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 開發(fā)工具。因此，單片機是目前發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式計算機系統(tǒng)。單片機嵌入 到對象的環(huán)境、結(jié)構(gòu)體系中去作為其中一個智能化的控制單元，是最典型的嵌入式計算機系統(tǒng)。與系統(tǒng)級相比，板級嵌入式系統(tǒng)體積較小，可以滿足較小空間的嵌入式應(yīng)用環(huán)境。但由于體積龐大，適用于具有大空間的嵌入式應(yīng)用環(huán)境，如大型實驗裝置、船舶、分布式測控系統(tǒng)等。 系統(tǒng)級嵌入式系統(tǒng)為各種類型的工控機，包括進行機械加固和電氣加固的通用計算機系統(tǒng)，各種總線方式工作的工控機和模塊組成的工控機。由于被嵌入對象的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用環(huán)境等的要求，嵌入式計算機系統(tǒng)比通用的計算機系統(tǒng) 應(yīng)用設(shè)計更為復(fù)雜，涉及面也更為廣泛。 3．單片機和嵌入式系統(tǒng) 面向檢測控制對象，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中去的計算機系統(tǒng)稱之為嵌入式系統(tǒng)。目前，單片機的主流仍然是以 8 位機為主， 16 位、 32 位機為輔。單片機的發(fā)展直接利用了 MPU 的成果，也發(fā)展了 16 位、 32 位的機型。 單片機