【正文】 1時(shí)，就要使 b劃與 c 劃點(diǎn)亮，在電路上我們會(huì)把共同點(diǎn)接到正電源端（ +5V），標(biāo)示 b 與 c 的地方經(jīng)過限流電阻到地，就可桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 18 頁 共 46 頁 18 以顯示數(shù)字 1。七段顯示器可以顯示包括小數(shù)點(diǎn)的 0 到 9 數(shù)字與部分的英文字母。 圖 9 LED 的管腳和電路原理 通常的七段顯示器（也有人稱為七節(jié)顯 示屏）是由八個(gè)發(fā)光二極管所組成的，因此也被叫做八段顯示器。如圖中 (b)所示。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光級(jí)管陰極共地。 1． LED 顯示器結(jié) 構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機(jī)系統(tǒng)連接；數(shù)碼管的體積小，重量輕，并且共好低，是一種理想的顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容的期間，在單片機(jī)系統(tǒng)中有著重要的作用。近年來也開始配置簡(jiǎn)易形式的 CRT接口，可以較方使池進(jìn)行圖形顯示。 LED 顯示及顯示接口 單片機(jī)應(yīng) 用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED(發(fā)光二極管顯示器 )和 LCD(液晶顯示器 )。在小電流發(fā)光二極管中，極限電流一般小于 5MA。 ● 極限參數(shù) 發(fā)光二極管的極限參數(shù)關(guān)系到發(fā)光二極管的安全使用，在使用過程中若超過極限參數(shù)，發(fā)光二極管將會(huì)損壞。 ● 光參數(shù) 發(fā)光二極管的光參數(shù)主要有發(fā)光峰值波長(zhǎng)、半峰寬度和發(fā)光強(qiáng)度。 ④ 結(jié)電容 Co。 ③ 反向漏電流 Ir。 ② 發(fā)向耐壓 Vr。 ① 正向電壓 Vf。 發(fā)光二極管的參數(shù)分成三大類：一是電參數(shù)；二是光參數(shù)；三是極限參數(shù)。 圖 8 信號(hào)燈控制和時(shí)間顯示電路 一般二極管的點(diǎn)亮電流為 5mA 至 10mA，在 5V 驅(qū)動(dòng)時(shí)，廠家多采用 470 歐的限流電阻，在電路中采用了 1K的電阻，電流也就 3～ 5mA。單片機(jī)系統(tǒng)中往往是數(shù)字信號(hào)，不是 5V 就是 0V，所以只要將二極管的正負(fù)極和電源對(duì)應(yīng)上就可 以了。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流。這里，給出了一種根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的上電復(fù)位電路，如圖 7所示。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對(duì)電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作?；镜膹?fù)位電路的原理圖如圖 6所示。 復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)可以有很多種方法，但是從功能上一般分為兩種： 一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電 路在系統(tǒng)通上電源之后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制；另一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)的復(fù)位。按上面所說， 時(shí)間不少于 5ms。 復(fù)位引腳 RST/Vpd 通過片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器（抑制噪聲作用）與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 有復(fù)位電路采樣依次。任何單片機(jī)在工作之前都要 有個(gè)復(fù)位的過程，復(fù)位對(duì)單片機(jī)來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14 頁 共 46 頁 14 HMOS 型 單片機(jī) CHMOS 型單片機(jī) 圖 5 單片機(jī)的外部晶振電路 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。這種方式稱為外部時(shí)鐘方式。 如果單片機(jī)的時(shí)鐘必須 使用某一個(gè)外接的時(shí)鐘信號(hào)，就不要外接晶振。 圖 4 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(gè)諧振電容。 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(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種 。 一般的，由于 晶體振蕩器的體積較大，價(jià)格較貴，在實(shí)際使用中，還可以選擇晶體諧振器，也就是常說的立式晶振。 晶振的選擇 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁 共 46 頁 13 晶振一般分為晶體振蕩器和晶體諧振器 。 機(jī)器周期不僅對(duì)于指令執(zhí)行有著重要的意義，而且機(jī)器周期也是單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的時(shí)間基準(zhǔn)。而 DJNZ 指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要 2us。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時(shí)間。 MCS51 單片機(jī)的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個(gè)機(jī)器周期就行了，有一些完成得比較慢，得要 2 個(gè)機(jī)器周期，還有兩條指令要 4 個(gè)機(jī)器周期才行。一個(gè)機(jī)器周期包括 12個(gè)時(shí)鐘周期。 單片機(jī)工作時(shí)，是一條一條地從 ROM 中取指令 ，然后一步一步地執(zhí)行。 51 系列的單片機(jī)已經(jīng)面世十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中，這就說明是它有廣闊的應(yīng)用前景。例如，控制電冰箱溫度的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片 51 就可以輕松實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)本身一般用 40 腳封裝，當(dāng)然功能多一些的單片機(jī)也有引腳比 較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多個(gè)或 20 多個(gè)引腳，有的甚至只有 8只引腳。這是因?yàn)檫@類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。 那么單片機(jī)是不是解決上述應(yīng)用的惟一選擇呢？當(dāng)然不是！目前，在自動(dòng)控制中，一般有 3種選擇，分別是嵌入式微機(jī)、 DSP 和單片機(jī)，他們的性能比較如表 22所示。 ● 通信：通過 RS232 串行通信或者是 USB 通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)。 ● 機(jī)電控制：用單片機(jī)控制機(jī)電產(chǎn)品做定時(shí)或定向的動(dòng)作。其主要的用途可以分為以下方面 。而輸入 /輸出部分則通過單片機(jī)的 I/O 口實(shí)現(xiàn)。此外，常用的外圍器件還有 A/D、 D/A、 74LS07 門電路以及特定功能的傳感器等。 ⑷外圍功能器件：?jiǎn)纹瑱C(jī)只是控制器件，對(duì)應(yīng)與一定的設(shè)計(jì)要求，需要加入特定功能的器件。 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 46 頁 11 圖 4 單片機(jī)系統(tǒng)的基本組成 ⑶輸出顯示：是 指單片機(jī)將需要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送到 LED、液晶等顯示模塊，并控制LED 等顯示模塊按照一定的格式顯示的功能。 ⑵輸入 控制：是指在一定要求下，采取 何種形式的控制方式來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)不同功能的轉(zhuǎn)換，以及控制指令以何種方式傳送到單片機(jī)。 除了上文中介紹過的單片機(jī)外，單片機(jī)系統(tǒng)中的其他 4 個(gè)部分的主要作用和器件如下。 什么是單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 4所示。 —— XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 —— /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 —— RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由 于外部下拉為低電平， P3 口將 輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 —— P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 —— P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行 校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 —— GND：接地。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 3 89C51 單片機(jī)及其引腳 1． AT89C51 單片機(jī)性能介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。有一些單片機(jī)中除了上述基本的功能，還集成了其他部分功能，如 A/D、 D/A 等。在 PC機(jī)上這些部分被分成若干塊芯片，安裝在主板上。 為了方便理解，我們可以將單片機(jī)和 PC 機(jī)進(jìn)行一個(gè)比較。程序、數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)信息需要通過輸入設(shè)備送到單片機(jī)，計(jì)算結(jié)果需要通過輸出設(shè)備輸出到外設(shè)。 ROM 中的內(nèi)容只能用編程器專用設(shè)備寫入。 存儲(chǔ)器按工作方式 可以分為兩大類：隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 和只讀存儲(chǔ)器 ROM。 器件和原理 單片機(jī) 是將中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM 或 EPROM）、定 時(shí) 器 芯 片 和 一 些 輸 入 / 輸 出 接 口 電 路 集 成 在 一 個(gè) 芯 片 上 的 微 控 制 器（ Microcontroller）。緊急車請(qǐng)求通過的信號(hào)由人工控制 , 以中斷方式輸入單片機(jī) , 無緊急車通過時(shí) , 中斷引腳 INT0 通過電阻和電源正極連接為高電平 , 不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求 , 單片機(jī)執(zhí)行主程序 , 有緊急車通過時(shí) , 中斷引腳采用人工方法接地為低電平 , 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求 , 單片機(jī)執(zhí)行中斷服務(wù)程序 , 讓緊急車通過 , 緊急車通過后 , 中斷引腳變?yōu)楦唠娖?, 返回主程序。假定急救車通過 時(shí)間為 10s，急救車通過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。先計(jì)算出程序單部執(zhí)行的時(shí)間，設(shè)置 循環(huán) 參數(shù)，利用 if 語句按設(shè)計(jì)要求完成定時(shí)控制。對(duì)于精確定時(shí)，應(yīng)該用計(jì)數(shù)器 加以控制，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度增加。可以通過軟件中斷來完成緊急任務(wù)，定義 T0 為 計(jì)數(shù) 中斷并為下降 沿觸發(fā)，編寫對(duì)應(yīng)中斷向量子程序和中斷服務(wù)程序，完成中斷處理。 設(shè)計(jì)要求 首先 ,要了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律 . 假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向 . 初始狀態(tài) 0東西方向 綠燈通車 ,南北方向 紅燈 ,延時(shí) 30 s. 轉(zhuǎn)狀態(tài) 1 ,東西方向黃燈亮，南北方向紅燈 按 1HZ的頻率 閃爍 ,延時(shí) 5s . 再轉(zhuǎn)狀態(tài) 2 ,東西 方向紅 燈 亮 ,南北 方向綠 燈 通車 ,延時(shí)20 s. 轉(zhuǎn)狀態(tài) 3 ,東西 方向紅燈 按 1HZ的頻率 閃爍，南北方向黃燈亮 ,延時(shí) 5 s . 最后循環(huán)至狀態(tài) 0. 這里的延時(shí)采用定時(shí)器 0延時(shí) . 其次 ,當(dāng)有緊急救護(hù)車出現(xiàn)時(shí) ,應(yīng)使東西南北四個(gè)方向全亮紅燈 ,并延時(shí) 10 s , 以便急救車通過 ,同時(shí)對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí) ,從 P1口 及 P3口 輸出在發(fā)光二極管 ,使用 8051 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 46 頁 6 定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 0作為定時(shí)器實(shí)現(xiàn)子程序延時(shí) .技術(shù)上可用外部中斷 0發(fā)出一單脈沖向CPU申請(qǐng)中斷 . 再次 ,一般交通信號(hào)燈控制程序中使用軟件延時(shí) ,軟件延時(shí)是靠執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序以進(jìn)行時(shí)間延遲 . 軟件定時(shí)的特點(diǎn)是時(shí)間精確 ,且不需外加硬件電路 . 但軟件定時(shí)要占用 CPU ,增加 CPU 開銷 ,因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜太長(zhǎng) .本程序使用定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 0來定時(shí) ,定時(shí)電路已經(jīng)集成在芯片中 ,這種由硬件電路完成 ,不占 CPU 時(shí)間 . 它通過對(duì)系統(tǒng) 時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn) ,即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 ,也就是每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1. 計(jì)數(shù)值通過程序設(shè)定 ,改變計(jì)數(shù)值 ,也就改變了定時(shí)時(shí)間 ,使用起來既靈活又方便 . 設(shè)計(jì) 方法 ⑴ 選用 MCS51 單片機(jī)來 實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通信號(hào)燈控制器的外部輸出信號(hào)為主、副車道紅、黃、綠燈共 12 個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；編程使相應(yīng)位復(fù) /置位來實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的亮/滅控制，使得十字路口的紅、綠燈交替點(diǎn)亮；在燈色交換時(shí)，黃燈閃爍提醒。 交通信號(hào)燈的工作原理：如圖 1示， 當(dāng) A、 B 組紅燈亮綠燈滅；則 C、 D組綠燈亮紅燈滅。該系統(tǒng)的屏幕時(shí)間顯示用倒計(jì)時(shí) 方式表示紅綠燈的 切換時(shí)間，時(shí)間顯示器的作用是協(xié)助紅綠燈工作，跟隨紅、綠燈反復(fù)地進(jìn)行切換。當(dāng)然在叉口設(shè)置合理的紅綠燈后，也可大大減少交通管理部門的人力、物力。本人根據(jù)桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 46 頁 4 單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)