【正文】 法基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用單片機(jī)原理、微機(jī)原理、微機(jī)接口技術(shù)等課程方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)采用 8051 單片機(jī)控制的交通燈控制電路。 圖 11 系統(tǒng)的原理框圖 根據(jù)系統(tǒng)的原理框圖，分別分析各部分電路的元器件的功能以及選擇合適的元件。 交通燈在安全行車(chē)過(guò)程中起著十分重要的作用，現(xiàn)在交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈， 加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)， 對(duì)于一般情況下的安全行車(chē)、車(chē)輛分流發(fā)揮著作用， 但根據(jù)實(shí)際行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的情況， 如何全面有效地利用交通燈指示交通情況，我們嘗試用單片機(jī)來(lái)控制交通燈，在軟、硬件方面采取一些改進(jìn)措施 ,，使交通燈在控制中靈活而有效。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)硬件的芯片，在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難直接和被控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。按照題目的設(shè)計(jì)要求，本課題需要使用 LED 數(shù)碼管顯示和擴(kuò)展鍵盤(pán)。 4 2. 系統(tǒng)所用芯片簡(jiǎn)介 MCS51單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 圖 21 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MCS51 的引腳說(shuō)明 CHMOS 制造工藝的 8051，除采用 40 腳雙列直插式封裝外，還采用方形的封裝方 式。 圖 22 8051引腳示意圖 (1)P0 口 (32— 39) 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口。在對(duì) 片內(nèi) EPROM 編程時(shí)， P0口接收指令代碼；而在內(nèi)部程序驗(yàn)證時(shí)，則輸出指令代碼，并要求外接上拉電阻。 (2)P1 口 (1— 8) 8 位具有內(nèi)部上拉電阻的難雙向 I/O 口。 P1 口能驅(qū)動(dòng) 3 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 (T2Ex)為定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 2 的捕捉和重新裝入觸發(fā)脈沖輸入端。在外接存儲(chǔ)器時(shí)， P2口作為高 8 位地址總線。 P2u能驅(qū)動(dòng) 3個(gè) LSTTL 負(fù)載。特殊功能 (或稱第二變異功能 )。 P3． 1(TXD)：串行輸出端口。 P3． 3(1NTl)：外部中斷 1 輸入端。 P3． 5(T1)：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 1AL 部輸入端。 P3． 7(RD)：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài)。此外， RESET/Vpd還是一復(fù)用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 7 (a)上電自動(dòng)復(fù)位 (b)手動(dòng)復(fù)位電路 (c)內(nèi)部時(shí)鐘方式 (d)外部時(shí)鐘方式 圖 23復(fù)位電路 圖 24 時(shí)鐘方式 而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。 如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部 時(shí)鐘脈沖 信號(hào)。 8 8255A 并行接口芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 25所示，由三部分電路組成：與 CPU 的接口電路、內(nèi)部控制邏輯電路和與外設(shè)連接的輸入 /輸出接 口電路。數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個(gè)三態(tài)、雙向、 8位寄存器， 8條數(shù)據(jù)線 D0～ D7與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接，構(gòu)成 CPU 與 8255A 之間信息傳送的通道， CPU通過(guò)執(zhí)行輸出指令向 8255A 寫(xiě)入控制命令或往外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，通過(guò)執(zhí)行輸入指令讀取外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)。 （ 2）內(nèi)部控制邏輯電路 內(nèi)部控制邏輯包括 A 組控制與 B組控制兩部分。 B組控制寄存器用來(lái)控制 B口 PB7～ PB0和 C口的低 4位 PC3～PC0。 （ 3）輸入 /輸出接口電路 9 8255A 片內(nèi)有 A, B, C 3個(gè) 8位并行端口， A口和 B 口分別有 1個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖器和 1個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器， C口有 1個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸出鎖存 /緩沖器和 1個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，用于存放 CPU 與外部設(shè)備交換的數(shù)據(jù)。 8255A 的端口分配及讀 /寫(xiě)功能見(jiàn)表 21。 應(yīng)使 0E 為低電平，此時(shí)鎖存使能端 C為高電平時(shí)，輸出 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D1~D7 狀態(tài)相同；當(dāng) C 發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入 Q0~Q7。在 MCS51單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用 74LS373 作為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。輸出允許端 E接地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。當(dāng) 0E 為高電平時(shí)， Q0～ Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng) LE 為低電平時(shí)， D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。其真值表如表 22所示。 圖 31 交通燈硬件線路圖 系統(tǒng)工作原理 （ 1） 開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)輸入交通燈初始時(shí)間，通過(guò) 8051 單片機(jī) P1 輸入到系統(tǒng)。 （ 3） 8051 通過(guò)設(shè)置各個(gè)信號(hào)等的燃亮 時(shí)間 ,綠、紅時(shí)間分別為 60秒、 80 秒循環(huán)由 8255A的 P0 口向 8255A 的數(shù)據(jù)口輸出。 （ 5） 紅燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)時(shí)間結(jié)束時(shí) ,黃燈閃爍 5s后結(jié)束。 13 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定 1 秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。 軟件延時(shí) MCS51 的工作頻 率為 212MHZ，我們選用的 8051 單片機(jī)的工作頻率為 6MHZ。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(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定 1 秒的時(shí)間。延時(shí) 1 秒子程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1: MOV R6,0 。字節(jié)數(shù)數(shù)為 2,機(jī)器周期數(shù)為 1 所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為 2us， DELAY1 為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間 =65536*2=131072us 約為 125ms。 14 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示 8255A 并行口的擴(kuò)展 8051 雖然有 4 個(gè) 8 位 I/O 端口 ,但真正能提供借用的只有 P1口 ,因?yàn)?P2和 P0 口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù) ,P3 口也有它的第二功能。 擴(kuò)展的方法有兩種：（ 1）借用外部 RAM 地址來(lái)擴(kuò)展 I/O 端口；（ 2）采用 I/O 接口新片來(lái)擴(kuò)充。 顯示原理 當(dāng)定時(shí) 器定時(shí)為 1 秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)光。 常見(jiàn)的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管 ,如圖41 所示。根據(jù)管腳資料，您可以判斷使用的是何總接口類型 LED 數(shù)碼管引腳圖 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有 1～ 2 mA，最大極限電流也只有 10～ 30 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL高電平 ( V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器。 表 41 驅(qū)動(dòng)代碼表 顯示數(shù)值 dop g f e d c b a 驅(qū)動(dòng)代碼（ 16進(jìn)制） 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 0 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 0 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 16 程序設(shè)計(jì) 流程 圖 軟件流程圖圖如圖 42 所示。 主程序的入口地址 LJMP MAIN 。 外部中斷 0的中斷程序入口地址 ORG 000BH 。跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處 ORG 0013H 。CPU 開(kāi)中斷，允許 T0 中斷， T1 中斷和外部中斷 1 中斷 MOV TMOD,51H 。T1 計(jì)數(shù)器清零 MOV TL1,00H SETB TR1 。允許 INT1 中斷 SETB IT1 。給 8255A 賦初值， 8255A 工作于方式 0 MOVX DPTR, A AGAIN: JB ,N0 。判斷 是否為 1，若為 1 則設(shè)定紅燈時(shí)間，否則設(shè)定綠燈時(shí)間 MOV R0,00H 。存入東西方向綠燈初始時(shí)間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN RED: MOV A,P1 ANL A,7FH 。 R7 清零 MOV R7,A 。啟動(dòng) T0 計(jì)時(shí)器 MOV 76H,R7 。東西方向禁止，南北方向通行 18 MOV R3,A MOV DPTR,0000H 。比較 R3 中的值是否為 0，不為 0轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令處執(zhí)行 N1: SETB MOV R3,05H MOV DPTR,0000H 。黃燈持續(xù)亮 秒 N13: MOV DPTR,0000H 。黃燈持續(xù)滅 秒 CJNE R3,00H,N1 。東西通行，南北禁止 MOV R3,A。置 8255A 口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 MOV A,0EBH MOVX DPTR,A N21: JB ,T03 N22: CJNE R3,00H,N21 N3: MOV R3,05H MOV DPTR,0000H 。黃燈持續(xù)亮 秒 N32: MOV DPTR,0000H 。黃燈持續(xù)滅 秒 CJNE R3,00H,N3 。給定時(shí)器 T0 送定時(shí) 10ms 的初值 MOV TH0,0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,0FAH,T01 。R5 清零 DEC R3。調(diào)用顯示子程序 RETI 。R3 中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H 。顯示個(gè)位 MOV DPTR,TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,0001H MOV A,0FBH MOVX DPTR,A RET T03: MOV A,R3 SUBB A,00H JZ N3 JB ,T03 INC R7 CJNE R7,64H,E1 MOV R7,00H 。 T02: MOV B,0AH MOV A,R7