【正文】 ，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個(gè)指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈的設(shè)計(jì)時(shí)間為40秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為20秒。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有闖紅燈的情況時(shí)還能發(fā)出報(bào)警。方案1設(shè)計(jì)思想：采用分模塊設(shè)計(jì)的思想，程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本思想是一個(gè)計(jì)數(shù)器 ， 選擇一個(gè)單片機(jī)，其內(nèi)部為一個(gè)計(jì)數(shù)，是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，模塊化后，通過設(shè)置或程序清除來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個(gè)模塊的計(jì)數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預(yù)置數(shù)和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)共同來實(shí)現(xiàn)的，所以要考慮增加一個(gè)置數(shù)模塊，其主要功能細(xì)分為，對(duì)不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個(gè)狀態(tài)的預(yù)置數(shù)， 如圖中A道和B道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個(gè)狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表11表11 置數(shù)表狀態(tài)主干道預(yù)置數(shù)次干道預(yù)置數(shù)004020012020（左轉(zhuǎn)）1020401120（左轉(zhuǎn)）20由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計(jì)該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，由主控制器計(jì)時(shí)和中斷產(chǎn)生的四個(gè)狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預(yù)置數(shù)，由上分析可用一個(gè)計(jì)數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。還有一個(gè)必須考慮到的就是，預(yù)置數(shù)必須在下一個(gè)狀態(tài)來之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計(jì)數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，所以，系統(tǒng)中的兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，在上一狀態(tài)結(jié)束時(shí)設(shè)置預(yù)置數(shù)，而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。（2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用74190 芯片倒計(jì)時(shí)控制，每個(gè)方向用兩片相連實(shí)現(xiàn)，另外用74153芯片，因?yàn)榉治鲋性O(shè)置的時(shí)間末位均為5，所以只要用一片74153 對(duì)高位置位，將低位的初值預(yù)置鎖定為5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。注意：本實(shí)驗(yàn)中若采用更復(fù)雜的四片74190控制主干道的兩組燈，再用八片74153分別對(duì)74190置數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。方案比較：方案1（以下稱1）用了模塊設(shè)計(jì)，而方案2（以下稱2）采用的是一般設(shè)計(jì)，相比之下1有較強(qiáng)的可讀性和較強(qiáng)的可修改性，而2則在設(shè)計(jì)上顯得較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)純樸，便于測(cè)試，它的優(yōu)勢(shì)則在于提供了一條較為便捷的解決方案。我們從中可以得出的是，我們最終的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計(jì)。 第2章 單片機(jī)概述 AT89c51芯片ATMEL 89系列單片機(jī)是以8031為結(jié)構(gòu)的，所以，它和8051系列單片機(jī)是兼容的系列。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保持一些數(shù)據(jù)信息，即使外界損壞也不影響到信息的保持。（1）靜態(tài)時(shí)鐘方式89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，所以可以節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。而89系列單片機(jī)內(nèi)部采用了FLASH存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程后可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。而且隨用戶的需要和發(fā)展，還可以進(jìn)行修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。（1）8031CPU（2）振蕩電路（3）總線控制部件（4）重點(diǎn)控制部件（5）片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器（6）片內(nèi)RAM（7）并行I/O接口（8）定時(shí)器（9）串行I/O接口 ATMEL89系列單片機(jī)的分類ATMEL89系列單片機(jī)可分成標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)、低檔型號(hào)和高檔型號(hào)三類。高檔型的有AT89S8252，這是一種可下載FLASH單片機(jī)，它和IBM微機(jī)通信進(jìn)地程序是十分方便的。當(dāng)CPU控制系統(tǒng)與外部設(shè)備交換信息時(shí)，都是通過端口鎖存器進(jìn)行的。接通鎖存器時(shí)，P0口作為雙向I/O使用，如P0口的鎖存器的值為1，使輸出驅(qū)動(dòng)器中的場(chǎng)效應(yīng)管截止，引腳空，此時(shí)端口可作高阻輸入。P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，由“控制”線控制將電子開關(guān)接通至“地址/數(shù)據(jù)”端，分別輸出擴(kuò)展外存的低8位地址A0 ~ A7和數(shù)據(jù)D0 ~ D7。在AT89C51和AT89C52中，I/O端口復(fù)位值均為1。在每一個(gè)時(shí)鐘周期的S1P1，鎖存器的值由輸出緩沖器采樣并保存至下一個(gè)機(jī)器周期的S1P1才到引腳。在PPP3端口內(nèi)，都接有內(nèi)部上拉電阻，此上拉電阻分為固定部分和附加部分，當(dāng)端口的狀態(tài)要從0變?yōu)?時(shí)，在發(fā)生變化的哪個(gè)機(jī)器周期的S1P1和S1P2接通附加的拉高電路以增加變化的速度，否則這個(gè)狀態(tài)的變化將十分緩慢。讀端口及接口操作：P1 ~ P3口的輸出緩沖器每個(gè)都能取代4個(gè)LSTTL輸入。在外部總線方式下，P0口的輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入，但P0口用作輸入輸出口時(shí)需外接上拉電路驅(qū)動(dòng)輸入。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。 引腳描述 圖22 是AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖： 圖22 8051引腳圖AT89C51有40 條引腳，分為端口線、電源線和控制線三類（4*8=32條）8051有四個(gè)并行I/O端口，每個(gè)端口有8條口線，用于傳送數(shù)據(jù)和地址。這8條引腳口有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的功能。這時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲(chǔ)器，~ ，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。（3）~ ：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用I/O口使用。（4）~ ：這組引腳的第一功能和其余端口的第一功能相同。表21 P3口第二功能（2條） VCC為+5V電源線，VSS為接地線。定時(shí)反饋電路一般為石英晶振和電容組成的并聯(lián)回路。如果振蕩器已起振，則在XTAL2引腳上輸出3V左右的正弦波。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，89C51自動(dòng)在ALE/PROG線上輸出頻率為F0SC/6的脈沖。若EA=1，則允許使用ROM；若EA=0，則允許使用片外ROM。其他情況下，PSEN線均為高電平封鎖狀態(tài)。通常，89C51的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和1 ~ 2按鈕復(fù)位兩種，如圖36所示。所謂實(shí)時(shí)控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)地相應(yīng)被控對(duì)象提出的分析、計(jì)算和控制等請(qǐng)求，使被控對(duì)象保持在最佳工作狀態(tài)，以到達(dá)預(yù)定的控制效果。 向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的來源稱之為中斷源。 在MCS－51單片機(jī)中，控制寄存器共有4個(gè)，即定時(shí)器控制寄存器、中斷允許控制寄存器、中斷優(yōu)先控制寄存器及串行口控制寄存器。MCS－51的中斷優(yōu)先級(jí)控制比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)只定義高低2個(gè)優(yōu)先級(jí)。從中斷相應(yīng)到轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成中斷所要求的操作任務(wù)，是一個(gè)很復(fù)雜的過程。否則就意味著中斷請(qǐng)求仍然存在，弄不好就會(huì)造成中斷的重復(fù)查詢和相應(yīng)，因此就存在一個(gè)中斷請(qǐng)求的撤銷問題。它有一種單步工作方式，所謂單步執(zhí)行就是由外來脈沖控制程序的執(zhí)行。中斷系統(tǒng)的控制 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器（1）、定時(shí)器控制寄存器（TCON） TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制。其中有關(guān)定時(shí)的控制位共有4位：?F0和TF1—計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出（計(jì)滿）時(shí)，該位置“1”；使用查詢方式時(shí)，此位作狀態(tài)位供查詢，但應(yīng)注意查詢有效后應(yīng)以軟件方法及時(shí)將該位清“0”；使用中斷方式時(shí)，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件自動(dòng)清“0”。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。從寄存器的位格式中可以看出，它的低半字節(jié)定義定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，高半字節(jié)定義定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。8051型單片機(jī)提供了五個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。一共有六個(gè)中斷標(biāo)志位。表23 中斷的說明表 定時(shí)工作方式0(1)、電路邏輯結(jié)構(gòu) 方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，其計(jì)數(shù)器由TH0全部8位和TL0的低五位構(gòu)成。其中OCS是Oscillator(震蕩器)的縮寫。當(dāng)C/=1時(shí)，多路開關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳（T0），外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳T0輸入。 不管是哪種工作方式，當(dāng)TL0的低五位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH0進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，則向計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。而這時(shí)或門輸出端的高電平狀態(tài)卻打開了與門。這時(shí)如果TRO=1，TRO則接通模擬開關(guān)，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，即定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作。因此在單片機(jī)的定時(shí)或計(jì)數(shù)應(yīng)用中要注意GATE位的清“0”。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)計(jì)數(shù)器工作；當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)計(jì)數(shù)器停止工作。（2）、定時(shí)和計(jì)數(shù)應(yīng)用兩個(gè)前提：溢出停止和加法計(jì)數(shù)A、定時(shí)工作方式0在方式0工作方式下，當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)值的范圍是：1～8192（213）當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：（213－計(jì)數(shù)初值）晶振周期12或 （213－計(jì)數(shù)初值）機(jī)器周期其時(shí)間單位與晶振周期或機(jī)器周期相同（us）.B、定時(shí)工作方式1方式1是16位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，計(jì)數(shù)器由TH0全部8位和TL0全部8位構(gòu)成。所不同的只是組成計(jì)數(shù)器的位數(shù)。在方式0和方式1中，每當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，都應(yīng)該在中斷服務(wù)子程序中對(duì)T0和T1初始化，即軟件重裝初值n。還應(yīng)該注意到中斷服務(wù)子程序執(zhí)行的時(shí)間可能部分地影響定時(shí)時(shí)間。74LS04反向器一片，發(fā)光二極管13個(gè)（8個(gè)綠的，4個(gè)紅的用于交通控制，1個(gè)用于標(biāo)識(shí)電源），7805三端穩(wěn)壓電源一個(gè)，一個(gè)按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。(2) ，由74HC164的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間情況；、。(4)通過AT89c51單片機(jī)的P3口來控制系統(tǒng)是工作。而P1口用于輸出控制信號(hào)．而通過74LS04反向器實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)燈的情況．它采用5V的直流電來驅(qū)動(dòng)二極管。(7)AT89S51本身集成了看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。 芯片選擇與介紹 74HC164芯片介紹74HC164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，74HC164為單向總線驅(qū)動(dòng)器。器件執(zhí)行任何一條將SBUF作為目的寄存器的命令時(shí)，數(shù)據(jù)便開始從RXD端發(fā)送。第一幀（8位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)，各控制信號(hào)均恢復(fù)原狀態(tài)，只有TI保持高電平，呈中斷申請(qǐng)狀態(tài)。然后，用軟件將TI清0，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。依此類推，直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。由于TXD端最多可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門。每個(gè)74HC244有8路驅(qū)動(dòng)，每一路可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED，即每增加一個(gè)74HC244，可增加64個(gè)LED驅(qū)動(dòng)。由于電腦串口rs232電平是10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。30V輸入電平低電源電流：典型值是8mA符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/ESD保護(hù)大于MILSTD883（方 法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V 數(shù)碼管介紹數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮?！? 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?！　、?動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。比外型高度小?！　￠L(zhǎng)*寬*高：長(zhǎng)——數(shù)碼管正放時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度；寬——數(shù)碼管正放時(shí)，垂直方向上的長(zhǎng)度；高——數(shù)碼管的厚度。一般用于顯示時(shí)鐘中的秒。從而顯示出數(shù)字。 　　由于它的價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單,在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛,空調(diào)、熱水器、冰箱等等?！　?shù)碼管使用的電流與電壓　　電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用1015mA；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，平均電流為45mA，峰值電流5060mA?！　『懔黩?qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響　　顯示效果：　　由