【正文】 模擬控制系統，最終完成系統的仿真達到了設計目標。借助于單片機開發(fā)板上的已有資源，構建了模擬實際系統功能的單片機擴N82C55控制LED燈模塊、8位七段數碼管顯示控制模塊和板上擴展接線模塊。用于實際系統時，只需要將代碼移植到現場設備并進行具體設置和適當修改即可，可以在滿足客戶需求的前提下最小化系統開發(fā)成本。基于AT89C51單片機的性能參數和工作原理，應用Keil單片機編譯軟件的C語言編程以及使用該軟件開發(fā)單片機程序，說明設計的交通信號燈模擬控制系統的工作原理、程序流程和硬件結構等相關技術，指出該系統的特點。該系統充分利用了AT89C51單片機的特點，使用現今單片機廣泛采用的C語言編制了系統程序，并利用Keil uVision3軟件進行編譯運行，最終通過Proteus完成了模擬控制系統的仿真。指導情況填寫不包括下達任務書和開題報告意見。每年因交通事故所造成的的經濟損失達數百億元。但這一技術在19世紀就已出現了。這是世界上最早的交通信號燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。系統的核心是AT89C51超低功耗單片機，利用Keil軟件進行控制程序的開發(fā)來對交通信號燈模擬控制系統的模擬及控制。另外，文中還簡單介紹了電子仿真軟件Proteus 6的特點及使用方法。AT89系列單片機是通用性強、功耗小、使用廣泛、性能優(yōu)良的微處理芯片。 8051單片機的基本結構 在介紹單片機的內部結構之前，我們先了解下我們現在正在使用的計算機五個組成部分：運算器：用于實現算術和邏輯運算。注：通常把運算器和控制器合在一起稱為中央處理器（Central Processing Unit）,簡稱CPU。典型系列單片機是由下圖所示的器件組成的：1 中央處理器（CPU）：剛剛講過，需要提醒的是MCS51的CPU能處理8位二進制數或代碼；2 內部數據存儲器（RAM）：8051芯片共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用（稍后我們詳解），能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數據。地址范圍為00H~FFH（256B）。3 內部程序存儲器（ROM）：在前面也已講過，8051內部有4KB的ROM，用于存放程序、原始數據或表格。地址范圍為0000H~FFFFH（64KB）。定時時靠內部分頻時鐘頻率計數實現，做計數器時，（T0）（T1）端口的低電平脈沖計數。6 串行口MCS51有一個全雙工的串行口，以實現單片機和其它設備之間的串行數據傳送。RXD（ ）腳為接收端口，TXD（）腳為發(fā)送端口。共有5個中斷源，即外中斷2個，定時中斷2個，串行中斷1個，全部中斷分為高級和低級共二個優(yōu)先級別。時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。 51單片機管腳說明MCS51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照單片機引腳圖：l ~ P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。l ~ P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。這4個I/O口具有不完全相同的功能，需要不同等待。P1口只做I/O口使用：其內部有上拉電阻。有內部EPROM的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）。參見圖2（8051擴展2KB EEPROM電路，在圖中ALE與4LS373鎖存器的G相連接，當CPU對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。內部ROM讀取時，PSEN不動作；外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出；外接ROM時，與ROM的OE腳相接。接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。RST 復位信號：當輸入的信號連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。當使用芯片內部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 各端口工作原理講解P0端口：總線I／O端口，雙向，三態(tài)，數據地址分時復用，該端口除用于數據的輸入／輸出外，在8031單片機外接程序存儲器時，還分時地輸出／輸入地址／指令。P0端口8位中的一位結構圖見下圖：　PO口的結構及工作原理由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關與相應控制電路、場效應管驅動電路構成。此時，場效應管T1關斷，因而這種輸出方式應為外接上拉電阻的漏極開路式。此外，由TT2的通斷組合，形成高電平、低電平與高阻浮動三態(tài)的輸出。例如，當從內部總線輸出低電平后，鎖存器Q＝0，Q＝1，場效應管T2開通，端口線呈低電平狀態(tài)。又如，當從內部總線輸出高電平后，鎖存器Q＝1，Q＝0，場效應管T2截止。為此，8031單片機在對端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：為此，8051單片機在對端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：凡屬于讀修改寫方式的指令，從鎖存器讀入信號，其它指令則從端口引腳線上讀入信號。輸出的信息有鎖存，輸入有讀引腳和讀鎖存器之分。由內部總線輸出的數據經鎖存器反相和場效應管反相后，鎖存在端口線上，所以，P1端口是具有輸出鎖存的靜態(tài)口。為此，在作引腳讀入前，必須先對該端口寫入l。8031單片機的PPP3都是準雙向口。P1口功能結構圖單片機復位后，各個端口已自動地被寫入了1，此時，可直接作輸入操作。此外，隨輸入指令的不同，H端口也有讀鎖存器與讀引腳之分。P2端口:P2端口的一位結構見下圖：P2端口功能結構圖由圖可見，P2端口在片內既有上拉電阻，又有切換開關MUX，所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特點。由于8031單片機必須外接程序存儲器才能構成應用電路，而P2端口就是用來周期性地輸出從外存中取指令的地址(高8位地址)，因此，P2端口的切換開關MUX總是在進行切換，分時地輸出從內部總線來的數據和從地址信號線上來的地址。輸出數據雖被鎖存，但不是穩(wěn)定地出現在端口線上。在輸入功能方面，P2端口與P0和H端口相同，有讀引腳和讀鎖存器之分，并P2端口也是準雙向口。當處于第一功能時，第二輸出功能線為1，此時，內部總線信號經鎖存器和場效應管輸入／輸出，其作用與P1端口作用相同，也是靜態(tài)準雙向I／O端口。由于輸出信號鎖存并且有雙重功能，故P3端口為靜態(tài)雙功能端口。2\打開了處部中斷(INT0,INT1)。在更多的場合是根據應用的需要，把幾條端口線設置為第二功能，而另外幾條端口線處于第一功能運行狀態(tài)。 51單片機的時鐘及復位單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。內部振蕩方式的外部電路如下圖所示。晶振頻率的典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內。外部振蕩方式的外部電路如下圖所示。為了提高輸入電路的驅勸能力，通常使外部信號經過一個帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XTAL2。振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱s周期，所以，1個狀態(tài)周期包含有2個振蕩周期。所以，1個機器周期包含有6個狀態(tài)周期或12個振蕩周期。8031單片機指令系統中，各條指令的執(zhí)行時間都在1個到4個機器周期之間。下面是單片機外接晶振頻率12MHZ時的各種時序單位的大?。赫袷幹芷冢?/fosc=1/12MHZ=復位電路：當MCS5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。常用的上電復位電路如下圖A中左圖所示。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如下圖(A)中右圖所示。常用的上電或開關復位電路如上圖(B)所示。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現上電或開關復位的操作。上圖(A)中：Cl＝1030uF，R1＝1kO上圖1．27(B)中：C：＝1uF，Rl＝lkO，R2＝10kO單片機復位后的狀態(tài)：單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數器PC＝0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。 定時器、計數器的基本結構及工作原理 本設計中應用了定時器0（T0）用于計時，因此這里有必要介紹一下定時器、計數器的基本結構及工作原理。80