【正文】 如圖2所示。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主要元器件介紹 AT89S52單片機(jī)模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以AT89S52為主控芯片。除此之外，文章采用的AT89S52是PDIP40封裝，具有4 0個(gè)引腳，多達(dá)32個(gè)可用的雙向I/O口，而且內(nèi)部資源豐富，具有系統(tǒng)異?？梢詮?fù)位的看門狗定時(shí)器，6個(gè)中斷源（2個(gè)外部中斷源，一個(gè)串口中斷源，3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷源），3個(gè)可以定時(shí)計(jì)數(shù)的16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)定時(shí)器T2可以捕捉外部信息，1個(gè)全雙工異步串行通信口，內(nèi)部還有自帶的晶振和時(shí)鐘電路[7,8]。AT89S52芯片的管腳分布圖如圖3所示。DS1302由美國(guó)DALLAS公司研發(fā)生產(chǎn)，它可以對(duì)時(shí)間和日期進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，識(shí)別年份是否為閏年，～[9]。DS1302只有8個(gè)引腳，采用三根線信號(hào)線（SCLK、IO、RST）與CPU進(jìn)行同步通信，Vcc1接外部后備電源，VCC2外接主電源，當(dāng)主電源切斷的情況下，在后備電源的供電下，芯片同樣可以保持時(shí)鐘正常的運(yùn)行，不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，具有掉電保護(hù)的作用，安全性能好。RST是復(fù)位/片選線，當(dāng)RST為高電平使能所有的數(shù)據(jù)傳送，使能單片機(jī)對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫操作。 DS1302的引腳功能圖如圖4所示。LCD1602液晶顯示屏是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的字符型液晶，總共可以顯示32個(gè)字符，是一塊由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成點(diǎn)陣型液晶屏，可以用來(lái)顯示符號(hào)、數(shù)字、字母等。只需要控制LCD1602的3根引腳的時(shí)序就能使LCD正常顯示數(shù)據(jù)，RS=0，RW=0,可以往LCD寫入指令或者顯示地址，RS=1，RW=0可以可以往LCD寫入顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)E腳出現(xiàn)下降沿，數(shù)據(jù)和命令就能被接收或發(fā)送，從而顯示數(shù)據(jù)。 第1腳：VSS為電源地。第3腳：VL是用來(lái)對(duì)屏幕亮度對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整的接口，當(dāng)置高電平時(shí)對(duì)比 度最差，接低電平時(shí)，對(duì)比度最好，如果對(duì)比度太高，會(huì)產(chǎn)生重影， 可以通過(guò)電位器調(diào)整對(duì)比度，一般采用10K。 第5腳：R/W是用來(lái)傳送讀寫信號(hào)的接口，被置高電平代表可以進(jìn)行讀操作， 被置低電平代表可以進(jìn)行寫操作。 第7～14腳：用來(lái)同單片機(jī)相接線，傳輸雙向數(shù)據(jù)的信號(hào)接口。 第16腳：背光源負(fù)極。 圖4 LCD1602實(shí)物圖 光敏電阻 光敏電阻的特點(diǎn)是當(dāng)光照強(qiáng)度變大，其電阻會(huì)減小，光照強(qiáng)度變小，電阻會(huì)增大，光照強(qiáng)度小的時(shí)候，暗電阻會(huì)高達(dá)1～5M歐姆，光照強(qiáng)度大的時(shí)候，亮電阻才50K歐姆左右，這說(shuō)明光敏電阻的靈敏度很好，可以比較準(zhǔn)確的檢測(cè)出環(huán)境的變化。GL3547的亮電阻為50K～100K，暗電阻高達(dá)5M歐姆。如果設(shè)計(jì)的項(xiàng)目有光控功能需求，可以使用光線強(qiáng)度較亮的白熾燈模擬，縮短開發(fā)的時(shí)間[12]。圖5 光敏電阻的實(shí)物圖 紅外光電傳感器文章設(shè)計(jì)的模擬路燈控制系統(tǒng)采用紅外光電傳感器ST178檢測(cè)交通環(huán)境情況。ST178的工作原理是，當(dāng)有物體靠近ST178時(shí)，它的輸出為低電平，沒(méi)有物體遮擋時(shí)，它的輸出為高電平，單片機(jī)可以觀察ST178的輸出，從而得出交通的變化。圖6 ST178的實(shí)物圖 LM324電壓比較器LM324是帶差分輸入的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，可以減少共模干擾，與其他的運(yùn)算放大器對(duì)比，占有一定的上風(fēng)。當(dāng)去掉LM324內(nèi)部的反饋電阻時(shí),LM324可以用作電壓比較器，電壓比較器的輸出是一種高低電平組成的矩形波，相當(dāng)于數(shù)字信號(hào)，而輸入確實(shí)模擬信號(hào)，所以LM324廣泛用于數(shù)字電子技術(shù)中，它的原理是當(dāng)同相輸入端信號(hào)大于反相輸入端信號(hào)時(shí)，其輸出為低電平，當(dāng)小于反相輸入端時(shí)，其輸出為高電平[15]。 圖7 LM324的實(shí)物圖 圖8 LM324的電路圖形符號(hào) 硬件單元電路的設(shè)計(jì) AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)芯片、復(fù)位、晶振、電源、下載等電路組成。因而對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)。 圖9 AT89S52控制芯片電路（2）電源電路部分：模擬路燈控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊正常工作必須引入穩(wěn)定的供電電壓，才能使各個(gè)模塊能過(guò)驅(qū)動(dòng)其他外圍電路，文章設(shè)計(jì)的模擬路燈控制系統(tǒng)需要+5V的供電電壓，所以需要設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，文章設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源是由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分電路組成。為了解決問(wèn)題，文章通過(guò)穩(wěn)壓芯片（LM7805）輸出穩(wěn)定的+5V直流電壓，為了知道電源是否接通，在電源輸出端接了一個(gè)發(fā)光二極管，串聯(lián)470Ω電阻防止燒壞發(fā)光二極管。圖10 電源電路（3）晶振電路部分：晶振相當(dāng)于單片機(jī)的心臟，在單片機(jī)系統(tǒng)里的作用非常大，它結(jié)合自己內(nèi)部的電路，可以產(chǎn)生單片機(jī)必需的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)執(zhí)行的所有指令都是建立在時(shí)鐘基礎(chǔ)上的，晶振諧振的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快[17]。文章設(shè)計(jì)的晶振電路是通過(guò)在AT89S52的XTXT2引腳上接入12MHz的石英晶振，外加兩個(gè)電容(33PF)組成的電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。圖11 晶振電路（4）復(fù)位電路部分：所有的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì),都要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，復(fù)位電路可以使系統(tǒng)初始化。單片機(jī)復(fù)位分為按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，當(dāng)出現(xiàn)死機(jī)和運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，一般采用按鍵方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作，使單片機(jī)內(nèi)部清零和置位。文章采用的辦法是在RST端和電源Vcc之間接一個(gè)按鍵，然后串聯(lián)一個(gè)200歐姆和1000歐姆的電阻，再接到電源地。上電復(fù)位是通過(guò)電容（22μF）充電實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。復(fù)位電路如圖12所示。如何燒錄程序呢，那就需要通過(guò)下載電路將可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)。在軟件下載工具progisp的幫助下，就可以將生成的可執(zhí)行文件燒錄到AT89S52單片機(jī)中。圖13 下載電路 獨(dú)立鍵盤模塊電路模擬路燈控制系統(tǒng)要求能切換菜單、設(shè)置路燈亮滅的時(shí)間和獨(dú)立的控制每個(gè)路燈，那么就需要鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能。獨(dú)立式鍵盤相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵之間互不影響，按鍵一端統(tǒng)一接地，另一端連接到單片機(jī)的P1口，當(dāng)有按鍵按下，對(duì)應(yīng)的引腳會(huì)被拉低[20]。菜單鍵（P10）用來(lái)選擇菜單模式，以便知道是選擇了那個(gè)模式；確定鍵（P11）的作用是當(dāng)選擇好菜單模式后，按下確定鍵進(jìn)入相應(yīng)的模式；退出鍵（P12）的作用是退出相應(yīng)的菜單模式；選擇設(shè)定LED1開關(guān)燈時(shí)間鍵（P13）的作用是當(dāng)按下此鍵就進(jìn)入選擇設(shè)定LED1開關(guān)燈時(shí)間模式；選擇設(shè)定LED2開關(guān)燈時(shí)間鍵（P14）的作用是當(dāng)按下此鍵就進(jìn)入選擇設(shè)定LED2開關(guān)燈時(shí)間模式；選擇調(diào)整時(shí)間鍵（P15）的作用是選擇調(diào)整LED開關(guān)燈時(shí)間的小時(shí)或者分鐘；加鍵或者LED1燈的開關(guān)鍵（P16）的作用是調(diào)整時(shí)間加和開關(guān)LED1；減鍵或者LED2燈的開關(guān)鍵（P16）的作用是調(diào)整時(shí)間鍵和開關(guān)LED2；系統(tǒng)的獨(dú)立鍵盤電路如圖8所示。數(shù)碼管顯示電路控制復(fù)雜，不能顯示清楚的字符，所以就選用了LCD1602液晶屏來(lái)顯示時(shí)間，LCD1602液晶顯示屏比較容易控制，文章設(shè)計(jì)的顯示電路時(shí)采用并行數(shù)據(jù)傳輸控制，單片機(jī)P2口與LCD1602液晶顯示屏的數(shù)據(jù)口相連，LCD1602的控制引腳RS、RW、EN引腳分別與單片機(jī)的P0P0P07引腳相連，單片機(jī)只要控制好LCD1602液晶顯示屏的時(shí)序，就能正確顯示所要的內(nèi)容。 圖15 LCD1602液晶顯示電路 DS1302時(shí)鐘電路模擬路燈控制系統(tǒng)要求能顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生１秒時(shí)基，用定時(shí)器計(jì)時(shí)很浪費(fèi)ＣＰＵ的資源，所以采用DS1302時(shí)鐘芯片來(lái)計(jì)時(shí)，DS1302能精準(zhǔn)的對(duì)時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)主電源被切斷后，保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。DS1302時(shí)鐘電路如圖15所示。電路用到的是單光束反射取樣式紅外光電傳感器ST178檢測(cè)交通環(huán)境情況，ST178接一個(gè)510Ω電阻是為了限流，防止ST178燒壞，接一個(gè)20K的下拉電阻，但是ST178的輸出為模擬電壓，單片機(jī)接收的是數(shù)字信號(hào)，所以在ST178的輸出接上一個(gè)電壓比較器LM324，它能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，輸出的電平只能是+5V或者0V，然后被單片機(jī)讀取，單片機(jī)根據(jù)電平執(zhí)行相應(yīng)的操作。系統(tǒng)是使用光敏電阻（GL3547）和電壓比較器組成的電路檢測(cè)環(huán)境，光敏電阻與200K電阻串聯(lián)分壓到LM324的反相輸入端。所以當(dāng)有光強(qiáng)時(shí)，反相輸入端大于正向輸入端，LM324輸出為低電平，當(dāng)沒(méi)有光強(qiáng)時(shí)，反相輸入端小于正向輸入端，LM324輸出為高電平，單片機(jī)可以根據(jù)電平執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖16 交通環(huán)境檢測(cè)電路圖17 環(huán)境明暗檢測(cè)電路 故障檢測(cè)檢測(cè)電路模擬路燈控制系統(tǒng)要求當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)，路燈應(yīng)該亮?xí)r，卻是熄滅狀態(tài)，單片機(jī)能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)顯示出現(xiàn)故障路燈的地址編號(hào)。故障檢測(cè)檢測(cè)電路如圖18所示。聲光報(bào)警電路是由有源蜂鳴器（HYT1205）、三極管（S9012）、1K電阻、發(fā)光二極管（BT101）等組成。1K電阻的作用是限流，防止器件損壞。 路燈電路 路燈電路是用兩個(gè)LED發(fā)光二極管來(lái)模擬，470歐姆的電阻的作用是限流，防止路燈燒壞。 圖19 聲光報(bào)警電路 圖20 路燈電路4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的描述 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，模擬路燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)監(jiān)控程序模塊、液晶顯示程序模塊、獨(dú)立鍵盤程序模塊、DS1302時(shí)鐘程序模塊，環(huán)境檢測(cè)程序模塊、聲光報(bào)警程序模塊、交通檢測(cè)程序模塊，設(shè)定路燈開關(guān)時(shí)間程序模塊等。接下來(lái)將分模塊對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行介紹。流程圖如圖22所示。系統(tǒng)的鍵盤掃描程序流程圖如圖21所示。接下來(lái)介紹液晶顯示的軟件核心設(shè)計(jì)步驟，首先，LCD顯示屏初始化，包括設(shè)置功能設(shè)置；顯示與不顯示設(shè)置；輸入模式設(shè)置等[21]。液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖23所示。首先開啟DS1302的寫保護(hù)，允許單片機(jī)向DS1302寫入數(shù)據(jù)，然后寫入初始時(shí)間，在關(guān)閉寫保護(hù)，禁止寫數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)需要顯示時(shí)間的時(shí)候，向DS1302讀取時(shí)間，最后在LCD1602上顯示時(shí)間。圖24 DS1302時(shí)鐘程序流程圖 設(shè)定路燈開關(guān)時(shí)間模塊設(shè)計(jì)模擬路燈控制系統(tǒng)要求能調(diào)整路燈亮滅的時(shí)間，需要一個(gè)調(diào)整時(shí)間的程序，文章是用按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選中設(shè)定時(shí)間菜單，按下確定鍵后，當(dāng)按選擇設(shè)定LED1或LED2開關(guān)燈時(shí)間鍵，將進(jìn)入相應(yīng)的調(diào)整模式，通過(guò)選擇調(diào)整時(shí)間鍵，調(diào)整想要的時(shí)間，最后按下確定鍵，時(shí)間就設(shè)定成功了，當(dāng)時(shí)間到了之后，路燈會(huì)自動(dòng)的亮滅。當(dāng)天黑時(shí)，光敏電阻電阻很大，使LM324得輸出為低電平，此時(shí)要驅(qū)動(dòng)路燈亮，當(dāng)白天時(shí)，光敏電阻電阻很小，使LM324得輸出為高電平，路燈熄滅。圖26 環(huán)境檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖 交通檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)模擬路燈控制系統(tǒng)要求能根據(jù)交通情況自動(dòng)的亮滅燈，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交通檢測(cè)模塊程序，當(dāng)車輛到達(dá)第一個(gè)位置S處（第一個(gè)ST178能感應(yīng)的位置），第一個(gè)路燈亮（P36=0），然后等待車輛到達(dá)B處，當(dāng)車輛到達(dá)第二個(gè)位置B處（第二個(gè)ST178能感應(yīng)的位置），第二個(gè)路燈亮（P37=0），第一個(gè)燈滅（P37=1），等待車輛到達(dá)S’處，當(dāng)車輛到達(dá)第三個(gè)位置S’處（第三個(gè)ST178能感應(yīng)的位置），兩個(gè)路燈都熄滅（P36=1，P37=1），當(dāng)車輛反相通過(guò)時(shí)，原理是相同的。 聲光報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 當(dāng)模擬路燈控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，路燈應(yīng)該亮?xí)r，卻是熄滅狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。聲光報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖28所示。在Proteus中按下開始按鈕，首先顯示的是“Entering System Please Waiting”等字樣，準(zhǔn)備就緒后進(jìn)入模擬路燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)提示“Select Menu”，當(dāng)?shù)谝淮伟聪耂4按鍵(菜單鍵)時(shí)，顯示“Realtime”，當(dāng)?shù)诙伟聪耂4按鍵時(shí)，顯示“Environment”，當(dāng)?shù)谌伟聪耂4按鍵時(shí)，顯示“Traffic”，當(dāng)?shù)谒拇伟聪耂4按鍵時(shí)，顯示“Set time”，通過(guò)按S5鍵（確定鍵）進(jìn)入相應(yīng)的菜單模式，當(dāng)需要調(diào)整路燈亮滅時(shí)間時(shí)，按下S7鍵選擇調(diào)整LED1，通過(guò)S9鍵選擇時(shí)間調(diào)整的位置，設(shè)置完后，按下S5鍵，設(shè)置成功。系統(tǒng)中的ST178紅外光電傳感器是由按鍵來(lái)模擬的，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，ST178的輸出為低電平，按鍵可以模擬這種效果，光敏電阻指示燈的值為0代表沒(méi)有光強(qiáng)，1000代表光照強(qiáng)度最大。仿真的結(jié)果如圖29所示。圖30 選擇菜單顯示 實(shí)時(shí)時(shí)間顯示結(jié)果當(dāng)選擇了“Realtime”模式時(shí)，按下S5鍵（確定鍵）就會(huì)顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。 圖31 Realtime模式顯示圖32 實(shí)時(shí)時(shí)間顯示 環(huán)境明暗變化仿真結(jié)果當(dāng)選擇了“Environment”模式時(shí)，按下S5鍵（確定鍵）就會(huì)進(jìn)入環(huán)境模式。 圖33 Environment模式顯示圖34 光敏電阻電路圖圖35 路燈顯示情況圖36 路燈正常LCD的顯示 聲光報(bào)警仿真結(jié)果在上一節(jié)的后面，當(dāng)故障檢測(cè)電路中的兩個(gè)光敏電阻沒(méi)有光照照射時(shí)，系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警，光敏電阻沒(méi)有光照時(shí)的電路狀態(tài)與路燈狀態(tài)如圖37所示，聲光報(bào)警電路的狀態(tài)如圖38所示，LCD1602顯示報(bào)警的狀態(tài)如圖39所示。圖40 Traffic模式顯示 圖41 到達(dá)S點(diǎn)的路燈狀態(tài)圖42 到達(dá)B點(diǎn)的路燈狀態(tài)