【正文】 第一章 緒論 1 第一章 緒論 畢業(yè)設(shè)計目的與要求 畢業(yè)設(shè)計（論文）是高等學(xué)校學(xué)生培養(yǎng)過程中的一個實 踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，做好畢業(yè)設(shè)計（論文）將為我們由學(xué)校走入社會打下良好的基礎(chǔ)。 (2） 能夠熟練使用 Autium designer、 Protues 等電子軟件， 學(xué)會 運用這些軟件 分析 、 設(shè)計 和仿真 電路 的能力。 (4）培養(yǎng) 我們的 動手 實踐 能力、獨立思考問題的能力和查閱 相關(guān) 資料的能力 。 (6）了解弱電控制強(qiáng)電的方法 ，并能設(shè)計一些簡單實用的電路。 (8）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?、思維模式。 畢業(yè)設(shè)計（論文）是高等院校本科教學(xué)的最后一個非常重要且必不可少的部分，是將理論知識和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合的橋梁，對于增強(qiáng)我們綜合運用所學(xué)知識，分析和解決實際問題，提高學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新思維能力具有不可替代的作用。此 課題要求以路燈控制器為對象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)以光線強(qiáng)弱和延時兩種方式來控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結(jié)合的題目。 為完成此次課題項目，需要如下電路元器件和設(shè)備器材。 （ 2）單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的 12M 晶振一個， 22pF 電容兩個，復(fù)位開關(guān)一個，20uF 極性電容一個， 1K 電阻一個 。 （ 4）光電檢測和執(zhí)行電路所需的 300 歐姆電阻兩個， 10K 電阻兩個， 100K 電位器一個，光敏電阻一個， LM324 芯片一片 。 (6)+5V 直流電壓源一個 。 示波器一臺 。 最小系統(tǒng)是 51 單片機(jī)的最基本的組成部分， 51 單片機(jī)的引腳雖然只有四十，但它有很多的擴(kuò)展功能，根據(jù)相應(yīng)的課題設(shè)計要求可以設(shè)計相應(yīng)的外圍電路。 第一章 緒論 3 單片機(jī)系統(tǒng)概述 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） 、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 、只讀存儲器（ ROM） 、輸入 /輸出電路（ I/O 口）等電路集成到單片芯片上，構(gòu)成一個最小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。這些電 路能在軟件控制之下，準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 單片機(jī)不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)出來以前，只具有功能極其強(qiáng)大的超大規(guī)模集成電路，如果再賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機(jī)控制系統(tǒng)。在特定的程序控制下，就能使該芯片實現(xiàn)特定的功能。指令特性則指我們熟悉的單片機(jī)尋址方式、數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方法、輸入 /輸出特性等。要利用單片機(jī)開發(fā)實際的應(yīng)用系統(tǒng)，就必須掌握其硬件結(jié)構(gòu)特征、指令系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境?，F(xiàn) 在，單片機(jī)的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。 隨 著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展和在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，人們的電子設(shè)備的小 型化、智能化的要求也越來越高。單片機(jī)應(yīng)用基于 51單片機(jī)智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 4 技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識技能，它能使你設(shè) 計出更具智能化和方便的產(chǎn)品。 （ 2）單片機(jī)具有獨立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計思想充分表達(dá)出來，使產(chǎn)品智能化。 （ 4）應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)（外） ROM中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便。 （ 6）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的存儲芯片可選用 EPROM、 EEPROM、 OTP 芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。 （ 7）由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動了產(chǎn)品的智能化。單片機(jī)微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故 又稱為微控制器。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，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)和集成電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)正朝著高集成度、低功耗、低電壓、多功能方向發(fā)展。 第一章 緒論 5 單片機(jī)主要功能及主要應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)在的單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，集成度越來越高，有很多曾經(jīng)的外圍器件都已經(jīng)在內(nèi)部集成。同時它 也 是計算機(jī) — 單片微型計算機(jī)。甚至也有類似雙核 CPU 的設(shè)計出現(xiàn)。幾乎您上網(wǎng)用的計算機(jī)能做的事情，它都同樣能做。比如：可以讀寫硬盤、可以接受 按鍵輸入、可以顯示輸出、可以驅(qū)動打印、您甚至可以給它接個鼠標(biāo)。 它的輸入輸出，如前面所說，也是多種多樣的。 此外，單片機(jī)的體積小、價格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。如洗衣機(jī) 、空調(diào)、電視機(jī)、錄像機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備等。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)、電話以及通用計算機(jī)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動等。 （ 4） 工業(yè)自動化控制：工業(yè)自動化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一。在化工、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機(jī)控制。如數(shù)據(jù)處理和存儲、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等。 （ 7）汽車電子產(chǎn)品：現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開單片機(jī)。 單片機(jī)應(yīng)用的 意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。以前自動控制中的 PID 調(diào)節(jié)，現(xiàn)在可以用單片機(jī)實現(xiàn)具有智能化的數(shù)字計算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善 。高性能單片機(jī)芯片市場也異常活躍，采用新技術(shù)，使單片機(jī)的種類、性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。 （ 2）存儲器的發(fā)展：增大了片內(nèi)存儲器容量；片內(nèi)采用 EEPROM 和 Flash 可在線編程，讀 /寫更方便；采用了編程加密技術(shù)。 （ 4） I/O 接口形式增多，性能提高。 （ 6）低電壓和低功耗：單片機(jī)制造時普遍采用 CMOS 工藝。硬件電路主要由最小系統(tǒng)部分、路燈控制部分、光電檢測與執(zhí)行部分、延時顯示部分，此外， P0口作為 I/O 口時還需要上拉電阻（兩個 300 歐姆的電阻）；軟件程序主要是使用利用 Autium designer 制作了原理圖、 PCB 圖， Protues 進(jìn)行仿真， KeilC51 軟件編寫了程序。 本文內(nèi)容安排 本文共分為六章，內(nèi)容分別為第一章緒論、第二章 硬件電路分析 、第三章 相關(guān)軟件及程序設(shè)計分析、 第四章 系統(tǒng)方案論證及總體電路調(diào)試與功能實現(xiàn)、 第五章 總結(jié)與展望、 第六章 結(jié)束語。 在硬件電路分 析部分首先介紹了 AT89C5光敏電阻、 LM324 芯片、兩位一體數(shù)碼管；然后分析了光電檢測電路、單片機(jī)控制電路、時鐘延時顯示電路及對硬件電路進(jìn)行了調(diào)試；接著介紹了此次設(shè)計過程中的原理圖、 PCB 圖和實物圖，最后就對第一章的內(nèi)容進(jìn)行了小結(jié)。 第 四章主要介紹了與本課題相關(guān)的幾種設(shè)計方案，通過對比分析論證了本 案最佳，然后對硬 件電路和軟件電路都進(jìn)行了認(rèn)真的調(diào)試，小結(jié)了本章內(nèi)容。由于水平有限，本文中的 錯誤和不妥之處在所難免，敬請雷老師和各位答辯委員會老師不吝指正。與 MCS48 系列單片機(jī)相比，其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專用寄存器集中管理方式，方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)，堪稱一代“名機(jī)”，為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片電源引腳 （ 20）：這當(dāng)然是必不可少的了。 振蒎電路（ 1 19）：單片機(jī)是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接 1 19 腳。 這兩個腳的定義是： 時鐘電路引腳（ XTAL2） 18 腳：該腳接外部晶體和微調(diào)電容的一段，在 8051內(nèi)部，它是振蕩電路反相反大器的輸出端。若采用外部時鐘電路，該引腳輸入外部脈 沖。在片內(nèi)，它是反相放大器的輸入端。 復(fù)位引腳（ RESET） （ 9 腳 ） ：它是復(fù)位信號輸入端，高電平有效，當(dāng)此腳保持兩個機(jī)器周期，即 24 個時鐘振蕩周期為高電平時，即可完成復(fù)位操作。即當(dāng)主電源 VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將 5V電源自動接入 RST 端。以保證信息不丟失，電源恢復(fù)后，能夠正常工作 。 （ 1） 當(dāng) EA 引腳接高電 平 CPU 訪問片內(nèi) EPROM（ CPU 讀取內(nèi)部程序存儲器 ROM〉），并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 （ 2） 當(dāng) EA 腳接低電平時， CPU 只訪問外部 EPROM，并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令。 （ 3） 此腳還具有第二功能 VPP：是對 8051 片內(nèi)固化編程時，作為施加較高編程電壓輸入端。 PSEN（ 29腳）：程序存儲器允許輸入端（也叫：外部程序存儲器讀選通信號端）：在讀外部 ROM時 PSEN 低電平有效，以實現(xiàn)外部 ROM單元的讀操作 （ 4） 內(nèi)部 ROM 讀取時， PSEN 不動作； （ 5） 外部 ROM 讀取時，在每個機(jī)器周期會動作兩次； （ 6） 外部 RAM 讀取時，兩個 PSEN 脈沖被跳過不會輸出； （ 7） 外接 ROM 時，與 ROM 的 OE 腳相接。 ALE（ 30腳）：地址鎖存控制信號端。平時不訪問外部存儲器時， ALE 也以六分之一的振蕩頻率固定輸出正脈沖。 另外還有四個 8 位并行通訊端口： P0 口： 8位雙向 I/O 端口（ 3932 引腳 ）， 即： 。 P2口： 8位雙向 I/O 端口（ 2128 引腳） ， 。 P0 口有三個功能：外部擴(kuò)展存儲器當(dāng)做數(shù)據(jù)總線 ； 外部擴(kuò)展存儲器 當(dāng)作地址總線 擴(kuò) 展時，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸 出 時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2 口有兩個功能：擴(kuò)展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用 ； 做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻 。 有內(nèi)部 EPROM 的單片機(jī)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） 單片機(jī)的系統(tǒng)資源列舉如下： (1) CPU（即控制器） (2) 運算器 (3) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)。 (4) 片內(nèi)程序存儲器（ ROM）：用以存放原始程序、數(shù)據(jù)何表格。也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)定時或計數(shù)結(jié)果實現(xiàn)計算機(jī)控制。 (8) 一個全雙工 UART 的串行 I/O 口，可以實現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)或 其他微機(jī)系統(tǒng)串行通訊。 （ 10） 片內(nèi)系統(tǒng)總線：包括數(shù)據(jù)總線、低 8 位地址總線、高 8 位地址總線和控制總線。 算數(shù)邏輯單元 ALU 的作用：把傳送到處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)或邏輯運算， 他具有兩個輸入來源，一來自累加器，二來自數(shù)據(jù)寄存器。通常 ALU 接收來自累加器或寄存器的 2 組 8 位二進(jìn)制數(shù)。 ALU 可以對這兩個操作數(shù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。執(zhí)行兩數(shù)相加運算的控制線發(fā)出加操作信 號， ALU 即把兩個數(shù)相加，并把結(jié)果 43 放入累加器，取代累加器中前面存放的數(shù)。 二、控制器： 它由程序計數(shù)器 PC、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器、操作控制器組成?？刂破麟娐窂?fù)雜。 2． 操作控制器的主要功能： （ 1） 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。比如一次內(nèi)存讀寫操作、一個邏輯運算或輸入輸出。 相對控制器而言，運算器接收控制器的命令而進(jìn)行操作，即，運算器所進(jìn)行的所有操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的。 （ 4） 指令譯碼器：指令分為操作碼和操作數(shù)字段，由二進(jìn)制數(shù)字組成，為執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進(jìn)行譯碼，以便確定所要求的操作。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。程序計數(shù)器 PC 正是起到這個作用。在程序開始執(zhí)行之前，必須將其起始地址，即程序的第一條指令所在的內(nèi)存中的單元地址送人 PC，當(dāng)執(zhí)行指令時， CPU 將自動修改 PC 中的內(nèi)容，使之總是保存將要執(zhí)行的下一條指令的地址。 和 MCS51 系列單片機(jī)一樣， AT89系列也是 51 家族的成員，它們都是基于 8051 內(nèi)核而發(fā)展起來的。 中央處理器 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功 能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128個 8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲器 (ROM) 8051 共有 4096 個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 中斷系統(tǒng) 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并