【正文】 51122S1S W P BR64 . 7K+5GND12J2C O N 2 GND+5R21 00D 1 3LEDGNDS1S2S3S4S5S6S7S8P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27C11 04 P FGND+5GND123456789J1100e1d2dp3c4g5s16s47a8f9s310s211b12U1L E D 8e1d2dp3c4g5s16s47a8f9s310s211b12U2L E D 8P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27S1S2S3S4S5S6S7S81 23 45 67 89 10J P 1H E A D E R 5 X 2P 15P 16P 17P 15P 16P 17R E S E TGND+5 圖 2原理圖 工作原理 采用單片機(jī)的 I/O口 P1口 和 P3直接和交通燈連接 , 控制程序放在 MCS 51單 片機(jī)如8051的 ROM中 , 在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中 , 受單片機(jī) ～ 、 、 控制 , 由于交通燈為發(fā)光二極管且陽極通過限流電阻和電源正極連接 , 因此 I/O口輸出低電平時(shí) , 與之相連的相應(yīng)指示燈會(huì)亮 , I/O口輸出高電平時(shí) , 相應(yīng)指示燈會(huì)滅。由于倒計(jì)時(shí)顯示裝置已普遍采用 , 因此本文未引入探討。 中央處理器包括運(yùn)算器、控制器和寄存器 3 個(gè)主要部分，是單片機(jī)的核心。 RAM 可被CUP 隨機(jī)地讀寫，斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容消失； ROM 中的信息只能被讀取，一般用于存放固定的程序。 輸入 /輸出接口（ I/O 接口）是單片機(jī)的重要組成部分。常用的輸入有桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 46 頁 8 按鍵、鍵盤、 A/D 等，輸出設(shè)備一般有 LED、電機(jī)等。一臺(tái)能夠工作的計(jì)算機(jī)要由 CPU、 RAM、 ROM、輸入 /輸出設(shè)備等幾個(gè)部分組成。而單片機(jī)相當(dāng)于集成了以上所有芯片的一塊集成電路芯片。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 89C51 單片機(jī)的 引腳 功能圖如圖 3所示。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 2． 主要特性： MCS51 兼容 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ： 1000 寫 /擦循環(huán) ： 10 年 ： 0Hz24Hz 鎖定 *8 位內(nèi)部 RAM 可編程 I/O 線 1 2 3 4ABCD4321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 27Jun2021 Sheet of File: C:\Client98\ Drawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U?SMG桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 46 頁 9 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 個(gè)中斷源 3． 管腳說明： —— VCC：供電電壓。 —— P0 口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 —— P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口 的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 21所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 46 頁 10 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩 器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 . —— ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。如 果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 —— /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 —— XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。從圖中可以看出，對(duì)于一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)而言，主要由單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路、輸入控制電路、輸出顯示電路以及外圍功能器件 5個(gè)部分組成 。 ⑴ 晶振和復(fù)位電路：單片機(jī) 系統(tǒng)的必要組成部分，控制單片機(jī)的機(jī)器周期和功能復(fù)位。常用的輸入控制方法有按鍵、矩陣鍵盤、串行通信等方式。此外，輸出對(duì)象還有電機(jī)、傳感器等特殊的功能器件。例如外部存儲(chǔ)器，單片機(jī)通過 對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作，完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的讀寫操作，完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取，從而擴(kuò)展單片機(jī)的存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)。 單片機(jī)的最簡單系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作所必須的外圍元件，主要由單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成。 單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用 單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，特別是機(jī)電一體 化產(chǎn)品中，都有重要的用途。 ● 顯示：通過單片機(jī)控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。 ● 檢測：通過單片機(jī)和傳感器的聯(lián)合使用，用來檢測產(chǎn)品或者工況的意外發(fā)生。 ● 科學(xué)計(jì)算：用來實(shí)現(xiàn)簡單的算法。 表 22 嵌入式 微機(jī)、 DSP、單片機(jī)性能比較 指標(biāo) 嵌入式微機(jī) DSP 單片機(jī) 運(yùn)算速度 一般 快 慢 信息處理量 大 大 小 晶振、復(fù)位電路 輸入控制 輸出顯示 外圍功能器件 單片機(jī) 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁 共 46 頁 12 體積和重量 大 小 小 系統(tǒng)集成度 高 一般 低 開發(fā)成本 適中 高 低 典型器件 SUPERDX 型嵌入式模塊 DSP56800 TMS320C54X MCS51 MCS98 單片機(jī)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。 其次，單片機(jī)的體積也遠(yuǎn)小于其他兩種方案。 當(dāng)然，單片機(jī)無論在速度還是容量方面都遠(yuǎn)小于其他兩種方案，但是實(shí)際上工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能。所以應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價(jià)格比。 部分電路功能 晶振電路 簡單地說，沒有晶振，就沒有時(shí) 鐘周期 ，沒有時(shí)鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。單片機(jī)訪問一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了 12MHz 晶振，它的時(shí)鐘周期是 1/12us，它的一個(gè)機(jī)器周期是 12*（ 1/12） us，也就是 1us。為了衡量指令執(zhí)行時(shí)間 的長短，又 引入一個(gè)新的概念：指令周期。 例如，當(dāng)需要計(jì)算 DJNZ 指令完成所需要的時(shí)間時(shí)，首先必須要知道晶振的頻率，設(shè)所用晶振為 12MHZ，則一個(gè)機(jī)器周期就是 1us。如果該指令需要執(zhí)行 500 次，正好 1000us，也就是 1ms。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了 12MHz 晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加 1時(shí)，實(shí)際經(jīng)過的時(shí)間就是 1us， 這就是單片機(jī)的定時(shí)原理 。在單片機(jī)系統(tǒng)中，晶體振蕩器將外圍的電容集成到振蕩器的內(nèi)部，無需再設(shè)計(jì)晶振電路，只需要將電源加載到晶振上，晶振就可以起振，并通過兩個(gè)引腳輸出到單片機(jī)的晶振引腳上。該晶振需要外部的晶振電路才可以起振，但是由于該電路非常簡單，并且使用靈活，在單片機(jī)系統(tǒng)中也有廣泛地應(yīng)用。內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路如圖 4所示。該電容的典型值為 30PF，但是在 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際起振情況選擇。由于此時(shí)的外接晶振引腳上沒有晶振信號(hào)輸入，內(nèi)部的時(shí)鐘電路將停振。圖 5給出了兩種外部時(shí)鐘的電路，可以根據(jù)不同的單片機(jī)型號(hào)選擇不同的電路。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 復(fù)位電路 簡單地說，單片機(jī)的復(fù)位就和計(jì)算機(jī)的重起一樣的概念。一般的復(fù)位只需要 5ms的時(shí)間。當(dāng)振蕩電路工作，并且在 RST 引腳加上一個(gè)至少保持 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使 8051 完成一次復(fù)位。為了達(dá)到這個(gè)要求，需要在外部設(shè)計(jì)復(fù)位電路。 通用的復(fù)位電路 和晶振電路一樣 ，復(fù)位電路也是單片機(jī)系統(tǒng)的典型外部電路。 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 15 頁 共 46 頁 15 圖 6 單片機(jī)的復(fù)位電路 從原理上，一般采用上電復(fù)位嗲路。 改進(jìn) 型的復(fù)位電路 對(duì)于 有著豐富電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的讀者而言，可以根據(jù)自己的需要，定制滿足實(shí)際要求的電路。 圖 7 改進(jìn)型的復(fù)位電路 信號(hào)燈控制電路 外圍器件選擇的是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管在其兩端的電壓差超出其導(dǎo)通壓降時(shí)開始工作，發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降一般為 ～ 。滿足電流和電壓的要求，發(fā)光二極管就可以發(fā)光了。但還需在發(fā)光二極管和單片機(jī)連接時(shí)加一個(gè)限流電阻，這個(gè)電阻的作用在于限制通過二極管的桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 16 頁 共 46 頁 16 電流，從而達(dá)到減少功耗或者滿足端口對(duì)最大電流的限制。當(dāng)然為了更亮一點(diǎn)，可以減小電阻值，當(dāng)然，二極管的電流不要超出單片機(jī)的 I/O 最大電流。 ● 電參數(shù) 發(fā)光二極管的電參數(shù)主要有下列幾項(xiàng)。它是指：在給發(fā)光二極管加入規(guī)定的正向電流時(shí)，發(fā)光二極管正極與負(fù)極引腳之間的電壓降。它是指：保證發(fā)光二極管不出現(xiàn)反向擊穿時(shí)所允許給發(fā)光二極管加的最大反向電壓。它是指：在給發(fā)光二極管加上規(guī)定的反向偏置電壓時(shí)，流過發(fā)光二極管的反向電流，即從負(fù)極流向正極的電流。它是指：發(fā)光二極管 PN 結(jié)的結(jié)電容，一般為小于 100PF，此結(jié)電容愈小 愈好。其中發(fā)光強(qiáng)度是發(fā)光二極管的一項(xiàng)重要光參數(shù)，它表征了發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)的亮度。發(fā)光二極管的極限參數(shù)主要有兩項(xiàng)：一是極限功率 Pm；二是極限工作電流 Im。 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 17 頁 共 46 頁 17 發(fā)光二極管的三種參數(shù)中，除光參數(shù)是它特有的外，其他兩項(xiàng)參數(shù)的含義與普通二極管相同。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口放便。 數(shù)碼管在該電路中主要是顯示單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。顯示電路如圖 8所示。 這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，如圖 9所示。如圖中 (c)所示，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極