【正文】 外置振蕩電容。 INTEL 的 MCS 一 51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS． 96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu) 。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 3． 2 MCS． 5l 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 由如下 功能部件 組成 (1)微 處理器 (CPU)； (2)數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器（ RAM)； (3)程序 存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM）， 8031 沒有此插件； (4)4 個(gè) 8 淵亍 I／ 0I1(P0 口、 Pl 口、 P2 L]、 P3 口 )： (5)1 個(gè)串行口； (6)2 個(gè) 16 位競(jìng)爭(zhēng)士器／計(jì)數(shù)強(qiáng) (7)中斷系統(tǒng) (8)特殊功能害 Fi 與．器 (SFR) MCS． 51 系列單片機(jī)中的 803 805l 及 875l 均采用 40Pin 封裝的雙列直接DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位 32 個(gè) I／ 0 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 Pin9： RESE/ Vpd 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8031 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。此外， RESET／ Vpd 還是 Vet 掉電 期間，此引腳可以接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端將有一個(gè) 1／ 6 位的時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， PROG 將用于輸入編程脈沖。 Pin31： EA／ Vpp 程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 807l 單片機(jī)，內(nèi)置有4kB 的程序存儲(chǔ)器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的 803l， EA 端必須接地。 3． 3． 2 外部程序存儲(chǔ)器 2764 由于 803l 單片機(jī)內(nèi)部無程序存儲(chǔ) 器，所以必須擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，用 來存放程序表格常數(shù)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲(chǔ)芯片的產(chǎn)量劇增，售價(jià)不下降，致使一些小容量芯片價(jià)格高于大容量芯片，比如 271 2732 價(jià)格較貴，且大容量存儲(chǔ)器性能價(jià)格比較明顯較高。 2764 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 為 8KX8 位容量的紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，采用單 +5v 電源，工作電流75mA，維護(hù)電流位 35mA，讀出時(shí)間最大 為 250ns， 28 腳雙列直插式封裝。 CE/PG OE Vpp D7~D0 讀入 低 高 +5V 程序讀出 未選中 高 X +5V 高阻 編程 +25V 程序?qū)懭? 程序校正 低 低 +25V 程序讀出 編程禁止 低 高 +25V 高阻 3． 3． 3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 該芯片具有功耗低的特點(diǎn)。引腳狀態(tài)如表 3． 2 所示。為了將它們分離出來，以便同單片機(jī)機(jī)外的擴(kuò)展芯片正確連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。 74LS373 是一種帶有三態(tài)門的 8D 鎖存器， 其引腳如圖 3． 4 所示。當(dāng)訪信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 3． 4 74LS373 封裝圖 OC C D Q 0 1 1 1 0 0 X 不變 1 X X 高阻態(tài) 表 3． 3 74LS373 功能表 3． 3． 5 地址譯碼器 74LS 139 譯碼法就是使用譯碼器對(duì) MCS． 5l 的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器的輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。譯碼電路可以使用現(xiàn)有的譯碼器芯片。它們使用靈活，完全可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的要求來組合譯碼，產(chǎn)生片選信號(hào)。 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，選擇譯碼芯片 74LSl39。 74LSl39 真值表如表 3． 4 所示 ： 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 3． 5 74LSl39 引腳圖 3． 4 顯示部分的設(shè)計(jì) 803l 雖然有 4 個(gè) 8 位 I／ O 端口，但真正能提供借用的只 有 Pl 口，因?yàn)?P2和 P0 口通常用于外部傳送地址和數(shù)據(jù)， P3 口也有他的第二功能。由于我們用外輸出時(shí)間時(shí)，時(shí)間的個(gè)位，十位，信號(hào)燈的顯示都要用到一個(gè) I／ O 端口，顯然 803l 的端口是不夠，需要擴(kuò)展。 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對(duì)應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。通常 A 口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。它們分別與端口 A／ B 配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。方式控制字格式說明 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志， l 有效。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。這時(shí) A 121 或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出， C El 的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí) C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 要使行人能看見信號(hào)燈的情況，必須把 8255 輸出的信號(hào)進(jìn)行放大， 這里我們用 vT 為雙向晶閘管當(dāng)門極為高電平時(shí)晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；平時(shí)關(guān)斷，該支路指示燈滅。驅(qū)動(dòng)代碼如表 3． 5 所示。 由于 8031 是分時(shí)對(duì) 8255和存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問所以 8031 的 PO 口不會(huì)發(fā)生沖突Ⅵ為雙向晶閘管，當(dāng)門極為高電平時(shí)晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮。 3． 5 電源部分的設(shè)計(jì) 經(jīng)整流濾波后的輸出電壓，雖然脈動(dòng)程度較小，但輸出電壓不穩(wěn)定，其原因首先 是當(dāng)交流電源電壓波動(dòng)時(shí)，輸出直流電壓隨之而波動(dòng)，其次當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，變壓器、整流電路等內(nèi)阻上壓降改變，輸出直流電壓也隨之改變，輸出直流電壓不穩(wěn)定對(duì)設(shè)備的工作是不利，因而必須采用穩(wěn)壓電路。其要求輸出電壓 U=5v，因此選用兩個(gè) W7805 集成穩(wěn)壓器。由 W7805 的性能參數(shù)表可知，它的最大輸出電流，而我們?cè)O(shè)計(jì)的輸出電流僅需 lA 因此能滿足要求。 整流電路輸出的電壓是單向脈動(dòng)電壓，其中含有較大的脈動(dòng)份量，因此必須在整流電路后加接濾波電路，是脈動(dòng)電壓變成平滑的電壓，接近于理想的直流電壓。 C C C C8 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 是防震電容，使用集成穩(wěn)壓器時(shí)，提高電源穩(wěn)壓性能和減小輸出波紋，主要是集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路的調(diào)整作用，所以防震電容取值較小，一般取為 0． 1μ F 的電容即可。 同理， +12V電源如圖 3． 7 所示。其中 C C1 C1 C15 均為 1000μ F 電容。 圖 3． 6 177。 12V電源 3． 6 控制器的延時(shí)設(shè)計(jì) 3． 6． 1 每秒鐘的設(shè)定 延時(shí)的方法有兩種，一種是利用 MCS． 51 內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷來確定 1秒的時(shí)間，另一種是采用軟件延時(shí)的方法。兩種工作模式，計(jì)數(shù)器工作模式和定時(shí)器工作模式。結(jié)構(gòu)如圖 3． 8 所示。 工作方式控制寄存器 TMOD8 位分為兩組，高 4 位控制 Tl，低 4 位控制 T0。 1： 用外中斷引腳 (INT0’或 INTl‘ )上的高電平來啟動(dòng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器運(yùn)行。 0 1 方式 l， 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 (3)C／ T計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位 0：定時(shí)器模式。 定時(shí)器／計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 低 4 位與外部中斷有關(guān)。 框圖如圖 所示 ： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 定時(shí)計(jì)數(shù)器的方式 0 結(jié)構(gòu)框圖 方式 0 為 13 位的計(jì)數(shù)器， C/T 位控制的電子開關(guān)決定了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 的工作模式。為 l 時(shí)電子開關(guān)打在 下面，為計(jì)數(shù)器工作模式。 5 引腳上的外部輸入脈沖，當(dāng)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加 l。為 0 時(shí) A 點(diǎn) (見圖 5— 2)是否計(jì)數(shù)，僅取決于 TRX 的狀態(tài)。計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)是由 TRX 和 INTX+二個(gè)條件來控制的。結(jié)構(gòu)圖如圖 3． 10 所示。 M MO=IO，等效框圖如圖 3． 11 所示。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的方式 2 工作過程如圖 3． 16 所示 (X=0， 1)。精確的確定定時(shí)時(shí)間。增加一個(gè)附加的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，從而使 MCS 一 51 具有 3 個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。 Tl 方式 3 時(shí)相當(dāng)于 TRI=0，停止計(jì)數(shù) (此時(shí) T1 可用來作串行口波特率產(chǎn)生器 )。 TL0使用 T0的狀態(tài)控制位 C/T+、GATE、 TRO、而 TH0 被固定為一個(gè) 8 位定時(shí)器 (不能作外部計(jì)數(shù)模式 )，并使用定時(shí)器 T1 的狀態(tài)控制位 TRl 和 TFl，同時(shí)占用定時(shí)器 Tl 的中斷請(qǐng)求源 TFl。他是以加法計(jì)數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。 3． 6． 3 軟件延時(shí) MCS． 51 的工作頻率為 2． 12MHz，我們選用 的 803l 單片機(jī)的工作頻率為 6MHz。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時(shí)間 機(jī)器周期數(shù)為 1 3． 7 看門狗技術(shù)和掉電保護(hù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用 由于單片機(jī)自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣，噪聲大的場(chǎng)合，常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)因?yàn)槭芡饨绺蓴_而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。 一個(gè)完 整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)軟、硬件的結(jié)合體，在系統(tǒng)正常工作時(shí)，會(huì)受到各種外界干擾因素的影響。因此單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)一定要考慮系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)苛刻環(huán)境下正常運(yùn)行。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所謂的看門狗是指在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過軟件方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機(jī)或其他 CPU的運(yùn)行情況。單片機(jī)系統(tǒng)中看門狗的設(shè)計(jì)一般采用硬件和軟件結(jié)合兩種方式。 使用看門狗首先在初始化程序中設(shè)置好定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的方式控制寄存器(TMOD)和定時(shí)時(shí)間的初值，并開中斷。在定時(shí)器的中斷程序中設(shè)置一條無條件轉(zhuǎn)移指令，將程序計(jì)數(shù)器 PC 轉(zhuǎn)移到初始化程序的入口。當(dāng)然，如果片內(nèi) 的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器被占用，就需要尋求其他的設(shè)計(jì)方式了。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出脈沖，從實(shí)現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結(jié)合的技術(shù)，硬件電路連接好后，在程序中是當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復(fù)位的指令 ，保證程序正常運(yùn)行時(shí)看門狗不溢出。這種方式中，看門狗能否可靠有效地工作，于硬件組成及軟件的控制，策略都有密切的關(guān)系。 看門狗電路可以分為內(nèi)看門狗和外看門狗。對(duì)于沒有看門狗定時(shí)器的單片機(jī)或是認(rèn)為內(nèi)部看門狗不可靠時(shí)，可以采用外部看門狗定時(shí)器。這里，以專用芯片 MAX692 作為看門狗的電路。引腳說明如下。 VBATT：后備電池輸入端 MAX692WDI 是看門狗檢測(cè)輸入腳，接到 CPU的一個(gè)專用 I/O 口或一個(gè)總線上。如果 WDI 保持高或低超過看門狗的定時(shí)周期 (1． 6s)， /RESET 端將發(fā)生 200ms 的負(fù)脈沖使 CPU復(fù)位。 主程序流程圖如圖 4． 1 所示。車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對(duì)路口車流量進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時(shí)間。相等為 1 個(gè)狀態(tài)， a 路口大于 b 路口分成 5個(gè)狀態(tài)， b 路口大于 a 路口分成 5 個(gè)狀態(tài)。 當(dāng) a路口與 b路口比值為 l時(shí)， a路口與 b路口的紅綠燈時(shí)間為基準(zhǔn)時(shí)間 45 秒。當(dāng) a 路口的車流量大于 b 路口的車流量時(shí)， a 與 b 的比值大于 l。為 時(shí)， a 路口綠燈時(shí)間增 3 秒，紅燈時(shí)間減少 3 秒。 為 時(shí)， a 路口綠燈時(shí)間增加 9 秒，紅燈時(shí)間減少 9 秒。等于 時(shí) a 路口綠燈時(shí)間增加 15 秒，紅燈時(shí)間減少 15 秒。紅綠燈最大改變量綠燈變?yōu)?63 秒，紅燈變?yōu)?27 秒。 B 路口車流量大于 a 路口車流量與之相同。程序流程圖如圖 4． 3 所示 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27