【正文】 常用于 8051 并行口的擴(kuò)展。因此，8051 通常需要擴(kuò)展。 擴(kuò)展的方法有兩種： 1）借用外部 RAM 地址來(lái)擴(kuò)展 I/O 端口；2）采用 I/O 接口芯片來(lái)擴(kuò)充。 （ 3） 8255A 與 AT89C51 的連接： 用 AT89C51 的 P0 口的 連接 8255 的片選信號(hào) CS 我們用89C51 的地址采用全譯碼方式，當(dāng) =0 時(shí)片選有 效 ,其他無(wú)效 , 用于選擇 8255 端口。 74LS373 簡(jiǎn)介 74LS373 是一種帶三態(tài)門(mén)的 8D 鎖存器，本設(shè)計(jì)應(yīng)用 74LS373作為 89C51 的 P0 口地址鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示。 1Q8Q 為 8 個(gè)輸出端。 OC 為輸出允許端：當(dāng) OC =0 時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)；當(dāng) OC =1 時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出高阻。 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽(yáng)和共陰之分。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常采用八段 LED 數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡(jiǎn)單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動(dòng)、價(jià)格低廉且壽 命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 LED 數(shù)碼管顯示器可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中采用這種結(jié)構(gòu)。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8+ 5V共陽(yáng)極共陰極aabbccddeeffgghh 圖 八段 LED 顯示器 LED 燈的顯示原理：通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形 。采用共陰極連接驅(qū)動(dòng)代碼，代碼見(jiàn)表 。四個(gè)方位上總共用 8個(gè) LED 數(shù)碼管接在單片機(jī)的 I/O 擴(kuò)展口 8255 上。如圖 所示。 看門(mén)狗硬件電路 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。 在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所謂的“看門(mén)狗”是指在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)軟件或硬件方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機(jī)或其它 CPU的運(yùn)行情況。在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門(mén)狗的設(shè)計(jì)一般采用硬件和軟件兩種方式。 硬件看門(mén)狗是指一些集成化的或集成在單片機(jī)內(nèi)的專用看門(mén)狗電路，它實(shí)際上是一個(gè)特殊的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出脈沖。而當(dāng)程序運(yùn)行異常時(shí)，看門(mén)狗超時(shí)發(fā)出溢出脈沖，通過(guò)單片機(jī)的 RESET 引腳使單片機(jī)復(fù)位。目前常用的集成看門(mén)狗電路很多，如 MAX705~70 MAX813L、 X5043/5045 等。 MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門(mén)狗監(jiān)控等功能。 圖 MAX692 引腳 VOUT：電源輸出引腳。 GND：接地。 PFO ：電池故障輸出。 RESET ：復(fù)位輸出引腳，低電平有效。 MAX692 在本設(shè)計(jì)中的使用： WDI 是看門(mén)狗監(jiān)測(cè)輸入腳，接到 CPU的一個(gè)專用 I/O 口或一個(gè)總線上，這里接到 口上。 MAX692 的 WDI 定時(shí)周期是 ，復(fù)位脈沖寬度是 200ms。 紅外對(duì)管檢測(cè)電路 車(chē)輛檢測(cè)傳感器的類型主要有壓力檢測(cè)器、磁感應(yīng)式檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、紅外對(duì)管檢測(cè)器、雷達(dá)檢測(cè)器等。 紅外對(duì)管檢測(cè)電路由紅外發(fā)射電路和紅外接收管電路組成。發(fā)射信號(hào)經(jīng)頻率調(diào)制后一般接收距離可超過(guò) 10 米，無(wú)干擾時(shí)可超過(guò) 30 米。一般有透明、黑色和深藍(lán)色等三種。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約 100mW。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。 本設(shè)計(jì)中的紅外對(duì)管檢測(cè)電路如圖 所示。其中 口接?xùn)|西路口紅外對(duì)管，用來(lái)檢測(cè)東西方向車(chē)輛情況； 口接南北路口紅外對(duì)管，用來(lái)檢測(cè)南北方向車(chē)輛情況。 圖 紅外對(duì)管檢測(cè)電路 驅(qū)動(dòng)和放大電路 為了提高數(shù)碼管的亮度，和使單片機(jī)正常工作，以使蜂鳴器正常報(bào)警，常使用驅(qū)動(dòng)電路 。 本設(shè)計(jì)采用 74LS244 作為同相驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)燈和段選碼；采用 74HC240 作為反相驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管位選碼；采用 74LS04 作為反相驅(qū)動(dòng)芯片和放大芯片，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。地址鎖存器就是一個(gè)暫存器，它根據(jù)控制信號(hào)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來(lái)。當(dāng)片選信號(hào)為低電平時(shí)，輸入和對(duì)應(yīng)的輸出同相；當(dāng)片選信號(hào)為高電平時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出截止，為高阻態(tài)。 表 74LS244 真值表 輸入 (1G ,2G =0 時(shí) ) 輸出 (Y) A B 1Y 2Y 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 74LS244 引腳如圖 所示。當(dāng)片選信號(hào)為低電平時(shí)，輸入和對(duì)應(yīng)的輸出反相；當(dāng)片選信號(hào)為高電平時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出截止，為高阻態(tài)。 表 74HC240 真值表 輸入 (1G ,2G =0 時(shí) ) 輸出 (Y) A B 1Y 2Y 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 74HC240 引腳如圖 所示。 圖 74LS04 引腳 紅外線接收放大電路由紅外線接收管和非門(mén)電路 74LS04 組成的電壓放大器組成，如圖 所示。由紅外線接收管（ VDL） 將接收到的紅外反射信號(hào)變?yōu)殡娒}沖后，通過(guò) C R23 加至電壓放大器的輸人端，進(jìn)行脈沖幅度的放大，然后輸入到單片機(jī)的 I/O 接口上。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4 組。 圖 信號(hào)燈的連接 在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有 6個(gè)，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈， 南北綠燈，南北黃燈。 共有 3 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（ EEH）；東西黃燈亮，南北黃燈亮（ DBH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（ F5H）。 在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由 MOV 指令將十六進(jìn)制碼送入 P0 口。 報(bào)警電路和按鍵控制電路 （ 1）報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 NPN 三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到 單片機(jī)上的引腳輸出為低電平， 74LS04 輸出為高電平， NPN 導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)， 74LS04 輸出為低電平， NPN 截止，蜂鳴器停止蜂鳴。 圖 報(bào)警電路 （ 2）按鍵控制電路 本設(shè)計(jì)設(shè)置了 2 個(gè)獨(dú)立式按鍵： S11 鍵， S12 鍵。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如圖 所示。 1 秒的設(shè)定和 T0 定時(shí)器 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定 1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。其中 T0 定時(shí)又有兩種方法：中斷和查詢。 （ 1）定時(shí)器工作原理 定時(shí)器工作的基本原理 其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值，這個(gè)初值是送到 TH 和 TL 中的。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì) 數(shù) 初 值 設(shè) 定 為 TC 可 得 到 如 下 計(jì) 算 通 式 ： TC M C?? （ ） 式中： M為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)算通式變?yōu)椋? ? ?T M TC T?? 計(jì) 數(shù) （ ） 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。這就是為什么掃描周期為 50ms 的原因， 若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。 （ 2） 1 秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為 20 的軟件計(jì)數(shù)器和使T0 定時(shí) 50 毫秒．這樣每當(dāng) T0到 50 毫秒時(shí) CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。 1）主程序： 定時(shí)器需定時(shí) 50 毫秒，故 T0 工作于方式 1。令 T0 為定時(shí)器方式 1 MOV TH0,3CH 。 MOV IE,82H 。啟動(dòng) T0 計(jì)數(shù)器 MOV RO,14H 。循環(huán)等 待中斷 2） T0 中斷服務(wù)子程序： ORG 000BH AJMP BRTO ORG 0300H BRTO: MOV TH0,3CH 。 DJNZ R0,NEXT MOV R0,＃ 14H 。跳轉(zhuǎn)到時(shí)間及信號(hào)燈顯示子程序 NEXT: RET1 END 本設(shè)計(jì)中的 T0 中斷子程序 流程圖如圖 所示。以 IT0 為例， IT0=0，為電平觸發(fā)方式， IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用邊沿觸發(fā)方式， IE0 為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號(hào)則置位，中斷服務(wù)子程 序響應(yīng)后， IE0 自動(dòng)清零。 在優(yōu)先級(jí)的允許下，一旦有外部中斷信號(hào)產(chǎn)生，單片機(jī) CPU首先保護(hù)斷點(diǎn)， PC 值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用 RETI 指令返回，此時(shí) CPU 會(huì)從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回 PC，程序再正常執(zhí)行。本設(shè)計(jì)中的東西、南北路口紅外檢測(cè)中斷子程序流程圖如圖 所示。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定 1ms 的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。 開(kāi) 始結(jié) 束1 m s 延 時(shí) 預(yù) 定 值是 否 夠 1 m s ?延 時(shí)NY 圖 1ms 延時(shí)子程序流程圖 時(shí)間顯示子程序 本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方式。對(duì)每位數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，如此循環(huán)。在動(dòng)態(tài)顯示方式中，同一時(shí)刻，只有一位 LED 數(shù)碼管在顯示，其他各位是關(guān)閉的。不能 太小，因而發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太小，發(fā)光太弱人眼無(wú)法看清。該系統(tǒng)的時(shí)間顯示子程序流程圖如圖 所示。利用 T0 定時(shí)器中斷，每中斷一次是 50ms，并使 R4 中的數(shù)值加 1，則當(dāng) R4=10 時(shí)，正好是 ，再利用循環(huán)指令，判斷 R4 是否等于 10，若等于則跳出循 環(huán)；否則反復(fù)循環(huán)，使黃燈持續(xù)亮或滅 ，即達(dá)到閃爍效果。 開(kāi) 始結(jié) 束賦 5 s 初 值調(diào) 時(shí) 間 顯 示 子 程 序東 西 、 南 北 方 向 黃 燈 亮黃 燈 是 否 亮 0 . 5 s ？東 西 、 南 北 方 向 黃 燈 滅黃 燈 是 否 滅 0 . 5 s ？持 續(xù) 5 s ？NYNYYN 圖 黃燈閃爍 5s 子程序流程圖 檢測(cè)車(chē)流量與顯示子程序 本子程序中，首先要對(duì)斷點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，以防止顯示車(chē)流量時(shí)改變?cè)G燈初始值。本系統(tǒng)的檢測(cè)車(chē)流量與顯示子程序流程圖如圖 。本系統(tǒng)的報(bào)警子程序流程圖如圖 所示。 開(kāi) 始結(jié) 束P 3 . 1 = 1 ？P 1 . 7 = 1 ？P 2 . 4 = 0 ?南 北 路 口 紅 外 對(duì) 管 高 電 平 ？東 西 路 口 紅 外 對(duì) 管 高 電 平 ？南 北 路 口 紅 外 對(duì) 管 高 電 平 ？東 西 路 口 紅 外 對(duì) 管 高 電 平 ？P 2 . 5 = 0 ?倒 計(jì) 時(shí) 完 畢 ？倒 計(jì) 時(shí) 完 畢 ？設(shè) 定 紅 燈 時(shí) 間 初 值 顯 示 初 值初 始 化設(shè) 定 綠 燈 時(shí) 間 初 值顯 示 初 值啟 動(dòng) T 0 定 時(shí) 器東 西 方 向 紅 燈 倒 計(jì) 時(shí) ， 南 北 方 向 綠 燈 倒 計(jì) 時(shí)報(bào) 警 3 s檢 測(cè) 車(chē) 流 量顯 示 車(chē) 流 量黃 燈 閃 爍 5 s東 西 方 向 綠 燈 倒 計(jì) 時(shí) ， 南 北 方 向 紅 燈 倒 計(jì) 時(shí)報(bào) 警 3 s檢 測(cè) 車(chē) 流 量顯 示 車(chē) 流 量黃 燈 閃 爍 5 sYNYNYNYNNYYNYNYNNYYN 圖 交通燈控制器主程序流程圖 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)以 MSC51 系列單片機(jī)為核心，充分利用了 AT89C51和 8255A 芯片的 I/O 引腳，以 LED 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，該設(shè)計(jì)很好地完成了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，主要體現(xiàn)如下： 主干道和次干道可以分開(kāi)設(shè)置時(shí)間功能，使控制更加靈活；以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)在確保功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了控制系統(tǒng)操作方便、可靠性高、穩(wěn)定性好等要求。并通過(guò)“看門(mén)狗電路”來(lái)提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性，使控制器更加穩(wěn)定可靠。這是由于本身地理位置以及車(chē)流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)的思路技巧，特別是對(duì)匯編語(yǔ)言的掌握方面能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下了 良好的基礎(chǔ)。 致 謝 歲月如梭，光陰似箭。在畢業(yè)論文結(jié)尾之際，借此機(jī)會(huì)，我向在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我支持和幫助的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝！ 首先要感謝我的指導(dǎo)老師 —— 王笑宇老師。 其次我還要感謝在一起愉快的度過(guò)大學(xué)生活的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的全體老師還有同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。四年了，仿佛