【正文】 ）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1口： Pl口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻 的 8位雙向 I／ O口， Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ l”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸 出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash編程和程序校驗(yàn)期間， Pl接收低 8位地址。 P1口除了作為一般的 I／ 0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 31所示： 電氣工程學(xué)院 14 表 31 具有第二功能的 P1口引腳 端口引腳 第二功能： MOSI（用于 ISP編程） MOSI（用于 ISP編程） MOSI（用于 ISP編程） P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可 作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR指令）時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX@Ri指令）時(shí)， P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)， P2口 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ 0 口。 P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（ 吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì) P3口寫入“ l”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3口除了作為一般的 I／ 0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 32所示： 表 32 具有第二功能的 P3口引腳 端口引腳 第二功能： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外中斷 0 / INT1（外中斷 1） T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0外部輸入） T1（定時(shí)／計(jì) 數(shù)器 1外部輸入） / 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口還接收一些用于 Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR的 DISRT0位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRT0位缺省為 RESET輸出高電平打開狀態(tài)。 ALE/錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允 許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1／ 6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 15 用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。對(duì) F1ash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE操作。該位置位后，只有一條 M0VX和 M0VC指令 ALE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，或稱片外取指信號(hào)輸出端。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)二次有效（低電平），以通過數(shù)據(jù)總線 P0口讀回指令或常數(shù)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 F1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)， XTAL1與 XTAL2各接晶體的一 端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 AT89S51芯片最小系統(tǒng) 一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊 (如通信、數(shù)據(jù)采集等 )。 (1)時(shí)鐘電路 Y11 1 .0 5 9 2 MC1C2 圖 晶振電路圖 單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。單片機(jī)的時(shí)鐘 電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz、 、 12MHz、本系統(tǒng)采用 ，電容選 22pF或 30pF均可。 電氣工程學(xué)院 16 (2)復(fù)位電路 R2S1S W S P S TR3V C CC3E L E C T R O 1 圖 復(fù)位電路圖 系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位 ，手動(dòng)復(fù)位等。復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2 個(gè)機(jī)器周期 以上的高電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期 ，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱耍踔粮?。根?jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 (3) EA腳的功能及接法 單片機(jī)的 EA腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的 flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接 ROM來存儲(chǔ)程序，因此， EA腳必須接高電平。 車流量檢測(cè)模塊介紹 在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開關(guān) HJS18M14DNK檢測(cè)車流量。該傳感器工作電壓為直流 1030V，檢測(cè)距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在 25℃ ～55℃ 的溫 度條件下正常工作。當(dāng)有車輛通過光電開關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車流量的統(tǒng)計(jì)。 車流量檢測(cè)傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對(duì)當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測(cè)， 第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 17 并完成如下工作 : ，系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。 ，即紅綠燈時(shí)間值。 為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置 2個(gè)傳感器。分別檢測(cè)兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測(cè)不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期 ，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 光電開關(guān)的工作原理 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。其工作原理圖如 圖 ： 圖 光電開關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。 光電開關(guān)的分類 （ 1） 漫反射式光電開關(guān) 它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生電氣工程學(xué)院 18 了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的 表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。 （ 2） 鏡反射式光電開關(guān) 它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過 反射鏡 反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。 （ 3） 對(duì)射式光電開關(guān) 它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。 （ 4） 槽式光電開關(guān) 它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的 U 字 型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過 U 型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體 ,使用安全可靠。 （ 5） 光纖式光電開關(guān) 它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。 但光纖 式光電開關(guān) 有一些缺點(diǎn)：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 光電開關(guān)的應(yīng)用 隨著我國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開關(guān)自動(dòng)化元件將被普遍采用。應(yīng)用領(lǐng)域也在不 斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和 SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸、無損傷地檢測(cè)和控制各種固體。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快 、 檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。 目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞 識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 19 其它硬件介紹 發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的，如圖 。 R03KV C CY03KV C CG03KV C CGYR RYG03K03K03K 03K03K03KV C CV C CV C C V C CV C CV C CR Y G03K 03K 03KV C C V C C V C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3 P 1 4 P 1 5P 1 3 P 1 4 P 1 5 圖 信號(hào)燈的連接 七 段 LED 數(shù)碼管 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED的心 臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是 1至 5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 PN結(jié)的材料決定的。 LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命 長(zhǎng)、維護(hù)電氣工程學(xué)院 20 簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 SP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個(gè) LED數(shù)碼管就有 I根位選線和 8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平來加以控制。 由于交通燈數(shù)碼管沒有 SP位 ，本文主要討論共陰 七 段 LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 abfcgdeDPY[LEDgn ]1234567abcdef