電子信息工程技術(shù)畢業(yè)論文基于單片機(jī)交通燈控制設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、閩南理工畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的交通燈控制系 別： 電子系專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù)班 級(jí)： 一班姓 名： 學(xué) 號(hào)： 091031127指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：2012年5月目 錄摘要 . 2第1 章 概述31.1課題背景 31.1.1課題來源 .31.1.2市場(chǎng)需求 .31.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展.31.2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介 . . . . . .31.2.2單片機(jī)發(fā)展概述.41.2.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 6第2章 交通燈的硬件設(shè)計(jì)72.1 msc-51芯片簡(jiǎn)介 72.2移位寄存器74ls164102.3 led顯示器.102.3.1顯示器的結(jié)構(gòu)和原理102.3.2 led靜態(tài)顯示方

2、式112.3.3 led動(dòng)態(tài)顯示方式12第3章 交通燈的設(shè)計(jì)方案123.1設(shè)計(jì)要求133.2 基本原理133.3交通燈控制線路圖143.4印制電路板圖14 3.4.1印制電路板圖的設(shè)計(jì)要求14 3.4.2交通燈印制板圖15第4章 交通燈的軟件設(shè)計(jì)164.1延時(shí)設(shè)計(jì)164.1.1 硬件延時(shí)164.1.2 軟件延時(shí). . .174.2 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示184.2.1 74ls164 8位并行輸出串行輸入移位寄存184.2.2顯示原理184.2.3數(shù)碼管顯示器顯示184.3程序設(shè)計(jì)184.3.1流程圖18 4.3.2 程序源代碼194.3.3測(cè)試結(jié)果21設(shè)計(jì)感想22參考文獻(xiàn).23基于單片機(jī)的交通燈

3、設(shè)計(jì)【摘要】近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越普遍，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊?？縫lc控制,微系統(tǒng)控制。靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用89系列單片機(jī)at89c51和8位并行輸出串行輸入移位寄存器74ls164為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了通過at89c51芯片的p0、p2口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；顯示時(shí)間通

4、過at89c51的p3、0 p3、1口輸出到74ls164后并行輸出到七段數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。 【關(guān)鍵詞】單片機(jī)at89c51 led七段數(shù)碼管 74ls164移位寄存器第一章 概述1.1課題背景1.1.1課題來源19世紀(jì)初，在英國(guó)中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國(guó)倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號(hào)

5、燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長(zhǎng)桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號(hào)燈的中心裝上煤氣燈罩 ，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。從此，城市的交通信號(hào)燈被取締了。直到1914年，在美國(guó)的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通

6、大為改善。 黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國(guó)的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國(guó)”的抱負(fù)到美國(guó)深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長(zhǎng)的美國(guó)通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。 中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。 從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)

7、燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。1.1.2市場(chǎng)需求隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等地出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，交通事故的問題也越來越嚴(yán)重。因此交通燈控制系統(tǒng)是迫切需要的。1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.2.1單片機(jī)簡(jiǎn)介 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(yùn)算,邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳

8、送、中斷處理)的微處理器(cpu),隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram),只讀程序存儲(chǔ)器(rom),輸入輸出電路(i/o口),可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行通信口(sci),顯示驅(qū)動(dòng)電路(lcd或led驅(qū)動(dòng)電路),脈寬調(diào)制電路(pwm),模擬多路轉(zhuǎn)換器及a/d轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上,構(gòu)成一個(gè)最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng).這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù). 由此來看,單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能,它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能,這是單片機(jī)最大的特征. 然而單片機(jī)又不同于單板機(jī),芯片在沒有開發(fā)前,它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路,如果賦予它

9、特定的程序,它便是一個(gè)最小的、完整的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它與單板機(jī)或個(gè)人電腦(pc機(jī))有著本質(zhì)的區(qū)別,單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級(jí)應(yīng)用,需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù),用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序,從而使該芯片具備特定的功能. 不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征,即它們的技術(shù)特征均不盡相同,硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),用戶要使用某種單片機(jī),必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo).這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等,這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到.軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)

10、境,指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式,數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式,輸入輸出特性及對(duì)電源的要求等等.開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性,支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源.要利用某型號(hào)單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng),掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的. 單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng),可以軟件控制來實(shí)現(xiàn),并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化,現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在,例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等,單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛. 誠(chéng)然,單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益,更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制

11、方法和設(shè)計(jì)思想.是控制技術(shù)的一次革命,是一座重要的里程碑. 1.2.2單片機(jī)發(fā)展概述 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今,只有50年的時(shí)間,依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,從電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路,現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管,使得計(jì)算機(jī)體積更小,功能更強(qiáng).特別是近20年時(shí)間里,計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展,計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè),科研,教育,國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志. 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代,象fairchid公司研制的f8單片微型計(jì)算機(jī).所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(center p

12、rocessing unit,也即常稱的cpu)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、程序存儲(chǔ)器(rom)及其他i/o通信口集成在一塊芯片上,構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元,定時(shí)單元及a/d轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路,使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大,應(yīng)用更廣泛. 20世紀(jì)70年代,微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段,集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期,各種新材料新工藝尚未成熟,單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段,元件集成規(guī)模還比較小,功能比較簡(jiǎn)單,一般均把cpu、ram有的還包括了一些簡(jiǎn)單的i/o口集成到芯片上,象farichild公司就屬于這一類型,它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng).類似的單

13、片機(jī)還有zilog公司的z80微處理器. 1976年intel公司推出了mcs-48單片機(jī),這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī),并推向市場(chǎng).它以體積小,功能全,價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用,為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑. 在mcs-48的帶領(lǐng)下,其后,各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī),象zilog公司的z8系列.到了80年代初,單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段,象intel公司的mcs-51系列,motorola公司的6801和6802系列,rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司nec和hitachi都相繼開發(fā)了具有自己特色

14、的專用單片機(jī). 80年代,世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī),約有幾十個(gè)系列,300多個(gè)品種,此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化,大多集成了cpu、ram、rom、數(shù)目繁多的i/o接口、多種中斷系統(tǒng),甚至還有一些帶a/d轉(zhuǎn)換器的單片機(jī),功能越來越強(qiáng)大,ram和rom的容量也越來越大,尋址空間甚至可達(dá)64kb,可以說,單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段,應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛,許多家用電器均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路. 1982年以后,16位單片機(jī)問世,代表產(chǎn)品是intel公司的mcs-96系列,16位單片機(jī)比起8位機(jī),數(shù)據(jù)寬度增加了一倍,實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng),主頻更高,集成度達(dá)到了12萬只晶體管,r

15、am增加到了232字節(jié),rom則達(dá)到了8kb,并且有8個(gè)中斷源,同時(shí)配置了多路的a/d轉(zhuǎn)換通道,高速的i/o處理單元,適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng). 九十年代以后,單片機(jī)獲得了飛速的發(fā)展,世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強(qiáng)大的單片機(jī).美國(guó)microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容mcs-51的新一代pic系列單片機(jī),引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注,特別它的產(chǎn)品只有33條精簡(jiǎn)指令集吸引了不少用戶,使人們從intel的111條復(fù)雜指令集中走出來.pic單片機(jī)獲得了快速的發(fā)展,在業(yè)界中占有一席之地. 隨后的事情,熟悉單片機(jī)的人士都比較清楚了,更多的單片機(jī)種蜂擁而至,motorola公司相繼發(fā)布了mc68hc系列

16、單片機(jī),日本的幾個(gè)著名公司都研制出了性能更強(qiáng)的產(chǎn)品,但日本的單片機(jī)一般均用于專用系統(tǒng)控制,而不象intel等公司投放到市場(chǎng)形成通用單片機(jī).例如nec公司生產(chǎn)的ucom87系列單片機(jī),其代表作upc7811是一種性能相當(dāng)優(yōu)異的單片機(jī).motorola公司的mc68hc05系列其高速低價(jià)等特點(diǎn)贏得了不少用戶. zilog公司的z8系列產(chǎn)品代表作是z8671,內(nèi)含basic debug解釋程序,極大地方便用戶.而美國(guó)國(guó)半的cop800系列單片機(jī)則采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu).atmel公司則把單片機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的flash存儲(chǔ)技術(shù)完美地結(jié)合起來,發(fā)布了性能相當(dāng)優(yōu)秀的at89系列單片機(jī).包括中國(guó)的臺(tái)灣holtek

17、和winbond等公司也紛紛加入了單片機(jī)發(fā)展行列,憑著他們廉價(jià)的優(yōu)勢(shì),分享一杯美羹. 1990年美國(guó)intel公司推出了80960超級(jí)32位單片機(jī)引起了計(jì)算機(jī)界的轟動(dòng),產(chǎn)品相繼投放市場(chǎng),成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)重要的里程碑. 此期間,單片機(jī)園地里,單片機(jī)品種異彩紛呈,爭(zhēng)奇斗艷.有8位、16位甚至32位機(jī),但8位單片機(jī)仍以它的價(jià)格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占著主導(dǎo)地位.而intel公司憑著他們雄厚的技術(shù),性能優(yōu)秀的機(jī)型和良好的基礎(chǔ),目前仍是單片機(jī)的主流產(chǎn)品.只不過是九十年代中期,intel公司忙著開發(fā)他們個(gè)人電腦微處理器,已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導(dǎo)的單片機(jī)

18、技術(shù),而由philips等公司繼續(xù)發(fā)展c51系列單片機(jī). 1.2.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放,百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī),從8位、16位到32位,數(shù)不勝數(shù),應(yīng)有盡有,有與主流c51系列兼容的,也有不兼容的,但它們各具特色,互成互補(bǔ),為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地. 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì),大致有: 1.低功耗cmos化 mcs-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mw,而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mw左右,隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低,現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝).象80c51

19、就采用了hmos(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和chmos(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝).cmos雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而chmos則具備了高速和低功耗的特點(diǎn),這些特征,更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合.所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑. 2.微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(cpu)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(ram)、只讀程序存儲(chǔ)器(rom)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如a/d轉(zhuǎn)換器、pmw(脈寬調(diào)制電路)、wdt(看門狗)、有些單片機(jī)將lcd(液晶)驅(qū)動(dòng)電

20、路都集成在單一的芯片上,這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多,功能就越強(qiáng)大.甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片. 此外,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外,還要求其體積要小.現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式,其中smd(表面封裝)越來越受歡迎,使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展. 3.主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多,各具特色,但仍以80c51為核心的單片機(jī)占主流,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有philips公司的產(chǎn)品,atmel公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的winbond系列單片機(jī).所以c8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁

21、江山.而microchip公司的pic精簡(jiǎn)指令集(risc)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭,中國(guó)臺(tái)灣的holtek公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增,與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì),占據(jù)一定的市場(chǎng)分額.此外還有motorola公司的產(chǎn)品,日本幾大公司的專用單片機(jī).在一定的時(shí)期內(nèi),這種情形將得以延續(xù),將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面,走的是依存互補(bǔ),相輔相成、共同發(fā)展的道路. 第二章 控制交通燈的硬件設(shè)計(jì)2.1 msc-51芯片簡(jiǎn)介mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如圖2.1)8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ra

22、m)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(cpu)是整個(gè)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(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)：8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)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(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。圖2.1程序存

23、儲(chǔ)器(rom)：8051共有4096個(gè)8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置

24、最高頻率達(dá)12mhz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mcs-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)。下圖是mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.2。 圖2.2mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，

25、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位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751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位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：如圖2.3 圖2.3 pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051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

26、，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。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。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖2.4。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。圖2.4pin30:ale/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/

27、6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。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ale會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751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)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大

28、小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,ea端必須接地。在編程時(shí)，ea/vpp腳還需加上21v的編程電壓。2.2移位寄存器74ls16474ls164是8位并行輸出串行輸入移位寄存器，其功能真值表如表2-1所示 輸入 輸 出 清 除 時(shí) 鐘 a bqa qb qc l x x xl l l h l x xqa qb qh h h hh qa qg h l xl qa qg h x ll qa qg表2-1 74ls164真值表由于74ls164在低電平輸出時(shí)，允許灌入的電流可達(dá)8ma，故不需要再加驅(qū)動(dòng)器。串行輸入帶鎖存，時(shí)鐘輸入串行輸入帶緩沖。最高時(shí)鐘頻率可達(dá)36m

29、hz，功耗為10mw/bt。74系列工作溫度為070，vcc最高電壓為7v.2.3 led顯示器2.3.1 led顯示器的結(jié)構(gòu)和原理led數(shù)碼數(shù)碼管顯示器，由8只發(fā)光二極管組成。7只發(fā)光二極管排成“8”字形的7個(gè)段，另一段構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，各個(gè)段標(biāo)記如圖1所示。通過不同的組合，可用來顯示數(shù)字09、字母af及小數(shù)點(diǎn)“.”等。led顯示器的管腳配置如圖2.5（a）所示，其有共陰極和共陽極兩種接法，如圖(b)和圖(c)所示。共陰極led顯示器的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管陽極為“1”電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)光點(diǎn)亮。共陽極led顯示器的發(fā)光二極管的陽極接到電源上。當(dāng)要點(diǎn)亮某個(gè)發(fā)光二極管時(shí)，只要其陰極為“0”

30、電平即可。由于發(fā)光二級(jí)管排成“8”字型(a)管腳配置 (b)共陰極 (c)共陽極 圖2.5 led顯示器結(jié)構(gòu)要顯示某個(gè)字符時(shí)，將相應(yīng)字段點(diǎn)亮即可。例如，要顯示1，點(diǎn)亮b、c段；要顯示2，點(diǎn)亮a、b、g、e、d.。輸出點(diǎn)亮相應(yīng)的數(shù)碼稱字形碼，字形碼各位定義如表2-2所示。d7d6d5d4d3d2d1d0hgfedcba表2-22.3.2 led靜態(tài)顯示方式數(shù)碼數(shù)顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如bcd碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占

31、用i/o端口多如果希望占用較少的i/o口線同時(shí)又能驅(qū)動(dòng)較多的數(shù)碼管，可采用如圖2.6所示的串改并方案。 圖2.6 靜態(tài)顯示串改并電路2.3.3 led動(dòng)態(tài)顯示方式數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不

32、會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。第三章 交通燈的設(shè)計(jì)方案3.1設(shè)計(jì)要求（1）通過at89c51芯片的p1口和p2口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；（2）顯示時(shí)間通過at89c51的p3.0 p3.1口輸出到74ls164后并行輸出到七段數(shù)碼管顯示;（3）當(dāng)有救護(hù)車、消防車

33、等特殊車輛通過時(shí)，可以使四個(gè)方向均亮紅燈，當(dāng)救護(hù)車、消防車通過后恢復(fù)原有狀態(tài)。3.2基本原理東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。指示燈燃亮的方案如表3-1。255255255東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮 表3-1此表1說明：（1）當(dāng)東西道為紅燈，東西道車輛、行人禁止通行；南北道為綠燈，南北道車輛、行人通過。時(shí)間為25秒。（2）東西、南北道為黃燈，以提示南北道行人

34、或車輛下一個(gè)綠/紅燈即將到來。時(shí)間為5秒。（3）東西道為綠燈，東西道車輛、行人通過；南北道為紅燈，南北道車輛、行人禁止通過。時(shí)間為25秒。（4）東西道、南北道為黃燈，時(shí)間為5秒。（5）這樣如上表的時(shí)間和紅、黃、綠出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。3.3交通燈控制線路圖交通燈控制線路圖如圖3.1 圖3.1 3.4印制電路板圖3.4.1印制電路板的設(shè)計(jì)要求1印刷電路板的設(shè)計(jì)，從確定板的尺寸大小開始，印刷電路板的尺寸因受機(jī)箱外殼大小限制，以能恰好安放入外殼內(nèi)為宜，其次，應(yīng)考慮印刷電路板與外接元器件的連接方式。印刷電路板與外接元件一般是通過塑料導(dǎo)線或金屬隔離線進(jìn)行連接。但有時(shí)也設(shè)計(jì)成

35、插座形式。2布線圖設(shè)計(jì)的要求印刷電路板中各元件之間的接線安排方式如下：(1)印刷電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即，讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去，或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去，在特殊情況下如何電路很復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。(2)電阻、二極管、管狀電容器等元件有“立式”，“臥式”兩種安裝方式。立式指的是元件體垂直于電路板安裝、焊接，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省空間，臥式指的是元件體平行并緊貼于電路板安裝，焊接，其優(yōu)點(diǎn)是元件安裝的機(jī)械強(qiáng)度較好。(3)同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容

36、也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上。特別是本級(jí)晶體管基極、發(fā)射極的接地點(diǎn)不能離得太遠(yuǎn)，否則因兩個(gè)接地點(diǎn)間的銅箔太長(zhǎng)會(huì)引起干擾與自激，采用這樣“一點(diǎn)接地法”的電路，工作較穩(wěn)定，不易自激。(4)總地線必須嚴(yán)格按高頻中頻低頻一級(jí)級(jí)地按弱電到強(qiáng)電的順序排列原則，切不可隨便翻來復(fù)去亂接，級(jí)與級(jí)間寧肯可接線長(zhǎng)點(diǎn)，也要遵守這一規(guī)定。特別是變頻頭、再生頭、調(diào)頻頭的接地線安排要求更為嚴(yán)格，如有不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生自激以致無法工作。調(diào)頻頭等高頻電路常采用大面積包圍式地線，以保證有良好的屏蔽效果。(5)強(qiáng)電流引線（公共地線，功放電源引線等）應(yīng)盡可能寬些，以降低布線電阻及其電壓降，可減小寄生耦合而產(chǎn)生的自激。(6)阻抗高的走線盡量短，阻抗

37、低的走線可長(zhǎng)一些，因?yàn)樽杩垢叩淖呔€容易發(fā)笛和吸收信號(hào)，引起電路不穩(wěn)定。電源線、地線、無反饋元件的基極走線、發(fā)射極引線等均屬低阻抗走線，射極跟隨器的基極走線、收錄機(jī)兩個(gè)聲道的地線必須分開，各自成一路，一直到功效末端再合起來，如兩路地線連來連去，極易產(chǎn)生串音，使分離度下降。 3.4.2交通燈印制板圖印制電路板圖如圖3.2圖3.2第4章 交通燈的軟件設(shè)計(jì)4.1延時(shí)設(shè)計(jì)4.1.1 硬件延時(shí)延時(shí)方法可以有兩種一中是利用at89c51內(nèi)部定時(shí)器溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到th和tl中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢

38、出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為c和計(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)器模式，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)m為213；在方式1時(shí)m的值為2；在方式2和3時(shí)，m為28t=（mtc）t計(jì)數(shù) 或tcmtt計(jì)數(shù)t計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12倍；tc為定時(shí)初值如單片機(jī)的主脈沖頻率為6mhz，經(jīng)過6分頻方式0tmax2132微秒16384毫秒方式1tmax2162微秒131毫秒顯然1秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器且使to定時(shí)100毫秒每當(dāng)to到

39、100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。在中斷服務(wù)子程序中，cpu先使軟件計(jì)數(shù)器加1，然后判斷它是否為10。為10表示1秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。相應(yīng)程序代碼（）主程序定時(shí)器需定時(shí)100毫秒，故工作于方式。初值：tcmt t計(jì)數(shù)2100ms/2us=15536次=3cboh org 1000h start: mov tmod, #01h ; 令0為定時(shí)器方式 mov th0, #3ch ;裝入定時(shí)器初值 mov tl0, #0boh; setb et0 ;開中斷 sebt tr0 ；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 mov r1,#0ah ;軟件計(jì)數(shù)器賦初值loop:sjmp $；

40、等待中斷（）中斷服務(wù)子程序 org000bh ljmp t0 org000bh t0： inc r1 cjne r1, #00h,next mov r1,#0ah next: mov th0, #3ch ;重裝入定時(shí)器初值 mov tl0, #0boh; setb et0 retiend4.1.2 軟件延時(shí)所用at89c51單片機(jī)的工作頻率為6mhz。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/6m）=2us。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指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間。具體的延時(shí)程序分析： delay:mov r4,#08h 延時(shí)1秒

41、子程序 de2:lcall delay1 djnz r4,de2 retdelay1:mov r6,#0 延時(shí)125ms 子程序 mov r5,#0de1: djnz r5,$ djnz r6,de1 ret mov rn，#data 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機(jī)器周期數(shù)為1所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為2ms delay1 為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=131072us 約為125us delay r4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒由于單片機(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)。此方法會(huì)產(chǎn)生很大誤差。4.2時(shí)間及信號(hào)燈

42、的顯示4.2.1 74ls164 8位并行輸出串行輸入移位寄存如果希望占用較少的i/o口線同時(shí)又能驅(qū)動(dòng)較多的數(shù)碼管，可采用的串改并方案。74ls164是8位并行輸出串行輸入移位寄存器。4.2.2顯示原理當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。 4.2.3數(shù)碼管顯示器顯示程序從內(nèi)部ram的顯示緩沖區(qū)30h39h單元中取出要顯示的代碼。disp: mov r2,#10 ；置顯示位數(shù)計(jì)數(shù)器 mov r

43、0,#30h ；置顯示緩沖區(qū)首址loop1:mov a,ro ；取置顯示代碼 mov r1,#8 ；置移位次數(shù)計(jì)數(shù)器loop2:rrc a mov p3.0,c ；送串行數(shù)據(jù)輸出 setb p3.1 ；發(fā)移位時(shí)鐘 clr p3.1 djnz r1,loop2 inc r0 ；指向下一個(gè)代碼單元 djnz r2,loop1 ret4.3程序設(shè)計(jì)4.3.1流程圖流程圖見圖4.1按鍵是否按下紅綠黃燈依次點(diǎn)亮四個(gè)方向均亮紅燈結(jié)束開始yn圖4.1 4.3.2 程序源代碼程序源代碼： org 0000h ljmp mainorg 0003h ljmp int0 org 000bh ljmp t0 org

44、0030hmain:mov sp,#60h mov ip,#01h setb it0 setb ea setb ex0 setb et0 mov tmod,#01h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov scon,#00h mov r1,#00hstart:mov p1,#0ddh mov p2,#0bbh mov r2,#01h mov dptr,#tablestart1:mov r0,#1eh setb tr0 cjne r0,#04h,$ mov p1,#77h mov p2,#77h cjne r0,#00h,$ cjne r2,#01h,start dec r

45、2 mov p1,#0bbh mov p2,#0ddh ljmp start1t0:inc r1 cjne r1,#0ah,next lcall display mov r1,#00h dec r0next:mov th0,3ch mov tl0,0b0h retiint0:mov p1,#0ddh mov p2, #0ddhjnb p3.2,$ retidisplay:mov a,#00h movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti inc a movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti rettable：db 3f

46、h,4fh,6fh,5bh,7fh,5bh,07h,5bh,70h,5bh db 60h,5bh,66h,5bh,4fh,5bh,5bh,5bh,06h,5bh db 3fh,5bh,6fh,06h,7fh,06h,07h,06h,70h,06h db 60h,06h,66h,06h,4fh,06h,5bh,06h,06h,06h db 3fh,06h,6fh,3fh,7fh,3fh,07h,3fh,70h,3fh db 60h,3fh,66h,3fh,4fh,3fh,5bh,3fh,06h,3fh end4.3.3測(cè)試結(jié)果按下開關(guān)后個(gè)紅綠燈依次點(diǎn)亮，七段數(shù)碼管顯示時(shí)間;當(dāng)有救護(hù)車、消防車等特殊車輛通過時(shí)，可以使四個(gè)方向均亮紅燈，當(dāng)救護(hù)車、消防車通過后恢復(fù)原有狀態(tài)。 設(shè)計(jì)感想在大學(xué)的最后一個(gè)學(xué)期，學(xué)校為我們安排了為期一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，