單片機(jī),交通燈系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)

1、通信系統(tǒng)實(shí)習(xí)報(bào)告題目名稱： 模擬交通燈控制系統(tǒng) 姓 名： 聯(lián)系電話： 指導(dǎo)教師： 所在班級(jí)： 通信 所在學(xué)院： 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 提交時(shí)間： 2013年12月15日 目 錄1 引言52 交通燈控制系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)52.1 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)52.2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求72.2.1 顯示模塊功能72.2.2 按鍵模塊功能72.3 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理73 系統(tǒng)硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成93.2 單片機(jī)系統(tǒng)93.2.1 單片機(jī)引腳介紹103.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)143.3 顯示系統(tǒng)153.3.1 LED顯示153.3.2 數(shù)碼管顯示163.4 信

2、號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路173.5 鍵盤輸入電路184 系統(tǒng)軟件程序詳細(xì)設(shè)計(jì)194.1 程序主體設(shè)計(jì)流程194.2 子程序模塊設(shè)計(jì)194.3 protel的應(yīng)用215 系統(tǒng)測(cè)試215.1 裝配注意事項(xiàng)215.2 功能性的檢驗(yàn)225.2.1 仿真測(cè)試225.2.2 實(shí)物焊接結(jié)束后的測(cè)試225.3 指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量245.4 結(jié)果分析24總結(jié)與展望25致 謝26實(shí)習(xí)分工情況摘 要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。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)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)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)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路

3、口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(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STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和74HC245電路以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通過(guò)兩位一體共陰極數(shù)碼管顯示，并能通過(guò)按鍵對(duì)定時(shí)進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞：交通燈，單片機(jī)，顯示，計(jì)時(shí)1 引言 當(dāng)前，大量的信號(hào)燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，多值化方向發(fā)展隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。這些城市紛紛修建城市高速道路，

4、在高速道路建設(shè)完成初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。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(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測(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。2 交通燈控制系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持

5、續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過(guò)短暫的過(guò)渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說(shuō)明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1，周而復(fù)始，即如圖（圖2-1）所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，通過(guò)具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下： 圖2-1交通狀態(tài)東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)30秒。此

6、狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管4個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2-1所示。說(shuō)明：0表示滅，1表示亮。硬件

7、設(shè)計(jì)方面：本設(shè)計(jì)是由 STC89S52單片機(jī)作為主控器件，二位共陽(yáng)的數(shù)碼管， 8*8點(diǎn)陣作為受控器件的交通燈模擬系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)方面：程序的設(shè)計(jì)主要是控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。它包括系統(tǒng)的初始化程序、顯示子程序、定時(shí)器、時(shí)間轉(zhuǎn)換子程序。通過(guò)單片機(jī)運(yùn)行以上各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)源程序清單。2.2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。按鍵可以控制禁行、深夜模式、復(fù)位、東西通行、南北通行、時(shí)間加、時(shí)間減、切換等功能。共四個(gè)二位陰極數(shù)碼管，東南西北各一個(gè)顯示時(shí)間，四個(gè)數(shù)碼管的陰極都接到STC89C51的

8、P1口，陽(yáng)極接到74HC245芯片上，通過(guò)P0口控制74HC245芯片，起到驅(qū)動(dòng)放大作用。共12個(gè)發(fā)光二極管，四個(gè)路口每個(gè)路口各有一個(gè)紅（禁行）、黃（警告）發(fā)光二極管，四個(gè)路口的二極管接到P2口，按鍵接P3口。2.2.1 顯示模塊功能顯示模塊分?jǐn)?shù)碼管顯示和LED顯示，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈顏色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過(guò)”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來(lái)減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵時(shí)刻做出復(fù)雜判斷的一種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過(guò)”兩者

9、間作出合適的選擇 。通過(guò)兩種顯示結(jié)合，是本設(shè)計(jì)更合理可靠。2.2.2 按鍵模塊功能本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。按鍵可以設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，禁行狀態(tài)為數(shù)碼管均顯示“00”，紅燈全亮；復(fù)位按鍵可以將整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位；東西通行是東西方向的綠燈亮，南北方向上的紅燈亮；南北通行為南北方向上的綠燈亮，東西方向上的紅燈亮；時(shí)間加減可以設(shè)置通行和等待通行的時(shí)間；切換按鍵可以切換加減的方向時(shí)間。通過(guò)安檢模塊的控制，使得整個(gè)系統(tǒng)具有靈活性，實(shí)用性。2.3 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通

10、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STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和74HC245驅(qū)動(dòng)電路以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通過(guò)兩位一體共陰極數(shù)碼管顯示，并能通過(guò)按鍵對(duì)定時(shí)進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。在相同的時(shí)間里提高通車的質(zhì)量、效率。并能在高峰期根據(jù)實(shí)際狀況結(jié)合方程式控制按鈕來(lái)調(diào)整主次干道的通車時(shí)間，降低交通擁擠堵塞現(xiàn)象。并使交通控制系統(tǒng)具有緊急控制，使救護(hù)車、救護(hù)車通過(guò)時(shí)， 使兩個(gè)方向均亮紅燈，救護(hù)車和消防車通過(guò)后，恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，增加對(duì)出現(xiàn)特殊情況的處理能力。本單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)

11、燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮。如圖（圖2-2）所示：鍵盤設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過(guò)程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測(cè)和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測(cè)隨時(shí)調(diào)用中斷。 單片機(jī)紅黃綠信號(hào)燈8段LED數(shù)碼管復(fù)位電路最小系統(tǒng)外圍接口按鍵控制驅(qū)動(dòng)顯示 單片機(jī)圖2-2 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，

12、連接成最小系統(tǒng)，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)模塊和接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。3 系統(tǒng)硬件電路詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用stc89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、狀態(tài)燈、LED顯示、驅(qū)動(dòng)電路、按鍵等組成。其具體的硬件電路總圖如圖3-1所示。其中P0，P1，用于送顯LED數(shù)碼管的型和

13、位，P2用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，REST引腳接上復(fù)位電路，P3用于口按鍵控制。3.2 單片機(jī)系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國(guó)德克薩斯儀器公司的第一臺(tái)單片微型計(jì)算機(jī)（ 簡(jiǎn)稱單片機(jī)）TMS-1000 問(wèn)世以來(lái)，迄今為止，單片機(jī)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特分支，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，特別是在工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對(duì)某些物理量進(jìn)行定時(shí)采樣與控制的問(wèn)題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個(gè)階段：第一階段（19761978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索

14、階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機(jī)”一詞即由此而來(lái)。第二階段（19781982）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。（1）完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。（2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。（3）體現(xiàn)工控特性的地址空間及

15、位操作方式。（4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（19821990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。第四階段（1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，這些元件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)

16、存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、可靠性高、開發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的底成本、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。3.2.1 單片機(jī)引腳介紹單片機(jī)主要特點(diǎn)：（1）有優(yōu)異的性能價(jià)格比。（2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片

17、上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。（3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（5）外部總線增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)

18、范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。優(yōu)異的性能價(jià)格比。1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。2）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 VCC： STC89C52電源正端輸入，接

19、+5V。GND： 電源地端。XTAL1： 單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2： 系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp："EA&quo

20、t;為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。STC89C52可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部

21、的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)镾TC89C52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與E

22、PROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總

23、線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定

24、時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存

25、儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。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(wèn)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FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。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(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSE

26、N：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/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（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(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）單片機(jī)引腳圖如下：圖3-1 單片機(jī)引腳圖3.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。STC89C51共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P

27、2、P3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖

28、中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和11.0592MHz。當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C取22uF,R取1K。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就

29、是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)過(guò)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)圖如圖3-2所示 圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.3 顯示系統(tǒng)3.3.1 LED顯示 LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長(zhǎng)、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長(zhǎng)壽命、無(wú)毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)

30、，被稱為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于景觀照明和普通照明領(lǐng)域，我國(guó)已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國(guó)和第二大照明電器出口國(guó)。近幾年來(lái)，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度LED將是人類繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。 交

31、通燈利用發(fā)光二極管來(lái)顯示不同顏色的信號(hào)指示燈。圖3-3 LED燈3.3.2 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管：按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極

32、管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。由于它的價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。圖3-4 數(shù)碼管顯示3.4 信號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路74HC245譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A2），并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC245特有3個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（E1和E2）和一個(gè)高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4

33、片74HC245芯片和1個(gè)反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個(gè)1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC245亦可充當(dāng)一個(gè)8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74HC245作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí),譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間,這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)

34、制輸入碼和賦能輸入條件,從8 個(gè)輸出端中譯出一個(gè) 低電平輸出。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒相器,擴(kuò)展成24 線譯碼器不需外接門;擴(kuò)展成32 線譯碼器,只需要接一個(gè)外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。 圖3-5 74HC245電路圖 設(shè)計(jì)中將1腳接VCC，19腳接地，整個(gè)芯片是輸入端輸入高則輸出端輸出高，輸入端輸入低則輸出端輸出地，只是相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)作用。3.5 鍵盤輸入電路單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而

35、矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界

36、區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長(zhǎng)的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200毫秒以避開抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時(shí)間不到10200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3-7所示： 圖3-

37、7 鍵盤控制電路圖4 系統(tǒng)軟件程序詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1 程序主體設(shè)計(jì)流程全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等。整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖（圖4-1）所示。 設(shè)置字型碼和字位碼，完成顯示初始化外部中斷定義狀態(tài)數(shù)組宏定義返回while(1)函數(shù)進(jìn)入while(1)循環(huán)I/O初始化定義字位碼函數(shù)定義共陰極字型編碼表調(diào)用顯示控制函數(shù)void display（）進(jìn)入主函數(shù)main()定義函數(shù)變量并初始化定時(shí)器

38、0初始化調(diào)用Buzzer()函數(shù) 圖4-1系統(tǒng)總的流程圖4.2 子程序模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊的控制是調(diào)用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。INT1INT0 南北通行東西通行東西綠燈亮南北紅燈亮東西綠燈亮南北紅燈亮保持中斷保持中斷中斷返回

39、中斷返回 圖4-2中斷子程序定時(shí)中斷子程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，定時(shí)器一但啟動(dòng)，它便在原來(lái)的數(shù)值上開始加1計(jì)數(shù)，若在程序開始時(shí)，我們沒(méi)有設(shè)置TH0和TL0，它們的默認(rèn)值都是0，假設(shè)時(shí)鐘頻率為12MHz，12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，那么此時(shí)機(jī)器周期為1us，記滿TH0和TL0就需要216 -1個(gè)數(shù)，再來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器溢出，隨即向CPU申請(qǐng)中斷。因此溢出一次共需65536us,約等于65.6ms，如果我們要定時(shí)50ms的話，那么就需要先給TH0和TL0裝一個(gè)初值，在這個(gè)初值的基礎(chǔ)上記50000個(gè)數(shù)后，定時(shí)器溢出，此時(shí)剛好就是50ms中斷一次，當(dāng)需要定時(shí)1s時(shí)，我們寫程序時(shí)當(dāng)產(chǎn)生20次50ms的定時(shí)器中

40、斷后便認(rèn)為是1s，這樣便可精確控制定時(shí)時(shí)間啦負(fù)責(zé)完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個(gè)狀態(tài)的處理切換。中斷子程序包括數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新程序和各狀態(tài)處理程序。中斷程序的流程圖如圖所示。定義1s定時(shí)中斷入口設(shè)置字型碼和字位碼，完成數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示啟動(dòng)定時(shí)器中斷 關(guān)閉定時(shí)器0初始化定時(shí)器0 計(jì)數(shù)變量自加1 圖4-3 定時(shí)中斷流程圖4.3 protel的應(yīng)用  Protel軟件是由澳大利亞的Protel Technolgy公司推出的，一直是從事印刷電路板設(shè)計(jì)的首選軟件。在1990年，Protel軟件由DOS平臺(tái)發(fā)展到Windos平臺(tái)，是世界上第一家運(yùn)行在Windos平臺(tái)的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件。

41、Protel 99 SE是由Protel 99版本發(fā)展而來(lái)的，是基于Windos環(huán)境下的EDA軟件。Protel 99 SE主要的功能模塊電路原理圖(Schematic)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器，用于修改、生成原件符號(hào)的元件庫(kù)編輯器以及各種報(bào)表的生成器。印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括用于設(shè)計(jì)電路板的PCB編輯器，用于PCB自動(dòng)布線的Route模塊。用于修改、生成元件封裝的元件封裝庫(kù)編輯器以及各種報(bào)表的生成器?？删幊踢壿嬈骷≒LD）設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括具有語(yǔ)法意識(shí)的文本編輯器、用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的PLD模塊。電路仿真(Simulate)模塊。該模塊主要包括一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)/?；旌闲盘?hào)電路仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)仿真。5 系統(tǒng)測(cè)試5.1 裝配注意事項(xiàng) 1）元件需插在板子的本面即沒(méi)有焊盤的一面。 2) 元件具體位置參見(jiàn)裝配圖.特別是有極性元件不要接反,否則就會(huì)燒壞.。5.2 功能性的檢驗(yàn) 5.2.1 仿真測(cè)試圖5-1 定時(shí)中斷流程圖5.2.2 實(shí)物焊接結(jié)束后的測(cè)試圖5-2 運(yùn)行截圖5.3 指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量 點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)加 9015后驅(qū)動(dòng)電流 I=(Vcc-2.4-0.3)/R=0.41A,R=5.6k. 本系統(tǒng)對(duì)電壓的要求是本系統(tǒng)對(duì)電壓的要求為 +5V，整個(gè)電路運(yùn)用的是專用的穩(wěn)壓集成塊 LM7805電路提供電壓，經(jīng)測(cè)量