《基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)應(yīng)用教程》課件第3章

任務(wù)３汽車轉(zhuǎn)向燈控制3.1任務(wù)內(nèi)容與分析

3.2任務(wù)實(shí)施3.3任務(wù)相關(guān)知識

3.1任務(wù)內(nèi)容與分析

1.任務(wù)內(nèi)容

安裝在汽車不同位置的信號燈是汽車駕駛員之間及駕駛員向行人傳遞汽車行駛狀況的語言工具。任務(wù)3利用單片機(jī)制作一個(gè)模擬汽車左、右轉(zhuǎn)向燈的控制系統(tǒng)，便于讀者熟悉單片機(jī)并行口的應(yīng)用。

2.任務(wù)分析

既然要模擬汽車左、右轉(zhuǎn)向燈，那么首先要熟悉轉(zhuǎn)向燈顯示狀態(tài)，如表3-1所示。可以采用兩個(gè)LED來模擬汽車左轉(zhuǎn)向燈和右轉(zhuǎn)向燈，用單片機(jī)的P1.0和P1.1腳控制LED的亮、滅狀態(tài)。駕駛員發(fā)出的信號燈顯示命令用撥動(dòng)開關(guān)來模擬，單片機(jī)P1口的P1.2和P1.3用來連接兩個(gè)撥動(dòng)開關(guān)。如圖3-1所示，當(dāng)開關(guān)S0撥至位置2時(shí)，P1.2腳為低電平，P1.2=0；當(dāng)S0撥至位置1時(shí)，P1.2腳為高電平，P1.2=1；同理，當(dāng)開關(guān)S1分別撥至位置1、2時(shí)，P1.3腳分別為高、低電平。圖3-1汽車轉(zhuǎn)向燈電路示意圖用撥動(dòng)開關(guān)S0、S1的位置狀態(tài)模擬駕駛員命令，如表

3-2所示。

3.2任務(wù)實(shí)施

步驟1：設(shè)計(jì)硬件電路。單片機(jī)的P1.0腳控制左轉(zhuǎn)向燈，P1.1腳控制右轉(zhuǎn)向燈，P1.2、P1.3腳分別連接撥動(dòng)開關(guān)來模擬駕駛員發(fā)出的命令，如圖3-2所示。圖3-2模擬汽車轉(zhuǎn)向燈電路圖步驟2：程序設(shè)計(jì)思路。將表3-1和表3-2內(nèi)容匯總成表

3-3，然后根據(jù)該表繪制程序流程圖，如圖3-3所示。圖3-3汽車轉(zhuǎn)向燈控制程序流程圖步驟3：根據(jù)流程圖編寫源程序。具體如下：

;*********汽車轉(zhuǎn)向燈控制程序*****************

;程序名：汽車轉(zhuǎn)向燈控制程序ARITH.A

;程序功能：用撥動(dòng)開關(guān)控制汽車指示燈

ORG0000H ;程序從地址0000H開始存放

AJMPSTART;低端地址單元留給中斷處理用

ORG0030HSTART:MOVP1,#0FFH ;使P1口鎖存器置位

NEXT:MOVA,P1 ;將P1口狀態(tài)讀入累加器A

JBACC.2,L1 ;判斷ACC.2是否為1，若是，則

跳轉(zhuǎn)到L1處執(zhí)行

SETBACC.0 ;若ACC.2不為1，則將ACC.0置

1(左轉(zhuǎn)向燈熄滅)

AJMPL2 ;跳轉(zhuǎn)到L2繼續(xù)執(zhí)行

L1:CLRACC.0;若ACC.2為1，則將ACC.0清0

(左轉(zhuǎn)向燈點(diǎn)亮)

L2:JBACC.3,L3;判斷ACC.3是否為1，若是，則跳轉(zhuǎn)

到L3處執(zhí)行

SETBACC.1

;若ACC.3不為1，則將ACC.1置1

(右轉(zhuǎn)向燈熄滅)

AJMPNEXT;跳轉(zhuǎn)到NEXT，繼續(xù)檢查撥動(dòng)開關(guān)狀態(tài)

L3:CLRACC.1

;若ACC.3為1，則將ACC.1清0

(右轉(zhuǎn)向燈點(diǎn)亮)

AJMPNEXT

;跳轉(zhuǎn)到NEXT，繼續(xù)檢查撥動(dòng)開關(guān)狀態(tài)

END;程序結(jié)束功能擴(kuò)展1：以上實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)亮相應(yīng)的LED來模擬汽車信號燈的控制。實(shí)際上，汽車轉(zhuǎn)向燈是按照閃爍方式點(diǎn)亮的，故修改程序時(shí)可按照LED閃爍方式點(diǎn)亮LED。圖3-4為參考流程圖。同時(shí)，參考“任務(wù)1”，自編源程序并進(jìn)行調(diào)試。圖3-4汽車轉(zhuǎn)向燈控制程序流程圖(閃爍燈)功能擴(kuò)展2：當(dāng)汽車出現(xiàn)故障時(shí)，除了LED閃爍外，增加蜂鳴器報(bào)警?？梢詤⒖紙D3-12使用晶體管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，在圖3-2的基礎(chǔ)之上添加一個(gè)蜂鳴器。當(dāng)汽車發(fā)生故障時(shí)，不僅兩個(gè)汽車轉(zhuǎn)向燈閃爍，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。該項(xiàng)功能請讀者自己動(dòng)手完成。

3.3任務(wù)相關(guān)知識

3.3.1認(rèn)識8051的輸入/輸出端口(I/O口)

8051突出優(yōu)點(diǎn)之一就是有四個(gè)輸入/輸出端口(即P0、P1、P2和P3)。這四個(gè)輸入/輸出端口的結(jié)構(gòu)大致相同，但其功能有差異，如表3-4所示。

1.?P0接口的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

P0為8位可位尋址的輸入/輸出端口，89S51的P0.0為39腳，P0.1為38腳，…，P0.7為32腳。圖3-5所示為P0其中一個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，P0口其他位的結(jié)構(gòu)與此相同。圖3-5P0內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)(一個(gè)位)

P0的特點(diǎn)如下：

(1)?P0的8位皆為漏極開路輸出(OpenDrain，OD)，內(nèi)部無上拉電阻，故實(shí)現(xiàn)I/O功能時(shí)，外部必須接上拉電阻

(10kΩ即可)。

(2)?P0口每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(3)若要實(shí)現(xiàn)輸入功能，必須先輸出高電平“1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)。

(4)若系統(tǒng)連接外部存儲器，則P0口可作為低8位地址總線(A0～A7)及8位數(shù)據(jù)總線(D0～D7)的多功能引腳，此時(shí)不用外接上拉電阻。

2.?P1接口的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

P1為8位可位尋址的輸入/輸出端口，89S51的P1.0為1腳，P1.1為2腳，…，P1.7為8腳。圖3-6所示為P1其中一個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，P1口其他位的結(jié)構(gòu)與此相同。圖3-6P1內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)(一個(gè)位)

P1的特點(diǎn)如下：

(1)?P1內(nèi)部具備約30kΩ的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)不需接外部上拉電阻。

(2)?P1口每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)四個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(3)若要實(shí)現(xiàn)輸入功能，必須先輸出高電平“1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)。

(4)若是89S51/89S52，進(jìn)行在線燒錄時(shí)，其中的P1.5當(dāng)作MOSI使用，P1.6當(dāng)作MISO使用，P1.7當(dāng)作SCK使用。

3.?P2接口的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

P2為8位可位尋址的輸入/輸出端口，89S51的P2.0為21腳，P2.1為22腳，…，P2.7為28腳，圖3-7所示為P2其中一個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，P2口其他位的結(jié)構(gòu)與此相同。圖3-7P2內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)(一個(gè)位)

P2的特點(diǎn)如下：

(1)?P2內(nèi)部具備約30kΩ的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)不需接外部上拉電阻。

(2)?P2口每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)四個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(3)若要實(shí)現(xiàn)輸入功能，必須先輸出高電平“1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)。

(4)若系統(tǒng)連接外部存儲器，而外部存儲器的地址線超過8根，則P2可作為高8位地址總線(A8～A15)引腳。

4.?P3接口的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

P3為8位可位尋址的輸入/輸出端口，89S51的P3.0為10腳，P3.1為11腳，…，P3.7為17腳，圖3-8所示為P3其中一個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，P3口其他位的結(jié)構(gòu)與此相同。圖3-8P3內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)(一個(gè)位)

P3的特點(diǎn)如下：

(1)?P3內(nèi)部具備約30kΩ的上拉電阻，實(shí)現(xiàn)輸出功能時(shí)不需接外部上拉電阻。

(2)?P3口每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)四個(gè)LS型TTL負(fù)載。

(3)若要實(shí)現(xiàn)輸入功能，必須先輸出高電平“1”，才能讀取該端口所連接的外部數(shù)據(jù)。

(4)?P3口的八個(gè)引腳的第二功能各異，如表3-5所示。3.3.28051輸出電路設(shè)計(jì)

1.驅(qū)動(dòng)LED輸出電路設(shè)計(jì)

LED因其體積小、耗電低，常被用作微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字電路的輸出裝置，用以顯示信號狀態(tài)。LED除有紅色、綠色、黃色外，近年來還出現(xiàn)了藍(lán)色和白色。亮度很高的LED甚至取代了傳統(tǒng)的燈泡，成為交通指示燈的發(fā)光器件，就連汽車的尾燈也開始流行使用LED。

LED具有二極管的特點(diǎn)。逆向偏壓時(shí)，LED將不發(fā)光；順向偏壓時(shí)，LED將發(fā)光。以紅色LED為例，順向偏壓時(shí)LED兩端約有1.7?V的壓降(比二極管大)，如圖3-9所示。圖3-9LED實(shí)物與特性曲線隨著通過LED的順向電流的增加，LED的亮度將更亮，而LED的壽命也將縮短，一般LED電流以10～20mA為宜。8051的輸入/輸出端口都是漏極開路的輸出，其中P1、P2與P3內(nèi)部有30kΩ的上拉電阻，因此不能從P1、P2或P3口流出10～20mA的電流。如果想從外面流入電流到8051的I/O口，則電流就可以大一點(diǎn)，如圖3-10所示。圖3-10輸出LED的連接根據(jù)LED電流以10～20mA為宜及順向偏壓時(shí)LED兩端約1.7V的壓降，可以推算出限流電阻R為

因此，對于TTL電平的數(shù)字電路或微型計(jì)算機(jī)電路，LED所串接的限流電阻大多為200～330Ω。若電阻越小，則LED越亮?！躌≤

2.驅(qū)動(dòng)蜂鳴器輸出電路設(shè)計(jì)

在微處理電路上的發(fā)聲裝置稱為蜂鳴器(Buzzer)。事實(shí)上，蜂鳴器就是一個(gè)小型喇叭(Speaker)，也是一種感性的負(fù)載，其廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件。圖3-11所示為一個(gè)12mm的蜂鳴器。圖3-1112mm蜂鳴器的外觀與尺寸市面上有兩種蜂鳴器，即有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲；而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。最簡單的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)方式就是利用三極管(以P1.5口為例)，如圖3-12所示。使用三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器適用于P1、P2、P3，而P0則還需連接一個(gè)10kΩ左右的上拉電阻。圖3-12使用晶體管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器

3.驅(qū)動(dòng)繼電器輸出電路設(shè)計(jì)

如果要利用8051來控制不同電壓或較大電流的負(fù)載(如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵和電燈等)，可通過繼電器(Relay)來傳達(dá)控制信號。繼電器在電子電路(弱電)與電氣電路(強(qiáng)電)的互相連接問題上起到橋梁作用。用在電路板上的繼電器，其體積都不大。如圖3-13所示為常用的IP繼電器。圖3-13IP繼電器(6腳)這種繼電器所使用的電壓有DC12V、DC9V、DC6V、DC5V等，通常會(huì)直接標(biāo)注在繼電器上。圖3-13的繼電器標(biāo)注為DC5V，其引腳圖如圖3-14所示。圖3-14繼電器結(jié)構(gòu)及引腳示意圖圖3-14(a)中，當(dāng)輸入控制電壓時(shí)，動(dòng)鐵吸合，常開點(diǎn)吸合，常閉點(diǎn)斷開。

圖3-14(b)中c-b之間為常閉接點(diǎn)(NormalClosed，NC)，c-a之間為常開接點(diǎn)(NormalOpened，NO)。線圈不得電，常閉接點(diǎn)c-b閉合，常開接點(diǎn)c-a閉合；線圈得電，常開接點(diǎn)c-a閉合，常閉接點(diǎn)c-b斷開。因只有一組a-b-c，所以稱為IP繼電器。IP繼電器有6腳繼電器和5腳繼電器，區(qū)別在于6腳繼電器有兩個(gè)公共點(diǎn)，5腳繼電器只有一個(gè)公共點(diǎn)。還有兩組接點(diǎn)的2P繼電器，可直接使用在面包板上，屬于較為精細(xì)的電路板用繼電器，如圖3-15所示。同樣地，這種繼電器所使用的電壓有DC12V、DC9V、DC6V、DC5V等，通常會(huì)直接標(biāo)示在繼電器上面，而且引腳圖也會(huì)印在繼電器上，其引腳圖如圖3-16所示。圖中，雙撇代表英寸，1英寸≈25.4毫米。圖3-152P繼電器圖3-16繼電器的引腳位置及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖3-17中，二極管提供繼電器線圈電流的放電路徑，以防護(hù)晶體管。由于線圈屬于電感性負(fù)載，當(dāng)三極管截止時(shí)，原本線圈上的電流不可能瞬間降為0，所以二極管就提供一個(gè)放電路徑，使線圈不會(huì)產(chǎn)生高的感應(yīng)電勢，就不會(huì)破壞三極管了。若要由P0輸出此電路，還需要連接一個(gè)10kΩ的上拉電阻。這里的三極管被當(dāng)作開關(guān)來用。當(dāng)8051輸出高電平時(shí)，三極管工作于飽和狀態(tài)；當(dāng)8051輸出低電平時(shí)，三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)。圖3-17使用晶體管驅(qū)動(dòng)繼電器如果同時(shí)有多個(gè)輸出端口要驅(qū)動(dòng)繼電器，則可使用集電極式(OC)輸出的反相閘，如7405(驅(qū)動(dòng)5V的繼電器)或7406(驅(qū)動(dòng)較高電壓的繼電器，最高30V)，如圖3-18所示。

圖3-19所示為89S51單片機(jī)P1.0口通過繼電器控制電

燈泡。圖3-18使用7405/7406驅(qū)動(dòng)繼電器圖3-1989S51單片機(jī)P1.0口通過繼電器控制電燈泡3.3.38051輸入電路設(shè)計(jì)

1.按鈕開關(guān)及其輸入電路設(shè)計(jì)

按鈕開關(guān)(Button)的特色就是具有自動(dòng)恢復(fù)(彈回)的功能。我們按下按鈕，其中的接點(diǎn)圖3-20按鈕開關(guān)實(shí)物圖

接通(或斷開)，放開按鈕后接點(diǎn)恢復(fù)為斷開(或接通)。在電子電路方面，最典型的按鈕開關(guān)就是小小的TackSwitch，如圖3-20所示。圖3-20按鈕開關(guān)實(shí)物圖按照尺寸不同可將按鈕開關(guān)分為8mm、10mm、12mm等。雖然按鈕開關(guān)有四個(gè)引腳，但實(shí)際上其內(nèi)部只有一對a接點(diǎn)。如圖3-21(c)所示，上面兩個(gè)引腳是內(nèi)部相連通的，而下面兩個(gè)引腳也是內(nèi)部相連通的，上下之間則為一對a接點(diǎn)。圖3-218mm按鈕開關(guān)的符號、外觀與尺寸不管是哪種類型的按鈕開關(guān)，若要將它作為數(shù)字電路

或單片機(jī)的輸入，通常會(huì)接一個(gè)電阻到VCC或GND，如圖3-22所示。圖3-22按鈕開關(guān)的輸入電路如圖3-22(a)所示，平時(shí)按鈕開關(guān)(PB)為開路狀態(tài)，其中10kΩ的電阻連接到VCC，使輸入引腳上保持為高電平信號。若按下按鈕開關(guān)，則經(jīng)過開關(guān)接地，輸入引腳上將變?yōu)榈碗娖叫盘枺环砰_開關(guān)時(shí)，輸入引腳上將恢復(fù)為高電平信號，這樣將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖。

反之，如圖3-22(b)所示，平時(shí)按鈕開關(guān)為開路狀態(tài)，其中470Ω的電阻接地，使輸入引腳上保持為低電平信號。若按下按鈕開關(guān)，則經(jīng)過開關(guān)接VCC，輸入引腳上將變?yōu)楦唠娖叫盘枺环砰_開關(guān)時(shí)，輸入引腳上將恢復(fù)為低電平信號，這樣將產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。

2.撥動(dòng)開關(guān)及其輸入電路設(shè)計(jì)

撥動(dòng)開關(guān)(TumblerSwitch)具有保持功能，也就是不會(huì)自動(dòng)復(fù)歸(彈回)。當(dāng)我們按一下開關(guān)時(shí)，其中的接點(diǎn)接通(或切斷)。若要恢復(fù)接點(diǎn)狀態(tài)，則需要再按一下開關(guān)。在電子電路方面，最典型的撥動(dòng)開關(guān)就是指撥開關(guān)(DIPSwitch)，如圖3-23所示。圖3-234P、8P指撥開關(guān)(DIPSwitch)按指撥開關(guān)的開關(guān)數(shù)量，可分為2P、4P、6P、8P等。2P指撥開關(guān)內(nèi)部有獨(dú)立的兩個(gè)開關(guān)，4P指撥開關(guān)內(nèi)部有獨(dú)立的四個(gè)開關(guān)，8P指撥開關(guān)內(nèi)部有獨(dú)立的八個(gè)開關(guān)。通常會(huì)在DIPSwitch上標(biāo)記記號或“ON”。

不管是什么種類的撥動(dòng)開關(guān)，若要用它控制數(shù)字電路

或單片機(jī)的開合，通常會(huì)接一個(gè)電阻到VCC或GND，如圖3-24所示。圖3-24撥動(dòng)開關(guān)的輸入電路如圖3-24(a)所示，若撥動(dòng)開關(guān)(S)為OFF狀態(tài)，其中

10kΩ的電阻連接到VCC，使輸入引腳上保持為高電平信號；若將開關(guān)切換到ON的狀態(tài)，則經(jīng)過開關(guān)接地，輸入引腳上將變?yōu)榈碗娖叫盘枴＿@樣，將可根據(jù)需要產(chǎn)生不同的

電平。反之，如圖3-24(b)所示，若開關(guān)為OFF狀態(tài)，其中

470Ω的電阻接地，使輸入引腳上保持為低電平信號；若將開關(guān)切換到ON的狀態(tài)，則經(jīng)過開關(guān)接VCC，輸入引腳上將變?yōu)楦唠娖叫盘枴Ｈ绱藢⒖梢愿鶕?jù)需要產(chǎn)生不同的電平。

3.3.4位操作類指令

與字節(jié)操作指令中累加器ACC用字符“A”表示類似，在位操作指令中位累加器要用字符“C”表示。

可位操作的位有：①片內(nèi)RAM20H～2FH這16個(gè)字節(jié)單元的00H～7FH共128個(gè)位單元；②位I/O空間(即P0.0～P0.7，P1.0～.P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7)；③可位尋址的SFR(如IE中的EX0位等)。

1.位狀態(tài)設(shè)置指令

位清0：

CLRC

;將CY位設(shè)置為0，即CY位清0

CLR

;將bit位設(shè)置為0，即bit位清0

位置位：

SETBC ;將CY位設(shè)置為1，即CY位置位

SETBbit ;將bit設(shè)置為1，即bit位置位

【例3-1】執(zhí)行指令“CLRP1.0”后，P1.0清0，不影響P1口其他位狀態(tài)。

2.位條件轉(zhuǎn)移指令

(1)判CY轉(zhuǎn)移：

JCrel ;若CY為1則轉(zhuǎn)移到偏移量所指向的地址，

否則順序執(zhí)行本指令的下一條指令

JNCre ;若CY不為1則轉(zhuǎn)移到偏移量所指向的地址，

否則順序執(zhí)行本指令的下一條指令以上兩條指令的功能是對進(jìn)位標(biāo)志位CY進(jìn)行檢測。若(CY)=1(第一條指令)或(CY)=0(第二條指令)，程序則轉(zhuǎn)移，至于轉(zhuǎn)移到什么地方去，如果按照傳統(tǒng)的方法，計(jì)算偏移量rel是很麻煩的，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用如下形式：

JCNEXT ;NEXT為標(biāo)號

即用標(biāo)號的形式。

(2)判bit轉(zhuǎn)移：

JBbit,rel

;若bit的值為1則轉(zhuǎn)移到偏移量所指向的地

址，否則順序執(zhí)行本指令的下一條指令

JNBbit,rel;若bit的值不為1則轉(zhuǎn)移到偏移量所指向的

地址，否則順序執(zhí)行本指令的下一條指令

JBCbit,rel;若bit的值為1則轉(zhuǎn)移到偏移量所指向的地

址，并使bit清0，否則順序執(zhí)行

3.位傳送指令

MOVbit,C ;bit←(CY)

MOVC,bit ;(CY)←bit

以上兩條指令的功能是實(shí)現(xiàn)位累加器和其他位地址之間的數(shù)據(jù)傳遞。

4.位邏輯運(yùn)算指令

(1)位邏輯“與”：

ANLC,bit;bit位與CY位進(jìn)行相“與”操作，操作后的

結(jié)果送回位累加器CY