交通燈設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).pdfVIP

本文由王彥莉貢獻(xiàn) d o c 文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī) 查看。 - 交通燈的單片機(jī)控制設(shè)計(jì) 摘 要:交通燈安裝在各個路口上，成為疏導(dǎo)交通工具有效的手段，單片機(jī)是微型 計(jì)算機(jī)的一個重要分支，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器，對基于單片 機(jī) 的交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89 S52， 以及其它芯片來設(shè)計(jì)交通燈控制。實(shí)現(xiàn)了通過 AT89S52 芯片的 P1 口設(shè)置紅、 綠燈 點(diǎn)亮的功能，通過 AT89S51 芯片的 RXD、TXD 輸入、輸出設(shè)置北示時間。單片 機(jī)系 統(tǒng)采用的直流供電。系統(tǒng)功能為：以 MCS-51 系列單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)并 制 作交通燈控制系統(tǒng)，東西南北四個方向具有左拐、右拐、直行及行人 4 種通行指 示 燈，用計(jì)時器北示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在特種車輛如 119、120 通過路口時， 系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行狀態(tài)。 在對系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ) 上，提出了三種設(shè)計(jì)方案，經(jīng)比較，選擇性能較優(yōu)的 LED 動態(tài)循環(huán)北示方案進(jìn)行了設(shè) 計(jì)。設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括 單片機(jī)最小系統(tǒng)、時間北示、交通 燈北示三部分。選用 At m e l 公司的 AT89S52 單片 機(jī)作為控制核心，東西南北四個方 向設(shè)置了 LED 時間北示和交通燈北示，時間北示 采用三位 LED 北示器，交通燈北示 則采用紅綠雙色高亮發(fā)光二極管來模擬。軟件采 用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，主要分為主 程序、定時器中斷服務(wù)子程序、倒計(jì)時北示子 程序、交通燈模擬北示子程序四部分。 在實(shí)驗(yàn)板上制作了基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)樣機(jī)，對硬件和軟件部分分別 進(jìn)行 了調(diào)試，再進(jìn)行了軟硬件聯(lián)調(diào)，得到的交通燈控制系統(tǒng)樣機(jī)實(shí)物，可圓滿地完 成畢業(yè) 設(shè)計(jì)任務(wù)書所要求的功能。 關(guān)鍵詞: 交通燈；單片機(jī)；AT89S52 De s i g n o f t r a f f i c l i g h t c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n SCM Ab s t r a c t : Tr a f f i c l i g h t c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n SCM (Si n g l e Ch i p Mi c r o c o m p u t e r ) i s d e s i g n e d i n t h i s p a p e r . Sy s t e m r e q u i r e s t h a t MCS-51 s e r i e s SCM i s u s e d a s CPU. Tr a f f i c l i g h t c o n t r o l s y s t e m s h o u l d b e d e s i g n e d a n d m a d e .Th e r e a r e f o u r g r o u p s l i g h t w h i c h i n d i c a t e t o t u r n l e f t , t u r n r i g h t , a n d g o s t r a i g h t a h e a d a n d p e d e s t r i a n a c c e s s i n e a s t , w e s t , n o r t h a n d s o u t h f o u r d i r e c t i o n s . Ti m e r s h o w s t r a f f i c c o n v e r s i o n r e m a i n d e r t i m e . Wh e n s p e c i a l v e h i c l e s , s u c h a s 119,120 g o t h r o u g h , t h e s y s t e m c a n a u t o m a t i c a l l y a l l o w s p e c i a l v e h i c l e s r u n n i n g a n d o t h e r v e h i c l e s i s p r o h i b i t e d . Ba s e d o n a n a l y s i s o f t h e s y s t e m f u n c t i o n s , t h r e e s c h e m e s a r e p u t f o r w a r d .By c o m p a r i s o n , LED d y n a m i c c y c l e d i s p l a y s c h e m e h a s b e t t e r f u n c t i o n s a n d i t i s s e l e c t e d t o b e d e s i g n e d . Th e d e s i g n i n c l u d e s h a r d w a r e p a r t a n d s o f t w a r e p a r t . Ha r d w a r e h a s t h r e e p a r t s .Th e y a r e SCM s y s t e m , LED t i m e d i s p l a y , t r a f f i c l i g h t s . AT89S52 SCM i s s e l e c t e d a s c o n t r o l CPU. LED d i s p l a y a n d t r a f f i c l i g h t s a r e s e t i n e a s t , w e s t , n o r t h a n d s o u t h f o u r d i r e c t i o n s . Th r e e LED m o n i t o r s a r e u s e d t o s h o w t i m e . Hi g h l i g h t a n d r e d -g r e e n t w o c o l o r t r a f f i c l i g h t s a r e u s e d a s t r a f f i c l i g h t s . So f t w a r e i s d e s i g n e d b y m o d u l e . It i s d i v i d e d i n t o m a i n p r o g r a m , t i m e r i n t e r r u p t i n g s e r v i c e s u b r o u t i n e , LED d i s p l a y s u b r o u t i n e , t r a f f i c d i s p l a y s u b r o u t i n e . Th e m o d e l o f t r a f f i c l i g h t s c o n t r o l s y s t e m i s m a d e i n e x p e r i m e n t b o a r d . Ha r d w a r e a n d s o f t w a r e i s d e b u g g e d r e s p e c t i v e l y , t h e n h a r d w a r e a n d s o f t w a r e a r e c o m b i n e d a n d d e b u g g e d .Th e m o d e l o f t r a f f i c l i g h t s c o n t r o l s y s t e m c a n m e e t t h e r e q u i r e m e n t o f d e s i g n t a s k b o o k p e r f e c t l y . Ke y w o r d s : Tr a f f i c l i g h t ； SCM； AT89S52 目 錄 p a g e 1 交通燈的單片機(jī)控制設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 1概 述 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 1.1 課題研究背景與意義 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 1.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2.1 設(shè)計(jì)方案論證 2 2. 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 3 2.2.1 控制模塊 5 2.2.2 通行燈顯示模塊 6 2.2.3 時間顯 示模塊 7 2.2.4 電源電路 7 2.2.5 單片機(jī)概述 8 2.2.6 硬件電路 中器件選擇 9 2.3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 15 2.3.1 主程序 15 2.3.2 定 時中斷服務(wù)程序 15 2.3.3 特種車中斷服務(wù)程序 17 2.3.4 算法分析 18 3 系統(tǒng)調(diào)試 19 3.1 硬件調(diào)試 19 3.1.1 靜態(tài)檢查 19 3.1.2 通 電檢查 20 3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) 20 3.2.1 仿真器選擇 20 3 .2.2 仿真過程 20 3.2.3 通行燈輸出調(diào)試 22 3.2.4 時間顯示模塊調(diào)試 23 3.2.5 特種車中斷程序調(diào)試 24 3.2.6 脫機(jī)調(diào)試 24 3.2.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 24 4 結(jié) 束 語 錯誤！未定義書簽。 錯誤！ 未定義書簽。 附 錄 28 附錄 1 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路原理圖 28 附錄 2 基于單片機(jī) 的交通燈控制系統(tǒng) PCB 圖 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 附錄 3 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)程序清單 28 附錄 3 基于單片機(jī)的交通燈控制系 統(tǒng)程序清單 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 交通燈的單片機(jī)控制設(shè)計(jì) 1. 概述 1.1課題的研究背景與意義 隨著經(jīng)濟(jì)的增長和人口的增加，人們生活方式不斷變 化，人們對交通的需求不 斷增加。城市中交通擁擠、堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，由此造成巨 大的經(jīng)濟(jì)與時間損失。 資料顯示，對日本東京268個主要交叉路口的調(diào)查估計(jì)表明： 每年在交叉路口的時 間延誤，折成經(jīng)濟(jì)報(bào)失為20億美元；而在我國北京市，當(dāng)早晚交 通高峰時，交叉路 口處的排隊(duì)長度竟達(dá)1000多米，有的阻車車隊(duì)從一個交叉路口延伸 到另一個交叉路 口，這時一輛車為通過一交叉路口，往往需要半個小時以上，時間損 失相當(dāng)可觀。 我國是一個歷史悠久、人口眾多的國家，城市數(shù)量隨著社會的發(fā)展不斷 增多。 隨著城市化進(jìn)程的大大加快，誘發(fā)的交通需求急劇增長，供需矛盾不斷激化， 嚴(yán)重 的交通問題也隨之而來。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、交通信號燈控制 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。 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，這一切要 歸 功于城市交通控制系統(tǒng)中的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)對于疏導(dǎo)交通流量、 提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果，使城市交通得以有效管理。 交通燈 可以采用 PLC、單片機(jī)等控制方法。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對交通信號燈的實(shí) 時控制，只要 采用一塊單片機(jī)，加上簡單的接口與驅(qū)動放大電路，即可實(shí)現(xiàn)，具有 成本低，可靠性 高的特點(diǎn)。 1.2 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題對基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以 MCS-51 系列單片機(jī)為控 制核心，設(shè)計(jì)并制作交通燈控制系統(tǒng)，用于十字路口的車輛 及行人的交通管理。東 西南北四個路口具有左拐、右拐、直行及行人 4 種通行指示 燈，并分別用計(jì)時器顯 示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在特種車輛如 119、120 通過路口 時，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為 特種車輛放行，其他車輛禁止通行狀態(tài)。 設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng) 硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分別進(jìn) 行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實(shí)物。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)方案論證 根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，提出了如下三種方案： 方案一：采用 AT89S52 單片機(jī)作為控制核心，采用四組高亮紅綠雙色二極管作 為東西南北四個路口 的通行指示燈；采用四組 3 位 LED 數(shù)碼管作為四個路口的通 行倒計(jì)時顯示器，LED 顯示采用動態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數(shù)。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè) 計(jì)，單片機(jī)端口資源剛 好滿足要求。方案一設(shè)計(jì)框圖如圖-1 所示。 圖 2-1 方案一：采用 LED 動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng) 方案二：采用 AT89C2051 單片機(jī)作為控制器，通行倒計(jì)時顯示采用 1616 點(diǎn) p a g e 2 陣 LED 發(fā)光管， 左拐、 右拐、 直行及行人 4 種通行指示也采用 1616 點(diǎn)陣雙 色 LED 發(fā)光管。方案二設(shè)計(jì)框圖如圖 2-2 所示，LED 點(diǎn)陣的列驅(qū)動采用 74LS595， 用串行 端口擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，行驅(qū)動采用 1/16 譯碼器 74LS154 動態(tài)掃描，譯碼器 74LS1 54 生成 16 條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。每條行線上需要較大的 驅(qū)動電 流，應(yīng)選用大功率三極管作為驅(qū)動管。 圖 2-2 方案二：采用 1616 點(diǎn)陣 LED 發(fā)光管設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng) 方案三： 采用 AT89C2051 單片機(jī)作為控制器， 通行倒計(jì)時及左拐、 右拐、 直行、 行人通行指示采用單塊 LCD 液晶點(diǎn)陣顯示器。 三種方案的特點(diǎn)比較如下：方 案一具有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高，耗 電較少，可靠性高等特點(diǎn)；方案二的 圖案顯示逼真，單片機(jī)占用端口資源少，缺點(diǎn) 是需要大量的硬件，電路復(fù)雜，耗電量 大，不太適合于模型制作；方案三設(shè)計(jì)占用 單片機(jī)的端口最少，硬件也少，耗電也最 少；雖然顯示圖案也很精美，但由于亮度 太暗，晚上還得開背光燈，不夠?qū)嵱谩？梢?方案一優(yōu)于其他兩種方案，因此本設(shè)計(jì) 選用方案一：采用 LED 動態(tài)掃描的方案進(jìn)行 設(shè)計(jì)。 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由控制模塊、通行燈顯示模塊、時間顯示模塊、電源 模塊四部分組成。 51 單片機(jī)引腳圖如下： p 0 口:雙向 8 位三態(tài)態(tài) I/O 口，訪問外存時，作為低 8 位地址線，8 位雙向 數(shù)據(jù) 線?？煞謺r復(fù)用，工作最繁忙。 P1 口:8 位雙向 I/O 口。 P2 口:8 位雙向 I /O 口,擴(kuò)展電路高 8 位地址總線。 P3 口:8 位雙向 I/O 口，及第二功能。 （二）、80C51 的復(fù)位 80C51 的復(fù)位方式可以是上電復(fù)位，也可以是上電與按 鍵均有效的復(fù)位，見 下圖 4。 （1）Pi n 30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時，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)部程序存儲器時，ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正 脈沖 信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。 更 有一個特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機(jī)是 E PROM，在編程其間， （2）Pi n 29: 將用于輸入編程脈沖。 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上， 外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上， 由 CPU 讀入并執(zhí)行。 （3）Pi n 31:EA/Vp p 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 80C51 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置 有 4k B 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址 小于 4k B 時，讀取內(nèi)部程序存 儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4k B 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù) 。如 EA 為低電平，則不管地 址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部 無程序存儲器的 8031,EA 端 必須接地。 在編程時，EA/Vp p 腳還需加上 21V 的編程 電壓。 2.2.1 控制模塊 控制模塊電路如圖 2-4 所示。主控制器采用 AT89S52。AT8 9S52 是 ATMEL 公 司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的 8 位單片機(jī)， 具有 1 個 8KB 的 Fl a s h 程序存儲器， 個 512 1 字節(jié)的 RAM，3 個 16 的定時/計(jì)數(shù)器，4 個 8 位的雙向 可位尋址 I/O 端口， 1 個串 行口，6 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。 1 2 3 4 5 6 7 8 S3 13 P3.2 12 +5V C4 30PF C1 20u F C5 30PF S2 9 17 16 S1 R29 10K R3 2 510 R3 1 510 Y2 12M HZ 15 14 +5V 31 19 18 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR AT 8 9 S52 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 VC C GND 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 40 +5V 20 AT 8 9 S52 P3.0 10 RXD P3.1 11 TXD 30 ALE/P 29 PS EN +5V 圖 2-4 控制模塊原理圖 AT89S52 的 P1 口用于控制南北通行燈，P2 口用于控制東西通行燈，P0 口用于 3 位 LED 顯示器的段碼控制，P3.0P3.2 口用于 3 位 LED 顯示器的位碼控制，手 動/自動轉(zhuǎn)換采用 P3.7 扳鍵。 EA /VPP 接5V 電源端。晶振及復(fù)位按典型電路設(shè) p a g e 3 計(jì)， 元器件參數(shù)如圖 2-4 中所示。晶振頻率為 12MHz 。 2.2.2 通行燈顯示模塊 通 行燈顯示模塊如圖 2-5 所示。通行燈指示采用高亮度共陰紅綠雙色發(fā)光二極 管，左 拐、直行、右拐及行人各一個。雙色發(fā)光二極管的共陰極通過電阻接地，陽 極接 P1 口或 P2 口（南北為 P1 口，東西為 P2 口） ，經(jīng) 74HC244 控制。當(dāng)發(fā)光電流 為 6m A 時，限流電阻按公式 R=（5-1.8）/0.006 計(jì)算，應(yīng)為 510 。由于通行時南北 雙向指示牌相同，東西雙向指示牌相同，因此每個端口應(yīng)具有 12m A 的吸收電流 能 力，在單片機(jī)的輸出口接驅(qū)動電路 74HC244，以保護(hù)單片機(jī)的輸出端口。 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 U3 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74HC244 2Y1 U2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A 4 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74HC244 U 2 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 VCC GND 18 16 14 12 9 7 5 3 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 +5V 2Y2 2Y3 2Y4 D9 D10 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 VCC GND 18 16 14 12 9 7 5 3 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 +5V 1Y4 1Y1 1Y2 1Y3 D11 D12 R12 510 行人燈 P10 D4 P11 P12 D3 P13 P14 D2 P15 P16 P17 D1 R4 510 行人燈 R11 510 右拐燈 西路口 R3 510 右拐燈 北路口 R10 510 直行燈 R2 510 直行燈 R9 510 左拐燈 R1 510 左拐燈 圖 2-5 通行燈輸出顯示模塊 2.2.3 時間顯示模塊 通行剩余時間顯示模塊如圖 2-6 所示（以北路口為例） 。 路口通行剩余時間采用高亮紅色 7 段共陽 LED 發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陽數(shù) 碼 管，如用單片機(jī)吸收電流驅(qū)動，列掃描驅(qū)動使用三級管，按每段 6m A 電流算， 全顯 示字型“8”時，每個數(shù)碼管需 6m A8=48m A。由于時間顯示每個路口相同，4 組需 192m A，因此設(shè)計(jì)中采用功率三極管 S9012 驅(qū)動。由于單片機(jī)每個段碼輸出口 需吸收 48m A 電流，因此在電路設(shè)計(jì)中也使用了驅(qū)動集成塊 74HC244。 2.2.4 電源電路 電 源電路如圖 2-7 所示。整個系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5V 電壓，將交流電經(jīng) 變壓器 變換為 15V 交流電，再用整流橋得到 13.5V 左右的直流電，采用不可調(diào)的 3 端穩(wěn)壓 器件 LM7805 將電源穩(wěn)定在 5V 直流輸出。 1 2 3 4 5 6 7 U1 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 2 4 6 8 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74HC244 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 VCC GND 18 16 14 12 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 DPY a a b c f b g d e e c d f d p g d p C OM DS1 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 DPY a a b c f b g d e e c d f d p g d p C OM DS2 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 DPY a a b c f b g d e e c d f d p g d p DS3 C OM C OM Q3A S9012 R19 10K p a g e 4 C OM Q1A R17 10K C OM Q2A S9012 R18 10K P0.4 11 P0.5 13 P0.6 15 P0.7 17 1 19 9 5 7 6 5 7 3 +5V +5V S9012 P3.2 北路口北示器 P3.1 P3.0 圖 2-6 1 D17 時間顯示模塊電路 U4 7805 4 15VAC 2 3 IN ADJ OUT 2 D18 C3 +5V BRIDGE 3 C2 220u F C6 0.1u F 1 C7 220u F 0.1u F R30 1K 圖 2-7 電源電路 2.2.5 單片機(jī)概述 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基本部分 組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電 路 、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。 通常，單片機(jī)由 單個集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件： 中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠?設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過 1、2、3、3 代的發(fā) 展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展， 它們的 CPU 功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資 源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“ 電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn) 入的電腦時代。不過，這種電腦，通常 是指個人計(jì)算機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。它由主機(jī)、 鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)， 大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是 把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義， 這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成 電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積 小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子” 里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用 ，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。 現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智 能儀表、實(shí)時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo) 航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī) ，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功 效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型” ， 如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工 廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn) 品，不是電路太復(fù)雜，就是功 能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未 使用單片機(jī)或其它可編程邏 輯器件上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾 乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的 蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制， 計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸， 工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的 各種智能 IC 卡，民用豪華轎 車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的 控制，以及程控玩具、電子 寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域 的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī) 療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。 2.2.6 硬件電路中器件選擇 硬件電路中器件選擇 A. AT89S52 單片機(jī) AT89 系 列單片機(jī)是 ATMEL 公司的 8 位 FLASH 單片機(jī)。這個系列單片機(jī)最吸 引人的特點(diǎn)就 p a g e 5 是在片內(nèi)含有 FLASH 存儲器，不需要再外擴(kuò)存儲器，與 80C51 插座 兼容，由于這些 優(yōu)點(diǎn)，使它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息 保 存 的 儀 器 和 系 統(tǒng) 中 顯 得 更 為 有 用 。 89 系 列 單 片 機(jī) 典 型 型 號 有 AT89C51 ， AT89LV51，AT89C52，AT89LV52，AT89C2051, AT89S52，AT89C1051， AT89S51 和 AT89S8252。 本設(shè)計(jì)選用 AT89S52。它內(nèi)部具有 1 個 8KB 的 Fl a s h 的程序 存儲器，1 個 512 字節(jié)的 RAM，4 個 8 位的雙向可位尋址 I/O 端口，3 個 16 的定 時/計(jì)數(shù)器、1 個串行 口、6 個二級中斷源和兩個中斷優(yōu)先級。引腳如圖 2-8 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 13 12 15 14 31 19 18 9 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR AT8 9 S52 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 +5V AT 8 9 S52 20 VCC 40 GND 10 RXD 11 TXD P3.0 30 ALE/P P3.1 29 PSEN 圖 2-8 AT89S52 引腳 按功能，引腳大致分為 4 部分： a ）I/O 口線 P0 口：8 位、漏級開路的雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器及外擴(kuò) I/O 口時，P0 口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。 在編程時，P0 口用于接受指令代碼字節(jié)；在程序 校驗(yàn)時，P0 口可輸出指令字節(jié)（這 時需要加外部上拉電阻） 。 P1 口：8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1 口是為用戶準(zhǔn)備的 I/O 雙 向口。在編程和校驗(yàn)時，可用做輸入低 8 位地址。用做 輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器 置 1。P1 口可驅(qū)動 4 個 TTL 負(fù)載。 P2 口：8 位、準(zhǔn) 雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P2 口也可做普通 I/O 口使用。 用做輸入時，應(yīng) 先將輸出鎖存器置 1。P2 口可驅(qū)動 4 個 TTL 負(fù)載。 P3 口：8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口 ，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口可作為普通 I/O 口，用 做輸入時，將輸出鎖存器置 1。 在編程/校驗(yàn)時，P3 口接受某些控制信號。 b ）控制信號線 RST：復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在 RST 腳施加兩個 機(jī)器周期（即 24 個晶振周期）以上的高電平，將器件復(fù)位。 EA /VPP：外部程序存儲器訪問允許信號。當(dāng) EA 引腳接地時，僅使用 64KB 的 片外程序存儲器，CPU 從外部 0000HFFFFH 的地址空間取指令；當(dāng) EA 引腳接 VCC 時，CPU 從片內(nèi) 0000H 地址開始取指令，當(dāng) PC 值超過 1FFFH 時，自動轉(zhuǎn)到外 存儲器 2000HFFFFH 地址空間執(zhí)行程序。 PSEN ：片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 ALE/ PROG ：低字節(jié)地址鎖存信號。 c ）電源線： VCC 為電源電壓輸入引腳， GND 為地線。 d ）外部晶振引線： XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的 輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時， 連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反 相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶 體和微調(diào)電容。 B.74HC244 簡單輸出接口擴(kuò)展通常使用的典型芯片為74HC244, 由該芯片可構(gòu)成三態(tài)數(shù)據(jù) 緩沖器 。74HC244芯片的引腳排列與內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖2-9（a ）（b ）。 20 18 16 14 12 3 5 7 9 VCC 1O E 1A 0 2Y 0 1A 1 2Y 1 1A 2 2Y 2 1A 3 2Y 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 V c c 19 2O E 0 18 1Y 17 2A 0 16 1Y 1 2 4 6 8 1 17 15 1A0 1A1 1A2 1A3 1O E 2A0 2A1 2A2 2A3 20E . 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3 74HC244 15 2A 1 14 1Y 2 13 13 2A 2 p a g e 6 11 12 1Y 3 11 2A 3 19 10 G D 10 N GND （a ）引腳排列 圖2-9 74HC244 (b )內(nèi)部結(jié)構(gòu) 74HC244芯片內(nèi)部共有兩組四位三態(tài)緩沖器, 使用時可分別以1 OE 和2 OE 作 為 它們的選通工作信號。1腳為低電平時只有4個緩沖器工作，輸入2，4，6，8對應(yīng) 輸出 18，16，14，12；1為高電平時這4個緩沖器為高阻。19引腳為低電平另外四個 緩沖器 工作，同樣，輸入11，13，15，17，對應(yīng)輸出9，7，5，3；19為高電平時這 四個緩沖 器為高阻。 C. LM 7805 LM7805 的外形如圖 2-10 所示。LM7805 三端集成穩(wěn)壓電源 內(nèi)部由基準(zhǔn)電壓回 路、恒流源、過流保護(hù)、過壓保護(hù)和短路保護(hù)回路等 8 部分組成 ，具有低功耗，高 效率，紋波系數(shù)小，輸出電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 圖 2-10 LM7805 的外形圖 D.七段 LED 數(shù)碼管 7 段數(shù)碼管是一種常用的顯示器件，其外觀與內(nèi)部電路連接 見圖 2-11。它使用 7 個筆畫顯示 0 9 共 10 個數(shù)字，加上一個小數(shù)點(diǎn)共 8 個顯示 段，每一個筆畫都是由 發(fā)光二級管組成的。 LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共 陰和共陽兩類， 2-11 圖 (b )是共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，將八只 LED 的陽極連在一 起，其中 a g 為 7 個筆 畫的驅(qū)動端；d p 為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動端；COM 為公共引腳。 (a )外觀 圖 2-11 LED 數(shù)碼管 (b )內(nèi)部電路連接 09 共 10 個字符的字形碼如表 2-1 所示。 E.雙色發(fā)光二極管 雙色發(fā)光二極 管是在一個封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置兩只不同單色的發(fā)光二極管。共陰紅 綠雙色發(fā)光電氣符號 圖與內(nèi)部電路連接如圖 2-12 所示。 3 根引出線， 有 圓形和長方 形兩種封裝。其 中第一只發(fā)光二極管的負(fù)（或正極）與第二只發(fā)光二極管的負(fù)（或 正極）極相互連接 后再向外引出。 表 2-1 LED 數(shù)碼管顯示字符的字形碼 字形 P0.7 d p 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 P0.6 g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 P0.5 f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 P0 .4 e 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 P0.3 d 0 1 0 0 10 0 1 0 0 P0.2 c 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 P0.1 b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 P0.0 a 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 字形編碼 共陽 C0 H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 共陰 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH （a ）外形 （b ）共陰雙色發(fā)光二極管內(nèi)部電路連接 圖 2-12 雙色發(fā)光二極管 發(fā)光雙色二極管的判別與檢測方法：將萬用表打在電阻檔，用萬用表黑表筆接 在雙色發(fā)光二極管中間的負(fù)極上， 紅表筆接在雙色發(fā)光二極管的正極上， 每次都亮 ， 該雙色發(fā)光二極管是共陰極的，并且是好的。 F.三極管 9012 9012 為一 PNP 型 的三極管，外形與引腳圖如圖 2-13 所示。 其中 1 腳為發(fā)射極，2 腳為基極，3 腳 為集電極。 G.整流橋 整流橋的外形如圖 2-14 所示。 整流橋的是作用將交流電轉(zhuǎn)換 成直流電， 本次設(shè) 計(jì)電源電路中選用 1A，220V 的整流橋。 圖 2-13 9012 外形圖及引腳圖 圖 2-14 整流橋的外形如圖 2.3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)軟件分為主程序、定時中斷程序與特種車 實(shí)時響應(yīng)程序三部分。 2.3.1 主程序 主程序主要負(fù)責(zé)總體程序管理功能，包括初始 化部分與人機(jī)交互設(shè)定部分。由 于采用動態(tài)掃描方式顯示時間，因此主程序大部分時 間要調(diào)用掃描顯示程序。主程 序流程圖如圖 2-15 所示。 圖 2-15 主程序流程圖 初始化部分主要完成內(nèi)存規(guī)劃，定時器的工作模式、中 斷方式等的設(shè)定。由于 子程序調(diào)用較多，因此初始化時堆棧指針設(shè)于 80H 處。定時 p a g e 7 器 T0、T1 設(shè)為 16 位定 時器模式，定時時間為 50m S，T0 為秒計(jì)時用，T1 為通行 結(jié)束閃爍用。 2.3.2 定時中斷服務(wù)程序 定時中斷服務(wù)程序主要用于車輛與行人的通 行指示，按照通行規(guī)則，紅綠燈控 制轉(zhuǎn)換邏輯表如表 2-2 所示。 通行規(guī)則如下： A.車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時間為 1m i n （60S）, 各 路右拐比直行滯后 10S 開放。 B.車輛南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間 為 1m i n （60S） 。 C.車輛東西直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時間 為 1m i n （60S）, 各路右拐比直行滯后 10S 開放。 D.車輛東西向左拐、各路右拐，行人禁行。通 行時間為 1m i n （60S） 。 表 2-2 路口通行方式控制碼數(shù)據(jù)表 端口 P1.7 南 P1.6 P1.5 北 P1.4 P1.3 P1.2 向 P1.1 P1.0 控制功能 左拐紅 左拐綠 直行紅 直行綠 右拐紅 右拐綠 行人紅 行人綠 120-110S 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮 ） 99H 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） AAH 110-70S 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 1（亮 ） 95H 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） A6H 70-60S 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1/0（提示） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 1/ 0（提示） 95H/84H 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） A6H 60-10S 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） 66H 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1（亮） 1（亮） 0（暗） A6H 10-0S 0（暗） 1/0（提示） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1/0（提示） 1（亮） 0（暗） 66H/22H 1（亮） 0（暗） 1（亮） 0（暗） 0（暗） 1/0（提示） 1（亮 ） 0（暗） A6H/ A2H 方 路口控制字 P2.7 東 P2.6 P2.5 西 P2.4 P2.3 方 P2.2 向 P2.1 P2.0 左拐紅 左拐綠 直行紅 直行綠 右拐紅 右拐綠 行人紅 行人綠 路口控制字 交通燈的 4 種通行規(guī)則，是以給控制紅綠燈端口送控制碼的方式實(shí)現(xiàn)的。它的 原理是，將按不同規(guī)則通行時的各路口的紅綠燈亮滅情況轉(zhuǎn)換為單片機(jī)端口控制 碼 。紅綠燈指示功能通過 T0 定時中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。 定時器 T0 定時溢出中斷周期設(shè) 為 50m s ，中斷累計(jì) 20 次（即 1S）時對 120S 倒計(jì)時單元減一操作。設(shè)計(jì)中將 4 種 通行規(guī)則分成幾種不同的亮燈方式，通過查詢 秒倒計(jì)時單元的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在不同的時 間段給控制端口送不同的控制數(shù)據(jù)碼?？刂?碼分為 5 個時間段：120110S、110 70S、7060S、6010S、100S。交通管 理定時功能程序流程圖如圖 2-16 所示。 圖 2-16 交通管理定時功能程序 2.3.3 特種車中斷服務(wù)程序 特種車中斷服務(wù)程序 將按鈕 S3 按下，給 INT1 引 腳輸入低電平信號來模擬特種車通過信號，此時外 部中斷 1 被觸發(fā)，中斷處理流程 如圖 2-17 所示。 圖 2-17 特種車中斷服務(wù)程序流程圖 總的程序清單見附錄三 2.3.4 算法分析 A.定時器/計(jì)數(shù)器 本設(shè)計(jì)涉及到 120 110S、11070S、7060S、6010S、100S 五段計(jì)時， 首先須將它們轉(zhuǎn)為 16 進(jìn) 制代碼。 120=716+8=78H 110=616+14=6EH 70=416+6=46H 60=316+12=3CH 1 0=016+10=0AH B.定時時間初值與 TMOD 的設(shè)置 T0、T1 為 16 位定時器，由于定時 時間大于 8192S，應(yīng)選用工作方式一。 由于晶振頻率為 12MHz ，TCY=1S，故有 T=（65536-X）TCY=（65536-X）1s =50m s 計(jì)算初值 X=15536=3CB0H 即 TH0=3CH ，TL0=0B0H。 TMOD 的格式如圖 2-18 所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 M1 D0 M0 GATE C/ T M1 M0 p a g e 8 GATE C/ T 圖 2-18 TMOD 的格式 TMOD 各位的內(nèi)容確定如下：由于定時器/計(jì)數(shù)器 0 設(shè)為定時器，選用工作方 式 一， 所以 C/ T (TMOD.2)=0， M1(TMOD.1)=0， (TMOD.0)=1， M0 GATE(TMOD.3)=0； 定時器/計(jì)數(shù)器 1 沒有使用，相應(yīng)的 D7D4 為隨意狀態(tài)“X”。 若取“X”為 0， 則（TMOD）=00000001B=01H C.中斷系統(tǒng) IE 的取值 IE 的格式如圖 2-19 所示。 D7 EA D6 -D5 D4 D3 ET1 D2 EX1 D1 ET0 D0 EX0 ET2 ES 圖 2-19 IE 的格式 IE 每一位都由軟件置 1 或清零。本設(shè)計(jì)中 CPU 允許中斷即 EA=1，定時器/計(jì) 數(shù)器 0 中斷允許位 ET0 及外部中斷 0 中斷允許位 EX0 可申請中斷， ET0=1， 即 EX0=1， 其余不允許中斷，均設(shè)為 0，所以 IE=10000011H=83H 3 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)前述第 2 大節(jié)中硬件和軟件設(shè)計(jì)，制作了基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)樣 機(jī)實(shí)物。對樣機(jī)的硬件和軟件分別進(jìn)行了調(diào)試，最后進(jìn)行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。 調(diào)試成功的實(shí)物照片如圖 3-1 所示。 圖 3-1 調(diào)試成功的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)實(shí)物照片 調(diào)試過程中遇到了不少問題 ，并已將其逐一解決。最終得到了調(diào)試 成功的交通燈系統(tǒng)，可以完成本設(shè)計(jì) 1.2 節(jié) 中設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求。 3.1 硬件調(diào)試 3.1.1 靜態(tài)檢查 根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的 型號、極性，安裝是否正確，檢查 硬件電路連線是否與電路原理圖一致， 檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接 好，用 萬用表一一測試。 3.1.2 通電檢查 首先調(diào)試電源部分。 整個電路只需要+5V 的電壓 ， 接上電源， 220V 將 交流電通入，測試變壓器的輸出端，整流橋輸出，LM7805 的 輸出電壓是 否和理論計(jì)算值一致， 再用示波器檢測單片機(jī)的復(fù)位和晶振電路是否有 復(fù)位信號和振蕩信號。 3.2 軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào) 對軟件先用仿真器進(jìn)行了調(diào)試。用仿真器運(yùn)行正常 后，再用燒寫器將程序燒到 AT89S52 單片機(jī)中，進(jìn)行了脫機(jī)調(diào)試。 3.2.1 仿真器選 擇 單片機(jī)仿真器有很多型號，本次設(shè)計(jì)采用南京電子有限公司生產(chǎn)的偉福系列仿 真 器 H51/S。仿真頭類型采用 POD-H8X5X。 3.2.2 仿真過程 A建立程序 選擇菜單文 件| 新建文件出現(xiàn)一個文件名為NONAME1 的源程序窗口，如圖 3-2所示，輸入程序段 （此處以P18頁時間顯示程序段為例）。 圖3-2 建立程序窗口 將文件存為擴(kuò)展名為.ASM的文件進(jìn)行保存。 B建立項(xiàng)目 建立項(xiàng)目分如下三步 ： a ） 加入模塊文件。（將上述A中建立的ASM文件加入） b ） 加入包含文件。（若 無包含文件，此步加以取消） c ） 保存項(xiàng)目。 C仿真器的設(shè)置 選擇菜單設(shè)置| 仿 真器設(shè)置功能或按“仿真器設(shè)置”快捷圖標(biāo)打開“仿真器設(shè)置” 對話框，如圖3-3所 示。 在“仿真器”欄中，選擇仿真器類型和配置的仿真頭以及所要仿真的單片機(jī)。在 “語言”欄中，“編譯器選擇”選擇為“偉福匯編器”。 編譯項(xiàng)目。選擇菜單項(xiàng)目 | 編譯功能或按編譯快捷圖標(biāo)，編譯項(xiàng)目。 在編譯過程中，如果有錯可以在信息窗 口中顯示出來，雙擊錯誤信息，可以在 源程序中定位所在行。糾正錯誤后，再次編譯 直到?jīng)]有錯誤。在編譯之前，軟件會 自動將項(xiàng)目和程序存盤。在編譯沒有錯誤后，就 可調(diào)試程序了。 圖 3-3 “仿真器設(shè)置”對話框 3.2.3 通行燈輸出調(diào)試 對于通行燈輸出程序的調(diào)試，首先看左拐燈、直行燈、 右拐燈、行人燈是否能 正常工作。編制了以下測試燈亮滅的程序： ORG 0000H STAR T: MOV A,#0AAH MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY MOV A,#55H MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY SJMP START DELAY: MOV R7,#01H MOV R6,#81H DL1: NOP NOP NOP DJN Z R6,DL1 ;延時一段時間 ; 到 START 處循環(huán)以上操作 ;延時子程序 ;延時一段時間 ;讓東西南北四個路口的綠燈全亮 ;讓東西南北四個路口的四個紅燈全亮 DJNZ R7,DL1 RET 將上述程序輸入電腦，經(jīng)仿真器傳輸?shù)较到y(tǒng)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)有一 p a g e 9 紅燈不亮，而其 他指示燈都按指令運(yùn)行出現(xiàn)正確的結(jié)果。用萬用表仔細(xì)檢測，發(fā)現(xiàn)該 燈的陽極被