交通燈控制系統(tǒng)的方案設計書22370

1、武漢職業(yè)技術學院 機電工程學院交通燈控制系統(tǒng)的設計學院名稱：專業(yè)：班級：姓名：指導教師姓名：2013年 3 月智能交通燈控制系統(tǒng)的設計摘要： 本文介紹了一種基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機和七段LED數(shù)碼管作為交通燈的控制和顯示核心，并通過控制按鍵對時間進行設置，最終實現(xiàn)對交通燈各狀態(tài)持續(xù)時間的控制。系統(tǒng)采用上電自動復位，利用八個數(shù)碼管顯示交通燈各狀態(tài)的剩余時間，時間顯示采用倒計時方式，四組紅、黃、綠三色燈用發(fā)光二極管作為模擬交通信號燈，呈四種狀態(tài)交替出現(xiàn)。系統(tǒng)通過一個直流穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供 +5V的直流電源。該交通系統(tǒng)控制方便，禁行通行時間可調，有一定實用價值。關鍵詞 ：時鐘頻率；

2、 LED數(shù)碼顯示；可調；單片機目 錄序言1.第1章單片機概述.11.1. 21.2AT89C511.2.1AT89C51.3. 31.2.2AT89C51. 31.2.3AT89C51. 61.2.4AT89C5171.2.58第2章系統(tǒng)的總體設計.92.1 .92.2. 1 02.2.1 .1 02.2.2 .1 0第3章系統(tǒng)的硬件設計123.1. 1 2.12133.2. 1 33.2.1.133.2.2.143.3. 1 53.3.1.153.3.2.163.4. 1 63.4.1.163.4.2.17第4章系統(tǒng)的軟件設計194.1C. 1 94.1.1C1 94.1.2C. 1 94.

3、2LCA. 204.2. 2 0第5章系統(tǒng)調試345.1. 345.2. 3 65.3. 365.4.37結束語38參考文獻. 39智能交通燈控制系統(tǒng)的設計序 言隨著經濟的發(fā)展，交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴重，造成的經濟損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經濟發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運輸?shù)陌踩约胺账教岢隽烁叩囊蟆Ｔ诮煌ㄖ泄芾硪雴纹瑱C交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務，有助于提高交通運輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆召|量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經濟損失，同時也減小了工作人員的勞動強度。中國

4、車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經濟、交通運行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經濟和社會效益 , 為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。本次畢業(yè)設計需要做的工作是在指導老師的指導下完成元器件的安裝，軟件編程，調試。本設計分為硬件和軟件兩個部分，硬件部分由 89C51 單片機、晶振電路、發(fā)光二極管部分、數(shù)碼管顯示電路等幾個部分構成。軟件部分通過單片機 C 語言進行編程，實現(xiàn)交通燈四種狀態(tài)和對應的顯示過程以及能夠循環(huán)往復的功能。在設計過程中，軟硬件的功能總是不斷的

5、調整，以便相適應。硬件設計和軟件設計是不能截然分開的，硬件設計時應考慮軟件設計的方法，而軟件設計時應了解硬件的工作原理，在整個設計過程中應互相協(xié)調，以利于提高工作效率。本文共分為 5 章，其中第 1 章介紹了單片機與AT89C51單片機，第 2 章總體上規(guī)劃了設計內容以及對設計任務的分析，第3、 4、 5 章則系統(tǒng)的闡述了硬件設計、軟件設計和軟硬件的調試。本設計采用 AT89C51 單片機作為核心控制器件，實現(xiàn)了點亮紅、黃、綠燈，顯示運行時間以及設置等待時間的功能。第 1 章 單片機概述1.1 單片機簡介電子計算機的發(fā)展經歷了從電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路共四個階段，即通常

6、所說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機?，F(xiàn)在廣泛使用的微型計算機是大規(guī)模集成電路技術發(fā)展的產物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微型計算機的一個分支。從1971 年微型計算機問世以來，由于實際應用的需要，一個是向高速度、大容量、高性能的高檔微機發(fā)展方向；而另一個則是向穩(wěn)定可靠、體積小和價格廉的單片機方向發(fā)展。單片機是一種集成電路芯片。它采用超大規(guī)模技術將具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器 (CPU)、存儲器（含程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口 ) 集成在同一塊芯片上，構成一個即小巧又很完善的計算機硬件系統(tǒng)，在單片機程序的控制下能準確、迅速、高效地完成程序設計

7、者事先規(guī)定的任務。所以說，一片單片機芯片就具有了組成計算機的全部功能。由此來看，單片機有著一般微處理器（CPU）芯片所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。然而單片機又不同于單板機（一種將微處理器芯片、存儲器芯片、輸入輸出接口芯片安裝在同一塊印制電路板上的微型計算機），單片機芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果對它進行應用開發(fā)，它便是一個小型的微型計算機控制系統(tǒng)，但它與單板機或個人電腦(PC 機 ) 有著本質的區(qū)別。單片機的應用屬于芯片級應用，需要用戶（單片機學習者與使用者）了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應

8、用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使該芯片具備特定的功能。不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內部結構，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產品是否滿足需要的功能和應用系統(tǒng)所要求的特性指標。這里的技術特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產廠商的技術手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機的尋址方式，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)應用程序的軟件資源) 及

9、硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應用系統(tǒng)，掌握其結構特征和技術特征是必須的。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復雜電子線路或數(shù)字電路構成的控制系統(tǒng)，可以以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠實現(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，例如通信產品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機的應用領域越來越廣泛。誠然，單片機的應用意義遠不限于它的應用范疇或由此帶來的經濟效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計思想。是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑。1.2 AT89C51 單片機單片機簡介89 系列單片機是ATMEL公司的 8 位 FLASH單片機系列。 89 系列單片機是以

10、8031為核心構成的，它和8051 系列單片機外部端子是一樣的、兼容的，其最大特點是片內含有 FLASH存儲器。由于內部含有FLASH存儲器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進行程序的修改，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時，在系統(tǒng)的工作過程中，能有效的保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。89 系列隨著用戶的需要和發(fā)展，可以進行修改，使系統(tǒng)能夠追隨用戶的最新要求。AT89C51單片機是一種低功耗、高性能、內含4KB的閃速存儲器（ Flash Memory）的 8 位 CMOS微控制器。這種器件系以 ATMEL高密度不揮發(fā)的存儲技術制造，與工業(yè)標準 MCS 51 指令系統(tǒng)和引腳

11、完全兼容。片內閃速存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫入，也可通過常規(guī)的編程器編程。單片機引腳說明在 89 系列中，在器件引腳的封裝上， MCS-51系列機通常有兩種封裝：一種是雙列直插式，常為 HMOS型器件所用；另一種是方形封裝，大多數(shù)在 CHMOS型器件中使用。89C51單片機 DIP40 封裝如 1- 所示圖 1-1 直插式封裝89C51有 40 條引腳，分為端口線、電源線和控制線三類。1端口線（ 4*8=32 條）89C51有四個并行 I/O 端口，每個端口都有8 條端口線，用于傳送數(shù)據(jù)或地址。由于每個端口的結構各不相同，因此它們在功能和用途上的差別頗大。先對它們的綜述如下： P0.0-P

12、0.7:這組引腳共有8 條，為 P0口所專用，其中P0.7 為最高位， P0.0 為最低位。這 8 條引腳有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是 89C51 不帶片外存儲器， P0 口可以作為 I/O 通用口， P0.0-P0.7 用于傳送 CPU的輸入 / 輸出數(shù)據(jù)。這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況89C51 帶片外存儲器， P0.0-P0.7 在 CPU訪問外部片外存儲器的時用于傳送外存儲器的低8 位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 P1.0-P1.7: 這 8 條引腳和 P0 口的 8

13、條引腳類似， P1.7 為最高位， p1.0 為最低位。當 P1 口作為通用 I/O 口使用時， P1。 0-P1。 7 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入 / 輸出數(shù)據(jù)。 p2.0-p2.7 ：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作為通用 I/O 口使用。它的第二功能和 P0 口的引腳的第二功能配合使用，用于輸出片外存儲器的的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不象 P0 口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 P3.0-P3.7 ：這組引腳的第一功能與其余三個端口的第一功能相同。第二功能作為控制用，每個引腳并不完全相同，如表 1-1 所列。表 1

14、-1 P3口各位的第二功能P3 口的位第二功能注釋P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)接受口P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2INTO外中斷 0 輸入P3.3INT1外中斷 1 輸入P3.4T0計數(shù)器 0 計數(shù)輸入P3.5T1計數(shù)器 1 計數(shù)輸入P3.6WR外部 RAM寫選通信號P3.7RD外部 RAM讀選通信號2電源線（ 2 條）VCC為+5V 電源線， VSS為接地線。3. 控制線（ 6 條） ALE/ PROG：地址鎖存允許 / 編程線，配合 P0 口的第二功能使用。在訪問片外存儲器時， 89C51CPU在 P0.0-P0.7 引腳上輸出片外存儲器的低 8 位地址的同時還在 ALE/ PROG

15、線上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器中，以便空出p0.0 p0.7引腳線去傳送隨后面來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器的時候，89C51 自動在ALE/ PROG線上輸出頻率為fosc/6的脈沖序列。該脈沖序列可用于外部時鐘或作為定時脈沖源使用。 EA /VPP：允許訪問片外存儲器 / 編程電源線，可以控制 89C51 使用片內 ROM還是使用片外ROM。若EA =1 時，則允許使用片內ROM；若EA =0，則允許使用片外 ROM。 PSEN : 片外 ROM選通線，正在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時，自動在PSEN 線上產生一個負脈沖用

16、于為片外ROM芯片的選通。其它情況下，PSEN 線均為高電平封鎖狀態(tài)。RST/VPD：復位 / 備用電源線，可以使89C51處于復位（即初始化的）狀態(tài)。通常， 89C51的復位有自動上電復位和人工按鈕復位，電路如圖1-2 所示 :上電自動復位手工自動復位圖 1-2 89C51 復位電路圖RST/VPD的第二人功能是作為備用電源輸入端。當主電源VCC 發(fā)生故障而降低到規(guī)定低電平時，RST/VPD線上的備用電源自動投入，以保證片內RAM中的信息不丟失。XTAL1 和 XTAL2 ：片內振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接89C51片內 OSC的定時反饋回路，相應的電路如

17、圖1-3 所示。石英晶體起振后要能在XTAL2 線上輸出一個 3V 左右的正弦波，使單片機片內的 OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常， OSC 的輸出時鐘頻率為 0.5MHZ-16MHZ,典型值為 12MHZ或 11.0592MHZ。電容 C01 和 C02 可以幫助起振，典型值為30PF，調節(jié)它們可以達到微調時鐘頻率的目的。圖 1-3晶振連接圖89C51所需的時鐘有時也可以由外部震蕩器提供，在此略講。1.2.3AT89C51主要特性：(1)與MCS-51兼容(2)4K字節(jié)可編程閃爍存儲器(3)壽命：1000寫/擦循環(huán)(4)數(shù)據(jù)保留時間：10年(5)全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz(6)1

18、28*8位內部RAM(7)32可編程I/O線(8)兩個16位定時器/計數(shù)器(9)5個中斷源(10)可編程串行通道(11)低功耗的閑置和掉電模式(12) 片內振蕩器和時鐘電路AT89C51芯片內部資源1. 中央處理器 CPUCPU是單片機的核心。它由運算器和控制器組成。運算器以ALU為核心，用以完成二進制數(shù)餓算術和邏輯運算?？刂破魇菃纹瑱CCPU的大腦中樞。它在時鐘信號的同步作用下對指令進行譯碼，使單片機系統(tǒng)的各部件按時序協(xié)調工作。2.片內 RAMAT89C51芯片內部共有 256 個字節(jié)的 RAM單元，但高 128 單元只有一部分被特殊功能寄存器占用，其余的單元用戶不能使用。這些特殊功能寄存器，

19、其功能已有專門餓規(guī)定，用戶不能隨意賦值。只有低128 個單元可以作為隨機存儲單元供用戶使用，這些單元主要用于存放隨機的數(shù)據(jù)及運算的中間結果。通常說的RAM就是指這低128 個單元。 AT89C51單片機內部有 4KB的閃存，主要用于存放程序，原始數(shù)據(jù)和表格內容，后被稱之為程序存儲器。3. 定時器 / 計數(shù)器AT89C51 型單片機內部有2 個 16 位的定時器 / 計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)的結果對系統(tǒng)進行控制。4. 并行 I/O 口AT89C51型單片機由 4 個 8 位并行 I/O 口，即 P0、 P1、P2 和 P3口。這些端口可以用作一般輸入或輸出口。但通常 P0

20、口作為 8 位數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線的復用口。 P2 口常用作高 8 位的地址總線。而 P3 口的各個管腳多以第二功能輸出形式出現(xiàn)。因此，一般情況下只有 P1 口的 8 個管腳作為通用 I/O 口。5. 串行口AT89C51型單片機有一個全雙工的串行口，用以實現(xiàn)單片機和其他設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位寄存器使用。6. 中斷控制系統(tǒng)AT89C51型單片機共有 5 個中斷源，即 2 個外部中斷、 2 個定時 / 計數(shù)器中斷緣和 1個串行中斷源。全部中斷源可設定為高低2 個中斷優(yōu)先級，用來滿足控制應用的需要。片內閃電存儲器的編

21、程AT89C51片內存儲器售后通常處于擦除狀態(tài)，即每地址單元內容均為FFH，人們隨時可對其編程。編程電壓Vpp 有高壓 12V 的，也有低壓5V 的（如表 2-2 ）。低壓編程方式為在用戶系統(tǒng)內對AT89C51進行編程提供了方便；而高壓編程方式則與常規(guī)的閃電存儲器或 EPROM編程器相兼容。在這兩種方式下，AT89C51代碼程序陣列均是逐個字節(jié)進行編程的。為對片內閃電存儲器任意非空白字節(jié)進行編程，必須用芯片內擦除方式將整個存儲器擦掉。在各種控制信號適合組合的情況下，對ALE/ PROG 引腳施加一長度為10ms 的低電平信號，整個閃電存儲器陣列即為全部擦除。擦除后代碼陣列各地址單元的內容均為

22、FFH。只有在芯片被擦除后，代碼存儲器才能重新編程。表 1-2 片內閃電存儲器的編程編程電壓Vpp=12VVpp=5V第 2 章頂面標記AT89C51AT89C51務的分XXXXXXX5統(tǒng)的總YYWWYYWW片內暗含標記(030H)=1EH(030H)=1EH2.1設(031H)=51H(031H)=51H的分析(032H)=FFH(032H)=05H本設計的交通燈系統(tǒng)主要有如下功能：1東、西、南、北方位均有三色燈指示；2交通路口的通行、等待及禁行時間要用共陰（或共陽）數(shù)碼管顯示；3綠燈通行時間、黃燈閃爍時間及紅燈禁行時間需可調；設計任析與系體設計計 任 務4綠燈通行時間和紅燈禁行時間最長可調

23、至90 秒；本設計把它繪制成一個四個路口示意圖，如圖北、東、南、西四個流向的主車道，用R，G，Y2-1 。分別用 ROAD1、2、3、4 表明分別表示紅色，綠色，黃色的交通信號燈。圖2-1四個路口交通示意圖那么交通燈閃亮的過程為：東西綠燈亮，南北紅燈亮，東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍，東西紅燈亮，南北綠燈亮，南北黃燈閃爍，東西黃燈閃爍。AT89C51具有高速度、低電壓、低功耗、且可靠性和成本都比較低的特點。因此本次畢業(yè)設計采用 AT89C51單片機作為整個電路核心控制器件。對于本交通控制系統(tǒng)使用一片 AT89C51系列的單片機，不需要外擴展存儲器，就能實現(xiàn)顯示、預制狀態(tài)、動態(tài)調節(jié)的功能，因而整體結

24、構簡單。AT89C51 的運用能夠使設計的交通燈電路系統(tǒng)滿足于實用。設計電路時運用 89C51系列單片機的接口來控制數(shù)碼管的顯示和交通燈的狀態(tài)。用 P0 口和 P2 口來控制數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管的顯示由單片機的P0 口控制， P0.0-P0.3 口顯示個位， P0.4-P0.7 顯示十位。用 P1 口來控制交通燈的狀態(tài)即發(fā)光二極管的狀態(tài)。用 P3 口控制等待時間的調試。用 9013PNP型三極管實現(xiàn)對共陰極數(shù)碼管的驅動。同時設計了一個 5V 直流穩(wěn)壓電路增加了電路的適用性，使整個系統(tǒng)更加緊湊，工作十分穩(wěn)定。2.2 系統(tǒng)的總體設計規(guī)劃硬件部分本設計采用AT89C51單片機作為面板控制部件，AT8

25、9C51用上電自動復位，12MHZ的晶振和兩個微調電容形成晶振電路。面板上有8 個數(shù)碼管，用于顯示各個狀態(tài)的剩余時間， BCD碼轉化成數(shù)碼管七段顯示信號。四組紅、黃、綠共十二只發(fā)光二極管作為模擬交通信號燈，成四種狀態(tài)循環(huán)出現(xiàn)。一個直流穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供一個+5V 的穩(wěn)定的直流電壓。系統(tǒng)總框圖如 2-2 所示：圖 2-2 系統(tǒng)總框圖軟件部分智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件部分主要是有主程序、初始化程序、定時器0 中斷服務子程序、定時器1 中斷服務子程序、設置顯示數(shù)子程序、按鍵子程序、通用加減鍵最大最小值處理子程序、顯示和延時子程序等幾部分組成。軟件部分采用單片機C語言編寫程序，用 LCA51軟件進行程序

26、的編譯和聯(lián)接。（這部分內容將在第4 章中作詳細介紹）單片機 C 語言程序設計步驟：第一步 :分析問題。第二步 :畫出程序的基本輪廓。第三步 :實現(xiàn)該程序。開始圖 2-3程序流程圖初始化第 3章系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)硬件電路包括直流穩(wěn)壓電源電路，數(shù)碼管顯示電路，紅綠燈電路，鍵盤電路等 4 部分電路的設計，下面分別介紹各部分電路的設計。3.1 直流穩(wěn)壓電源設計N直流穩(wěn)壓電源是否概顯述示 當前運行時間我們知道電子設備中需要直流電源，它們可以采用干電池供電或其他直流能源供N是否顯示黃Y燈閃爍時間Y顯示運行時間顯示黃燈默電。但是相對地說，這些電源每“瓦時”所需的費用較高。在有交流電網的地方，一般采用將交流

27、電變?yōu)橹绷鼽c的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源是先把交流電變?yōu)槊}動的直流電，再通過濾波電路，穩(wěn)壓電路，使輸出直流電壓維持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源一般包括以下4 個部分：（1） 電源變壓器將電網供給的交流電壓變換為符合整流電路需要的交流電壓；（2） 整流電路將變壓器次級交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；（3） 濾波電路將脈動的直流電壓變換為平滑的直流電壓；（4） 穩(wěn)壓電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。電源電路設計的要求是將220V 交流電轉化為5V 的直流電，如圖4-1 所示變壓器將 220V 交流電變換為 12V 交流電，經過整流橋堆又變換為 12V 的直流電，三端集成穩(wěn)壓器 W7805的作用是將 12V 的直流電

28、轉化為 5V 的直流電，下面的 4 個電容是用來濾波的。178054213Vin DVoutNG32+3300100100103GND圖 3-1電源電路圖三端集成穩(wěn)壓器簡介從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因此稱為三端穩(wěn)壓器。按功能分為固定式和可調節(jié)式穩(wěn)壓電路；前者輸出的電壓不能進行調節(jié)，為固定值；后者可通過外接外接元件使輸出電壓得到很寬的調節(jié)范圍11 。三端穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、性能好、成本低、靠性高和使用方便等優(yōu)點。本設計中用的W78系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路。下面就對W78做一下介紹。W78系列輸出正電壓，有七個等級W7805、W7806、W

29、7809、W7812、 W7815、 W7818、W7824W79系列輸出負電壓、有七個等級W7905、W7906、W7909、W7912、 W7915、 W7918、W7924型號最后兩位數(shù)為輸出電壓值，如本次設計中采用的W7805其輸出的電壓為5V。當輸出電壓UO 因某種原因（如電網電壓的波動和負載的變化）而增大時，內部比較放大電路的反相輸入端電位隨之生高，使得放大電路輸出端電位下降，UO 勢必隨之減小；當輸出電壓因某種原因而減小時，各部分的變化與上述過程相反；因而輸出電壓穩(wěn)定。3.2 數(shù)碼管顯示電路設計數(shù)碼管簡介（八段 LED顯示器）引入：還記得小時候玩的“火柴棒游戲”嗎，幾根火柴棒組合

30、起來，可以拼成各種各樣的圖形，LED顯示器實際上也是這么一個東西(如圖4-1所)。圖 3-2 八段 LED顯示器八段 LED顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成。基中 7 個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LED顯示器有兩種不同的形式：一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED顯示器。如上圖所示。 共陰和共陽結構的 LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，相應的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的

31、各種字符。 8 個筆劃段 hgfedcba 對應于一個字節(jié)（ 8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0, 于是用 8 位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陽極hgfedcba 各段為 01110011 時，顯示器顯示 "P" 字符，即對于共陰極LED顯示器，“ P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應為10001100（8CH）。發(fā)光二極管組成的顯示器是單片機應用產品中最常用的廉價的輸出設備. 它由若干個發(fā)光二極管按一定的規(guī)律排列而成, 當

32、某一個發(fā)光二極管導通時, 響應的一個點或一筆畫被點亮 , 控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符。點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。為了節(jié)省I/O 口線 ,本設計采用了動態(tài)顯示, 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位(掃描),對于顯示器的每一位來說,每個一段時間點亮一次. 利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示, 但必須保證掃描速度足夠快 , 字符才不會閃爍。數(shù)碼管顯示電路的連接如圖 3-3 所示的是數(shù)碼管顯示電路，三極管接的是數(shù)碼管的片選信號，數(shù)碼管的顯示部分通過一個排阻連接到單片機的P0 口，8 個數(shù)碼管的片選信號端都連接到單片機的 P2 口。單片機運行的時候通過 P0 口給出

33、所顯示的數(shù)字， P2 口控制數(shù)碼管是否工作。89c511P10P003912382P11P013373P12P024364P13P035355P14P046346P15P057337P16P068328P17P07913INT1P20211222INT0P2123P221524T1P231425T0P2426P253127EA/VPP2628P2719X118X29RESETRXD1011TXD1730RDALE/P1629WRPSENTRANS14.7KDS181aDPY172ba163cfb154dg145eec136fd127dpg118dp10DPY_7-SEG_DPSW DIP-9+

34、5VR150R4.7KQ9013圖 3-3 數(shù)碼管顯示電路3.3 紅綠燈電路設計發(fā)光二極管簡介發(fā)光二極管包刮可見光、不可見光、激光等不同類型，這里只對可見光發(fā)光二極管做一簡單介紹。發(fā)光二極管的顏色決定與所用材料，目前有紅、綠、黃、橙等色，可以制成各種形狀，如長方形，圓形等。發(fā)光二極管也具有單向導電性。只有當外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光，它的開啟電壓比普通二極管的大，紅色的在1.6-1.8V之間，綠色的在2V 左右。正向電流越大，發(fā)光越強。使用時，應特別注意不要超過最大功耗、最大正向電流和方向擊穿電壓等極限參數(shù)。發(fā)光二極管因驅動電壓低、功耗小、可靠性高等優(yōu)點廣泛用于顯示電路之中。紅綠

35、燈電路的連接如圖 3-4 所示是紅綠燈電路， 1K 電阻接到 +5V 電源上，發(fā)光二級管接到單片機的P1 口，這個電路是用來控制發(fā)光二極管發(fā)光的。單片機運行的時候通過P1 口來控制哪個二極管亮， 1K 的電阻是用來防止電路中的電流過大導致燒壞發(fā)光二極管DU?R1P10P001K2LEDP11P013P12P02D4P13P035RP14P046P15P051K7LEDP16P068P17P07D13RINT1P20+5V12INT0P211KLED15P22T1P2314T0P2431P25EA/VPP26RRR19P27X11K1K1K18X29RESETRXD17TXDRDALE/P16W

36、RPSENDDDNPNLEDLEDLED3938373635343332212223242526272810113029圖 3-4 紅綠燈電路3.4 鍵盤電路設計鍵盤工作原理及消抖鍵盤是一組按鍵的集合，鍵是一種常開型按鈕開關，平時（常態(tài)）鍵的兩個觸電處于短開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合（短路）。鍵盤分獨立式鍵盤與行列式鍵盤兩種。綜合題目對該要求不是太高的特點，我們選擇了較為簡單的獨立式鍵盤進行操作。這中鍵盤結構的優(yōu)點是電路簡單；缺點是當鍵數(shù)較多時，要占用較多的I/O 線。獨立式按鍵是各按鍵相互獨立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線，各按鍵的狀態(tài)互不影響，同時電路采用了中斷方式讀取鍵值。因為89C51 系列單片機

37、 P1 口已經有上拉電阻，所以選擇P1 口作為鍵盤輸入端。當沒有鍵盤按下時，與之相連的輸入口線為1（高電平），與門輸出為高電平。當任何一個鍵按下時，與之相連的輸入口線被置0（低電平），與門輸出由高變底，產生中斷條件，在中斷服務程序中讀取鍵盤值。鍵盤操作特點。當按鍵未被按下（即斷開）時，P1.1 輸入為高電平，按鍵閉合后，P1.1 輸入為低電平。通常的按鍵所用的開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，電壓信號會抖動。由于機械觸電的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會馬上斷開，因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 5

38、ms-10ms。這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對于單片機來說，則是完全可以感應到的，因為單片機處理的速度在微秒級。假如對按鍵不進行消抖處理，如果通過鍵盤輸入一個 1，單片機程序卻已執(zhí)行了多次輸入 1 按鍵處理程序，其結果是認為我們輸入了若干個 1。按鍵抖動的消除方法。按鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保單片機對鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除抖動，在鍵閉合穩(wěn)定時取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再進行處理。按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。通常在鍵數(shù)較少時，可用硬件方法消除抖動。 RS 觸發(fā)器位常用的硬件去抖電路。單片機中常用軟件法。軟件消抖法很簡單，就是在單片機獲得 P1

39、.1 口為低的信息后，不是立即認定按鍵已被按下，而是延時 10ms 或更長的一些時間后再次檢測 P1.1 口，如果仍為底，說明按鍵的確按下了，這實際上是避開了按鍵按下時的抖動，再對鍵值處理。不過一般情況下，通常不對按鍵釋放的后沿進行處理，實踐證明，也能滿足一定的要求。當然，實際應用中，對按鍵的要求也是千差萬別的，要根據(jù)不同的需要編制處理程序，但以上是消除鍵抖動的原則。鍵盤電路的連接如圖 4-4 所示為鍵盤電路， S1,S2,S3 分別接單片機的 INTO,INT1,T0, 也就是單片機的 P3.2 口， P3.3 口， P3.4 口。這部分電路針對三種狀態(tài)的時候，實現(xiàn)各自不同的功能：（1）當前

40、顯示運行時間的時候，如果按鍵S1 被按下，則打開黃燈閃爍標志位；如果按鍵 S3 被按下，則打開設置紅綠燈標志。（2）當前為設置黃燈閃爍時間的時候，如果按鍵S1 被按下，則重新讀取紅綠燈的運行時間。（ 3）當前為設置紅綠燈時間的時候，如果按鍵S1 被按下，則將設置好的值送當前的運行時間。89c51RES2+5V1P10P0039238P11P01337RRRP12P02436P13P033K3K3K535P14P04634P15P05GND733P16P06832P17P07S113INT1P2021S21222INT0P2123P22S31524T1P231425T0P2426P253127E

41、A/VPP2628P2719X1Y18X2C9RESETRXD10C12M11TXDC+1730RDALE/P30P30P1629WRPSEN10UGNDR10KGND圖 4-4 鍵盤電路第 4章系統(tǒng)的軟件設計4.1 C 語言簡介語言的特點用 C 編寫程序更符合人們的思考習慣，開發(fā)者可以擺脫與硬件無必要的接觸，更專心的考慮功能和算法而不是考慮一些細節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調試的時間。C語言具有良好的程序結構, 適用于模塊化程序設計，因此采用C 語言設計單片機應用系統(tǒng)程序時，首先要盡可能地采用結構化的程序設計方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能 7 ，這樣可使整個應用系統(tǒng)程序結構清晰，易于調試和維護。不同的功能模塊，分別指定相應的入口參數(shù)和出口參數(shù)，對于一些要重復調用的程序一般把其編成函數(shù)，這樣可以減少程序代碼的長度，又便于整個程序的管理，還可增強可讀性和移植性。語言的優(yōu)越性相比匯編語言而言，單片機C 語言具有以下幾點優(yōu)越性：·不懂得單片