基于單片機實現的交通燈設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 會指到接收寄存器，在寫時會指到發送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時 的被響應，數據沒有被取走，下一幀數據已到來，而造成的數據重疊問題。發送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發送程序時也不必用到發送中斷去外理發送數據。 7 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監視或控制接口狀態，都會引用到接口控制寄存器。 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是 98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監視和控制 51 芯片串行口的工作狀態。 51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用 SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置 如 表 11 所示 ： 表 11 串行口工作模式設置 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過。表中的 fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶 振的頻率。 UAR 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。 RE 為允許接收位， REM 置 1時串口允許接收，置 0 時禁止接收。 REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發送引腳 , 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入 REM=0 來禁止接收，在子程序結束處加入 REM=1 再次打開串口接收。 TB8 發送數據位 8，在模式 2 和 3 是要發送的第 9 位。該位 可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數據幀。 RB8 接收數據位 8，在模式 2 和 3 是已接收數據的第 9 位。該位可能是奇偶位，地址 /數據標識位。在模式 0 中， RB8 為保留位沒有被使用。在模式 1 中，當 SM2=0， RB8 是已接收數據的停止位。 TI 發送中斷標識位。在模式 0，發送完第 8 位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初，由硬件置位。 TI 置位后，申請中斷， CPU 響應中斷后，發送下一幀數據。在任何模式下， TI 都必須由 軟件來清除，也就是說在數據寫入到 SBUF 后，硬件發送數據，中斷響應（如中斷打開），這時 TI=1，表明發送已完成， TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。 8 RI 接收中斷標識位。在模式 0，接收第 8 位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。 RI=1，申請中斷，要求 CPU 取走數據。但在模式 1 中， SM2=1 時，當未收到有效的停止位，則不會對 RI 置位。同樣 RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個位的， 1 位起始位為 0,8 位數據位，低位在先， 1 位停止 位為 1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器 1 或定時器 2 的定時值（溢出速率） 。 兩位七段式數碼管 兩位七段式數碼管介紹 ： 兩位七段式數碼管其實就是將兩個一位八段式數碼接相應的電路組合在一起。并引出兩控制端 1 和 2，同過其電平的高低來控制兩個數碼管的高低位工作。其中兩個數碼管的八個端子 A， B， C， D， E， F， G， DP 為公共所用。（其圖形如圖 16所示） 圖 14:共陰極二極管 圖 15:共陽極二極管 圖 16 兩位七段式數碼管 9 2 系統硬件設計與實現 簡易 交通燈 基本組成部分 簡易 交通燈 主要是由 復位電路 、 時鐘電路 、 鍵盤 電路、 顯示電路、 LED指示 電路這幾部分組成。 此系統核心元件為單片機 AT89C51，對其編寫相關程序來控制交通信號燈和數碼管的時間顯示。系統共采用 12 個發光二極管來模擬各路交通信號燈， 2個 LED 七段數碼管以倒 計時的方式顯示各個方向上允許通行或禁止通行的信號燈剩余的時間。停 25S，準備 5S，之后通行 20S，在東西和南北兩個方向上這兩種狀態不斷循環。源程序采用 C語言編寫，并通過 keil 軟件進行編譯，最后倒入 AT89C51 單片機中，運行系統。設計好后通過 PROTUES 軟件仿真，并調試。 時鐘電路設計 AT89C51 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序但 AT89C51 單片機需外置振蕩電容。 由上可見， AT89C51 單片機的硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該 單片機 CPU 中的位處理器，它實際上是一個完整的 1位微計算機，這個一位微計算機有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 1位機在開關決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而 8 位機在數據采集，運算處理方面有明顯的長處。 MCS51 單片機中 8 位機和 1位機的硬件資源復合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術上的一個突破，這也是 MCS51 單片機在設計的精美之處。 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到 :內部振蕩和外部振蕩。 MCS51 單片機內部有一個用于構成振蕩 器的高增益反向放大器，引腳 XTALl 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩定，實際使用中常采用這種方式，如圖 21 所示在其外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )或陶瓷諧振器就構成了內部振蕩方式，片內高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構成一個自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。圖 21中外接晶體以及電容 C2 和 C1構成并聯諧振電路，它們起穩定振蕩頻率、快速起振的 作用，其值 為30P 左右，晶振頻率選 12MHz。 圖 21 時鐘電路 10 復位電路設計 AT89C51 的上電復位電路如 下 圖 22所示，只要在 RST復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個 電阻 到地即可。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST 端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1uF。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電 容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續時間取決于電容的充電時間。為了保證系統能夠可靠地復位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時， Vcc的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如 晶振 頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。在圖2 的復位電路中，當 Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產生損害。 在復位期間，端口引腳處于隨機狀態，復位后，系統將端口置為全 “l” 態。如果系統在上電時得不到有效的復位，則程序 計數器 PC 將得不到一個合適的初值，因此，CPU 可能會從一個未被定義的位置 開始執行 圖 22 AT89C51復位電路 程序。 按鍵接口 電路設計 單片機使用的鍵盤分為獨立式和矩陣式兩種。 方案一 ： 矩陣式鍵盤適用于按鍵數量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，而有鍵按下時，行線電平狀態將由與此行線相連的列線電平決定，列線電平如果為低，則行線電平為低 ；反之，則為高。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關鍵。矩陣式鍵盤各按鍵彼此將相互發生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。 方案二： 矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的數目較多，所以鍵按行列組成矩陣。 獨立式鍵盤就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態不會影響其他輸入線上的工作狀態。 因次，通過檢測輸入線的電平狀態可以很容易的判斷哪個按鍵被按下了 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單。 但每個按鍵需占用一根輸入口線，此種按鍵電路適 用于按鍵較少或操作速度教 11 高的場合 獨立式實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的I/O 口連接，連接方法就是每個按鍵獨立一條口線，各按鍵之間狀態不會影響且接口簡單。 考慮到這個控制器中，設定的按鍵不多，為了使系統簡單明了，在這里選擇獨立式按鍵。如圖 23所示， 圖 23 獨立的按鍵 電路連接圖 交通燈狀態顯示 電路的設計 十字路口的交通燈分布示意圖如圖 24 所示，將這 12 個交通燈進行編號。 圖 24 十字路口交通燈分布示意圖 這 12個交通燈共有四個狀態： 狀 態 1（ S1）：東西紅燈（ 10）亮，南北綠燈（ 9）亮 狀態 2（ S2）：南北黃燈（ 8）亮，東西仍為紅燈（ 10）亮 狀態 3（ S3）：南北紅燈（ 7）亮，東西綠燈（ 12）亮 狀態 4（ S4）：東西黃燈（ 11）亮，南北仍為紅燈（ 7）亮 對應的硬件原理設計圖如圖 25所示： 12 D1L E D R E DD2L E D Y E L L O WD3L E D G RE E ND4L E D R E DD5L E D Y E L L O WD6L E D G RE E ND7L E D R E DD8L E D Y E L L O WD9L E D G RE E ND 1 0L E D R E DD 1 1L E D Y E L L O WD 1 2L E D G RE E NP 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7P13p12P 1 5P 1 6P 1 7p 1 7P 1 6p 1 5P12 P13P14p14 圖 25 交通燈狀態顯示電路 LED 基本結構 LED 是發光二極管顯示器的縮寫。 LED 由 于結構簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優點而得到廣泛應用。 LED 顯示器是由若干個發光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機中使用最多的是七段數碼顯示器。 LED 七段數碼顯示器由 8個發光二極管組成顯示字段，其中 7個長條形的發光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數字。 LED 引腳排列如 上 圖 25所示。 圖 25 LED 管腳排列 13 LED 譯碼方式 譯碼方式是指由顯示字符轉換得到對應的字段 表 21 共陰極字段碼表 碼的方式，對于 LED 數碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。 硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現顯示字符碼的轉換。 軟件譯 碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序。 本設計系統中為了 簡化硬件線路設計， LED譯碼采用軟件編程來實現。由于本設計采用的是共陰極 LED，其對應的字符和字段碼如表 21 所示。 LED 顯示器與單片機接口設計 由于單片機的并行口不能直接驅動 LED 顯示器，所以，在一般情況下，必須采用專用的驅動電路芯片，使之產生足夠大的電流，顯示器才能正常工作 [7]。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅動電路長期在超負荷下運行容易損壞，因此， LED 顯示器的驅動電路設計是一個非常重要的問題。 為了簡化數字式直流電壓表的電路設計，在 LED 驅動電路的設計上，可以利用單片機 P0 口上外接的上拉電阻來實現，即將 LED 的 AG 段顯示引腳和 DP小數點顯示引腳并聯到 P0 口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大 P0 口作為輸出口德驅動能力，使得 LED 能按照正常的亮度顯示出數字，如圖 27所示。 圖 27 LED 數碼管與單片機接口電路