基于单片机的交通灯控制系统.doc

湖湖南南省省高高等等教教育育自自学学考考试试 本科学生毕业论文本科学生毕业论文(设计设计) 题题 目目: 基于单片机的交通灯控制系统基于单片机的交通灯控制系统 姓姓 名名: 葛葛 彬彬 考考 籍籍 号号: 912705425166 专专 业业: 电子工程电子工程 指导教师指导教师: 田汉平田汉平 2007 年年 7 月月 基于单片机的交通灯控制系统基于单片机的交通灯控制系统 摘摘 要要 十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么 靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯 控制方式很多。本系统采用 MSC-51 系列单片机 Intel8051 和可编程并行 I/O 接 口芯片 8255A 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；为了系统稳定可靠采用了 MAX629“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生；显示时间 直接通过 8255 的 PA、PB 口输出；交通灯信号通过 PC 口输出；交通灯的点亮 采用 VT 双向晶闸管来控制，直接采用 220V 交流电源驱动，系统实用性强、操 作简单、扩展性强。 关键词关键词：单片机,交通灯,控制器,设计,实现 Abstract: Crossroads vehicle wear comb， pedestrian Xi Rang， turn to be all right lane， person pedestrian says ， methodically。 Do you lean what to realize this orderly order? What lean is that the automatic command system of traffic signal lamp。 Traffic signal lamp control way is many 。 This system adopts MSC-51 series only flat machine Intel8051 with but programming parallel interface chip 8255 A of I/O is central device the design controller of traffic lights， have realized can measure according to actual wagon flow the P1 installation bonus and green light that passes through 8051 chips burn to light the function of time； For system stabilize reliable have adopted MAX629 the chip dog looks after the house ， have avoided that system stops working condition because of halting to occur； Show that time is directly exported through PB and PA of 8255； The signal of traffic lights is exported through usually PC mouth； The point of traffic lights light to adopt VT two-way Jingo floodgate pipe come to control， directly drive with the alternating current source of 220 V， practicality is strong， operating is simple。 Keywords： Only flat machine ，Traffic Lights ，Controller ，Design ，Realize 目目 录录 前 言.1 一 交通灯发展概述.1 二 课题的背景及意义.1 三 课题的任务及要实现的主要功能.2 第一章 交通灯的总体方案设计与论证.2 1.1 单片机与外围接口部件.2 1.2 电源提供.3 1.3 倒计时显示界面.3 1.4 输入键盘.3 1.5 交通灯显示.4 1.6 系统稳定运行保障系统.4 1.7 理论分析与计算.4 第二章 硬件的选择与简介.8 2.1 8051 芯片简介.8 2.1.1 8051内部结构.8 2.1.2 8051的引脚说明：.9 2.2 8255 芯片简介.9 2.2.1 内部结构.10 2.2.2 引脚功能说明.11 2.2.3 芯片功能.11 2.3 其他器件.12 2.3.1 数码管与交通信号灯.12 2.3.2 看门狗MAX692.13 第三章 控制器硬件系统设计.15 3.1 系统硬件设计方案.15 3.2 系统工作原理.16 第四章 控制器的软件设计.18 4.1 交通灯燃亮时间的设定.18 4.2 软件延时.19 4.3 时间及信号灯的显示软件设计.20 44 程序设计.21 结 论.23 致 谢.24 参考文献.24 附录.24 附录 1：实验程序原代码.24 附录 2：实验原理图.28 -1- 前前 言言 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单 片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央 处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备 相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过 1、2、3、3 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它 们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。 一 交通灯发展概述 在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的 手段。这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳 手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机 械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的 煤气红绿灯。它由红绿两色以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表 示“注意”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914 年，电气 启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽 约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918 年，又 出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安 在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红 灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面 时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟 汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力， 减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各 种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和 右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口 内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必 须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线， 但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 二 课题的背景及意义 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通 超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高 速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快 速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。 而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道 路与普通道路耦合处交通状况的制约。人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断 的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。我国是 13 亿多人口的大 国，到 2004 年，全国的机动车保有量超过了 6000 万，而全国公路通车总里程只有 14。3 万公里。静态比例为：人均车辆越 0。5 辆，而人均道路只有 0。00011 公里； 每辆车均道路占有量约为 0。002 公里；且其中 90%的道路属于机动车与非机动车和 行人混杂。车辆的增加反映出了国家的整体进步，但是也给人民带来了其他的一些 -2- 负面的影响。今后几年机动车辆数字还在急剧增加，道路超负荷承载，致使交通事 故逐年增加。在一个交通十字路口，如果还是像以前一样由单纯的一种信号灯和交 通警察的协调来维持交通是不够的。根据统计每年因交通事故死亡的人数占所有事 故死亡总人数的 80%，而且这个比例还在不断的增加。 如果将每个交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高 发的地方，不但可以大大的降低交通事故的发生率，而且可以节省大量的人力财力。 基于新型规则的可编程交通控制系统（以下简称交通控制系统）可以实现对车辆、 行人的控制，使的交通便于管理。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会 意义。 三 课题的任务及要实现的主要功能 本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯显示系统组成。系统包括人行 道、左传、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本的交通灯功能外，还具有 倒计时，时间设置，紧急情况处理、及根据具体情况手动控制等功能。在紧急情况 下，设置交通灯状态为： 全红：东南西北所有方向禁止通行。 南北红、东西绿：南北方向禁行；东西方向通行。 东西红、南北绿：东西方向禁行；南北方向通行。 第一章第一章 交通灯的总体方案设计与论证交通灯的总体方案设计与论证 根据课题任务的要求，该系统具有交通灯的显示功能，倒计时功能，改变时间 设定功能，所以把系统分为几个模块，包括倒计时显示器、键盘、交通信号灯、控 制模块和看门狗电路。系统硬件框图如下 图 1.1 系统硬件连接框图 1.1 单片机与外围接口部件 该系统主控芯片单片机采用 MCS-8051，它内部具有 128 个 8 位用户数据存储 单元和 128 个专用寄存器单元，两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计 数产生中断用于控制程序转向，可以满足该控制系统的设计要求。 锁存器选用 74LS373，用于单片机输出地址信号锁存。 Intel8255 是一个为微机系统设计的通用并行接口电路，可适用于多种微处理器的通 用 8 位并行输入/输出接口芯片，在该系统中用于控制芯片 I/O 口的扩展。 -3- 图 1.2 独立式按键电路 1.2 电源提供 为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案 方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路 可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。 方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约 成本；缺点是输出功率不高。 方案三：采用 220V 交流电源与稳压电源块给系统提供电源，这样既可以有高 的输出功率，达到题目所给的要求。 综上所述，我们选择第三种方案。 1.3 倒计时显示界面 该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案： 方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法 胜任题目要求。 方案二：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软 件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。 方案三：采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输 出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与 LED 灯分 别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂 度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系 统的显示功能。 1.4 输入键盘 键盘在系统作用手动设灯亮时间、紧急情况处理。按键按照结构原理可分为两 类：一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点 开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机 系统中最常见的是触点式开关按键。 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别 是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非 编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。 全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对 应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜 键保护电路，这种键盘使用方便，但需要较多的 硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采 用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其 它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地 应用于单片机系统中。 独立式按键是直接用 I/O 口线构成的单个按 键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口 线，每个按键的工作不会影响其它 I/O 口线的状态。 独立式按键的典型应用如图 1.2 所示： 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O 口线， 因此，在按键较多时，I/O 口线浪费较大，不宜采用。 图中按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O 口线有确 -4- 定的高电平。当 I/O 口线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。不过，在设 计键盘的时候，因为采用的是机械式按键，要考虑键盘去抖问题。 按恢复键对上两者进行恢复到正常状态。键盘的按键由机械触点构成的。当开关 K 未被按下时，P1 口输入为低电平，K 闭合后，与之 对应的 P1 口 输入为高电平。由于按键是机械触点， 当机械触点断开、闭合时，会有抖动，P1 口 输入端 的波形会有尖锋脉冲出现。如图 1.3 所示。 为了使 CPU 能正确地读出 P1 口的状态，对每一次 按键只作一次回应，就必须考虑如何去除抖动，常用 的去抖动的方法有两种：硬体方法和软体方法。单片 机中常用软体法，因此，对于硬体方法这里不采用。 软体方法是在单片机获得 P1。0 口为高的信息后， 不是立即认定键盘 K 已被按下，而是延时 10 毫秒 或更长一些时间后再次检测 P1 键盘接口，如果仍 为高，说明 K 的确按下了，这实际上是避开了按键 按下时的抖动时间。而在检测到按键释放后（P1。0 为低）再延时 5-10 个毫秒， 消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情况下，我们通常不对按键释放的 后沿进行处理，实践证明，也能满足一定的要求。当然，实际应用中，对按键的要 求也是千差万别，要根据不同的需要来编制处理程序，以上是消除键抖动的原则。 具体消抖见软件设计。 键盘采用独立式键盘，单片机的 I/O 口数可以满足该键盘，并且可以完成题目 中的所要求的设定时间、紧急情况控制功能。 1.5 交通灯显示 采用信号灯拼成箭头状作为人行提示/左右转提示，清晰明了。VT 为双向晶闸 管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时晶闸管关 断，该支路指示灯灭。用 220 交流电驱动交通灯，这样就满足了在阳光下或者在雾 天也可以看清楚交通灯信号。 1.6 系统稳定运行保障系统 由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场 合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作， 为了使该系统在噪声大的路口可以比较稳定的运行，在系统中设计了看门狗电路， 用以保证系统在受到外界干扰死机或者不能正常工作时，可以自动重置。 本系统采用专用芯片 MAX692 作为外部看门狗电路。 1.7 理论分析与计算 1交通灯显示时序的理论分析与计算 对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳 的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量= 车 流 / 时间 来表示。 图 21 所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为 S1、S2、S3、S4，交通 灯以这四的状态为一个周期，循环执行（见图 22）。 闭合 稳定 键按下 前沿抖动 后沿抖动 图 1.3 按键触点的机械抖动 -5- 请注意图 21b 和图 21d，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种 状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶的状 态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需 写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图 23 可以看出，相邻路口的灯它们的状态在 相位上相差 180。因此最终只需写出一组 S1、S2、S3、S4 的逻辑状态表。如表 21 所示。 -6- 表中的“”代表是红灯亮（也代表逻辑上的 0） ， “”是代表绿灯亮（也代表逻辑上的 1） ，依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。 2交通灯显示时间的理论分析与计算 东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定， 并且 S1、S2、S3、S4 各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下所示： T-S1+T-S2=T-S3 -7- T-S2=T-S4 T-S1=T-S3 我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字 路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定 值时也应以此为参考。 3、电路图及设计文件 （1）灯控制电路设计 由于 32 个 LED 来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的口线，路口倒计时的 显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图 31 所示。 图中 74LS04 的作用是倒相和驱动，它输出的电流大约 48mA，实际测试发现足 以满足要求，而且发光管也能达到足够的亮度。 观察图可以看出：两组发光管（一组红、一组绿）由于反相器的作用，其逻辑状态 恰恰相反。图中和电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止因上下两组发光管分 压不同导致逻辑的错误。共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红 绿灯，使用两片 74LS04 作为驱动。 （2）倒计时显示电路设计 前面已经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的，所以为了节省，采用两 组四个数码管作为倒计时的显示；同时为了节省口资源，采用串口显示的方式驱动 数码管。见图 32 所示。 -8- 第二章第二章 硬件的选择与简介硬件的选择与简介 2.1 8051 芯片简介 2.1.1 8051 内部结构 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，其内部结构图如右所示： 由其内部结构图可知：8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储 器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断系统和时钟电路等几大单元及 数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处 理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作， 完成运算和控制输入输出功能等操作。 程序存储器(ROM)： 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 数据存储器(RAM)： 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统 一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存 放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的 中间结果或用户定义的字型表。 定时/计数器(ROM)： 8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制 程序转向。 并行输入输出(I/O)口： 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行 口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： -9- 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行 中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路： 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时 序， 图 2.3 但 8051 单片机需外置振荡电容。8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是 手动复位，见下图 4。此外，RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可接 上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 2.1.2 8051 的引脚说明： MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器 的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 Pin9：RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程 序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专 用寄存器被清“0”。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执 行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8051 的 初始态。 Pin30：ALE / PR/OG 当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地 址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲 信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更 有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE 会跳过一个脉冲。 如果单片机是 EPROM，在编程其间，PR/OG 将用于输入编程脉冲。 Pin29：PE/SN 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上， 由 CPU 读入并执行。 Pin31：EA/Vpp 程序存储器的内外部选通线，8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存储器指 令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。如 EA 为低电平，则不管地址大小， 一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031，EA 端必须接 地。在编程时，EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压。 2.2 8255 芯片简介 8255 可编程并行接口芯片简介： 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端 上电自动复位手动复位电路 内部时钟方式外部时钟方式 -10- 口，即 A 口、B 口和 C 口，对应于引脚 PA7PA0、PB7PB0 和 PC7PC0。其内 部还有一个控制寄存器，即控制口。通常 A 口、B 口作为输入输出的数据端口。C 口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每个 端口包含一个 4 位锁存器。它们分别与端口 A配合使用，可以用作控制信号输 出或作为状态信号输入。 2.2.1 内部结构 8255 内部结构如图所示： 图 2.5 由上图可知：8255 包括三个端口，二个工作方式控制电路，一个读写控制逻辑 电路和 8 位总线缓冲器，现将各部件功能分别加以简单介绍： 端口 A、B、C 控制电路分为：A 组工作方式控制电路、B 组方式控制电路。A 组和 B 组具有 一个控制命令寄存器，用来接收 CPU 的控制字（命令） ，根据控制字决定两端口的 工作方式，也可以用控制字做到 C 口按位清“0”或者按位置“1”。A 组控制电路用来 控制 A 口和 C 口的上半部分（PC7PC0） 。B 组控制电路用来控制 B 口和 C 口的下 半部分（PC3PC7） 。 数据总线缓冲器 该缓冲器是一个三态双向 8 位缓冲器，用来传送数据、控制命令和外部状态信 -11- 息。 读写控制逻辑电路 读写控制逻辑电路接收 CPU 发来的控制信号 R/D、W/R、RESET、IO/RQ 和地址信 号 A1、A0 等，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出后送往 CPU，或者将 CPU 送来的数据写入端口。使用时，一般将 A1、A0 接入地址总线的最低 2 位，因 而一块 8255 芯片占用四个设备地址，分别对应于端口 A，端口 B，端口 C 和控制寄 存器。 8255 没有专门的状态字，而是当工作于方式 1 和方式 2 时，读取端口 C 的数据，即 得状态字。当状态字中有效信息位不满 8 位时，所缺的即为对应端口 C 引脚的输入 电平。 2.2.2 引脚功能说明 RESET：复位输入线，当该输入端外接高电平时，所有内部寄存器（包括控制 寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。 CS：片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中 允许 8255 与 CPU 进行通信。 RD：读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许 8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255 读取信息或数据。 WR：写入信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许 CPU 将数据或控制字写 入 8255。 D0D7：三态双向数据总线，8255 与 CPU 数据传送的通道，当 CPU 执行输入 输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线 传送。 PA0PA7：端口 A 输入输出线，有 8 位数据输出锁存/缓冲功能和 8 位数据输入 锁存功能。 PB0PB7：端口 B 输入输出线，有 8 位的 I/O 锁存功能和 8 位的输入输出缓冲 功能。 PC0PC7：端口 C 输入输出线，有 8 位的数据输出锁存器/缓冲器和 8 位的数据 输入缓冲器。端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口，每个 4 位的端 口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出 或状态信号输入端口。 A1、A0：端口地址总线，8255 中有端口 A、B、C 和一个内部控制寄存器，共 4 个端口，由 A0、A1 输入地址信号来寻址。 2.2.3 芯片功能 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明： 8255 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C 口按位置位复 位控制字。其中 C 口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故 在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。 方式控制字说明： D7：设定工作方式标志，1 有效。 D6、D5：A 口方式选择： 0 0 方式 0 -12- 0 1 方式 1 1 方式 2 D4：A 口功能 （1=输入，0=输出） D3：C 口高 4 位功能 （1=输入，0=输出） D2：B 口方式选择 （0=方式 0，1=方式 1） D1：B 口功能 （1=输入，0=输出） D0：C 口低 4 位功能 （1=输入，0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式说明： 方式 0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都 可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式 1：选通输入输出方式。这时 A 口或 B 口的 8 位外设线用作输入或输出， C 口的 4 条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式 2 ：双向总线方式。只有 A 口具备双向总线方式，8 位外设线用作输入或 输出，此时 C 口的 5 条线用作通信联络信号和中断请求信号。 在三种工作方式中，在方式 0 时，端口 C 和端口 A、B 一样工作于基本的输入/ 输出方式，把数据送给外设，或从外设接收数据。当工作于方式 1 或方式 2 时，端 口 C 就产生或接收与外设进行联络的信号，读出端口 C 的内容就能测试或核对各种 外设的状态，并由此改变程序的进程。但是，没有从端口 C 读取状态信息的专用指 令，而要执行端口 C 的读出操作来读取这些状态信息，端口 C 并不是所有的位都用 于传送控制或状态信息，剩余的各位可以由控制字设定为输入或输出。当设定为输 入时，则在对端口 C 读出时，可访问所有的输入线；当设定为输出时，则端口 C 的 高 4 位必须用置位/复位功能单独访问，而端口 C 的低 4 位则可用置位/复位功能访 问，也可通过写入端口 C 的操作进行访问。当 8255 以方式 1 或方式 2 工作时，提 供的控制信号可用作向 CPU 的中断请求输入。由端口 C 产生的中断请求信号可通 过将有关的 INTE 触发器置位/复位而加以允许/禁止，INTE 触发器的状态可通过 C 口的置位/复位功能来加以设定。因此，C 口产生的中断请求是软件可屏蔽的，由于 可允许/禁止某个 I/O 设备中断 CPU，从而不影响中断结构中任何其它设备。 2.3 其他器件 2.3.1 数码管与交通信号灯 显示器是最常用的输出设备。特别是发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD） ， 由于结构简单、价格便宜、接口容易，得到广泛的应用，尤其在单片机系统中大量 使用。现在简单介绍 发光二极管。 发光显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极 管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个比划发光，控制不同组合的 二极管导通，就能显示出各种字符。点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态 显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。例 如，七段显示器的 a、b、c、d、e、f 导通，g 截止，则显示 0。这种显示器方式， 每一位都需要一个 8 位输出口控制，所以占用硬件多，一般用于显示器位数较小 （很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的 I/O 口太多，一般采用动态显 示方法。 所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各位显示器（扫描） ，对于每一位显示器 来说，每个一段时间点亮一次。显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点 亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间的参数，可实现亮度较高较稳定的 显示。若显示器的位数不大于 8 位，则控制显示器公共极电位只需一个 I/O 口（称 -13- 为扫描口） ，控制各位显示器所显示的字形也需一个 8 位口。 图 2.6 晶闸管与数码管示意图 要使行人能看见信号灯的情况，必须把 8255 输出的信号进行放大 VT 为双向晶 闸管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时晶闸管 关断，该支路指示灯灭。 2.3.2 看门狗 MAX692 由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场 合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。 设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。 一个完整的单片机应用系统应该是一个软、硬件的结合体，在系统正常工作时，会 受到各种外界干扰因素的影响。这种外界干扰轻者导致系统内部数据出错，重者将 严重影响程序的运行。因此单片机应用系统的开发一定要考虑系统可靠性的设计， 以满足系统在现场苛刻环境下的正常运行，而“看门狗”则是系统可靠性设计的重要 一环。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬 件方式在一定的周期内监控单片机或其他 CPU 的运行情况。如果在规定的时间内没 有收到来自单片机或其他 CPU 的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到 干扰时仍能够维持正常的工作状态。在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件 和软件结合两种方式。 （1）软件看门狗 软件看门狗是利用单片机片内闲置的定时器/计数器单元作为看门狗，在单片机 程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计 数器 PC 赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。 使用软件看门狗的具体实现方法如下： 首先在初始化程序中设置好定时器/计数器的方式控制寄存器(TMOD) 和定时时间的 初值，并开中断。根据定时器的定时时间，在主程序中按一定的间隔插入复位定时 器的指令