毕业设计--基于单片机技术的交通灯控制装置设计及制作.doc

*学院电子信息工程系毕业设计说明书题 目 基于单片机技术的交通灯控制装置设计及制作姓 名 学 号 专 业 指导教师 2017年 05月 2 日摘 要交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，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。本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行传感器的硬件电路、显示电路等的设计和基本功能要求。关键词：显示器，单片机，交通灯,74LS244，LED。 。 目 录第一章 单片机概述11.1 单片机的发展. 11.2 单片机的应用. 1第二章 方案设计论证与可行性分析3第三章 系统硬件设计. 3.1 MSC-51芯片简介. 3.2 8255芯片简介. 3.3 74LS244的功能. 3.4 LED显示工作原理. 3.5 系统工作原理. 3.6 交通灯控制线路图. 第四章 系统软件设计. 4.1 计数器延时初值计算. 4.2 秒的设定方法. 4.3 软件延时. 4.4 程序设计. 第五章 看门狗电路. 5.1 硬件看门狗. 5.2 软件看门狗. 第六章 安装与调试. 6.1 单片机开发系统. 6.2 调试步骤.结 论. 致 谢. 参考文献. 附 录：系统原理图 程序清单4第一章 单片机概述1.1单片机的发展单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在，基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。1.2单片机的应用1、在家用电器领域的应用 现在在家用电器的更新、市场开拓等方面，单片机的应用越来越广泛，比如电子玩具或者高级的电视游戏机中，会应用单片机实现其控制功能;而洗衣机可以利用单片机识别衣服的种类与脏污程度，从而自动选择洗涤强度与洗涤时间;在冰箱冷柜中采用单片机控制可以识别食物的种类与保鲜程度，实现冷藏温度与冷藏时间的自动选择;微波炉也可以通过单片机识别食物种类从而自动确定加热温度与加热时间等等，这些家用电器在应用单片机技术后，无论是性能还是功能，与传统技术相比均有长足的进步。 2、在医用设备领域的应用 现代医疗条件越来越发达，人们对医疗灭菌消毒技术也越来越重视，但是一些偏远地区的小医院、小诊所其消毒灭菌设备还十分简陋，无法有效的控制消毒质量。随着单片机技术的发展，其体积较小、功能强大、具有灵活的扩展性、应用方便的特点也越来越突出，因此在医用呼吸机、分析仪与监护仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等设备中得到了广泛的应用。 3、在工业控制领域的应用 其实最早的单片机正是从工业领域开始兴起的，至今其在工业控制领域的应用仍然十分广泛，利用单片机技术构成多种多样的数据采集系统与智能控制系统，比如工厂流水线的智能化管理、智能化电梯、报警系统等等，均是通过单片机技术与计算机联网构成二级控制系统。 4、在仪器仪表领域的应用 上文中也谈到单片机具备集成度高、体积小、较强的控制功能与扩展的灵活性等特点，并且处理速度快，具有较高的可靠性，所以在智能仪器仪表领域其应用也十分广泛。从某种程度而言，单片机带动了传统测量、控制仪器仪表技术的一项革命，通过单片机技术实现了仪器仪表技术的数字化、智能化、综合化以及多功能化，与传统的电子电路或者数字电路相比，其功能更强大，综合性更突出。第二章 方案设计论证与可行性分析2.1交通灯设计方案的选择与论证2.1.1设计任务及要求论证1、任务：本设计系统是基于单片机的模拟交通灯控制系统，具有一定的实际意义。本课题的目的是以单片机为核心，通过LED数码管显示和LED灯完成了十字路口的工作状态的模拟，并且通过按键有效的控制等待时间的长短。其运行可靠，操作方便，适用性强，可以广泛应用于城市路口，具有较大的推广价值。设计好后通过PROTUES软件仿真，并调试。2、单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态4然后循环至状态1，周而复始，即如图所示：交通状态图。 过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时2秒。此状态下除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。状态1状态2状态3状态4东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯0100上图表表示灯状态和行止状态的关系东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示。说明：0表示灭，1表示亮3、可行性分析交通灯控制系统，可由多种电路来构成，在本设计中采用单片机编程控制的方式。随着大规模集成电路技术的发展，微型计算机也在不断的进步，而其中就包含单片机技术。单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能。单片机的特点：1)控制系统在线作用。单片机的控制作用可分为两个方面：一是离线控制，二是在线控制。2)软硬件结合。单片机的引入使控制系统大大“软化”，相比其他计算机应用问题，单片机控制应用中的硬件内容较多，所以单片机控制应用有软硬结合的特点。3)应用现场环境恶劣。通常单片机应用现场的环境比较恶劣，电磁干扰、电源波动、冲击振动、高低温等因素都会影响系统的工作的稳定。此外，无人值守的环境也会对单片机系统的稳定性和可靠性提出更高的要求。所以稳定和可靠在单片机的应用中具有格外重要的意义。4)应用的广泛性。在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现。其应用领域包括工业自动化方面、仪器仪表方面、家用电器方面、信息和通信产品方面以及军事装备方面。5)综上所述，单片机的稳定性，可靠性都有着很好的保证，它也具有一定的精度，且低电压、低功耗。从经济方面考虑，也最为合适。所以此次设计选用单片机为核心控制器。在本系统的开发和设计中，选择ATMEL公司的AT89C52单片机最合适第三章 系统硬件设计3.1 MSC-51芯片简介 8051 是MSC-51系列单片机的典型产品，8051 单片机包含中央处理器、程序处理器（ROM）、数据处理器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。现在我们分别加以说明：3.1.1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协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。3.1.2存储器 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，它们是统一编制的，专用存储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形表。左图为8051 内部结构图8051共有4096个8位掩膜RAM，用于存放用户程序，原始数据或表格。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/计数器产生中断用于控制程序专向。3.1.3 并行输入输出口8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2、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，用于与其他设备的串行数据传送，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。3.1.4 中断系统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。 3.1.5 80518051 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，8051单片机需外置振荡电容。 3.1.6 复位电路在单片机应用系统中，外部扩张IO接口有电路需要恢复，需要一个上电位在内的系统同步复位电路，RST管脚上的信号可以使8051 处于复位状态，8051的复位有自动上电复位和人工按钮复位两种，如下图所示。 MCS-51的复位电路 MCS-51 系列单片机的内部结构示意图3.2 8255芯片简介 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。特性1.一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。2.具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口，分别为PA口、PB口和PC口。它们又可分为两组12位的I/O口：A组包括A口及C口(高4位,PC4PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0PC3)。A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O三种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定.3.3 74LS244的功能 74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。地扯锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上的地扯代码暂存起来。 74LS244芯片引脚图74LS244引脚功能/1G，/2G：控制端，控制4个三态门1A1-1A4,2A1-2A4：输入端1Y1-1Y4,2Y1-2Y4：输出端74LS244真值表3.4 LED显示工作原理 （一）LED 概述 LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。 （二）系统组成本系统由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面，并通过增加功放、音箱输出声音。视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支持NTSC、PAL、S_Video等多种制式。系统软件：提供LED播放专用软件，powerpoint或ES98视频播放软件 (三)系统功能 以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器(VGA)窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步，屏幕映射位置可调，可方便随意地选择显示画面的大小。显示点阵采用超高亮度LED发光管(红、绿双基色)，256级灰度，颜色变化组合65536种，色彩丰富逼真，并支持VGA24位真彩色显示模式。配备图文信息及三维动画播放软件，可播放高质量的图文信息及三维动画。播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形式。使用专用节目编辑播放软件可通过键盘鼠标、扫描仪等不同的输入手段编辑、增加、删除和修改文字、图形、图像等信息。编排存于控制主机或服务器硬盘节目播放顺序与时间实现一体化交替播放并可相互叠加。可以接收显示录像机、影碟机等视频信号。3.5 系统工作原理总开关闭合，交通灯开始工作。南北黄灯亮，东西红灯亮，延迟20秒；然后，南北绿灯亮，东西红灯亮，延迟4分钟；南北绿灯闪，亮十秒，灭十秒，循环3次，再南北绿灯灭，红灯亮；南北通行结束，东西开始运行。东西黄灯亮，南北红灯亮，延迟20秒；东西绿灯亮，南北黄灯亮，延迟4分钟；东西绿灯闪，亮十秒，灭十秒，循环3次，东西绿灯灭，红灯亮；按上述状态从开始依次循环。3.6 交通灯控制线路图第四章 系统软件设计4.1 计数器延时初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC可得到如下计算通式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28.计算公式T=（MTC）T计数 或 TCM-CT计数T计数是单片机时钟周期的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为12MHZ，经过12分频方式0TMAX213微秒8.912毫秒方式1TMAX216微秒65.536毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。4.2 秒的设定方法 我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。 相应程序代码（）主程序定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TCM-TT计数=50ms/1us=15536 = 3CBOH ORG1000HSTART:MOVTMOD,#01H 令T0为定时器方式1MOVTH0, #3CH装入定时器初值MOV TL0, #BOH;MOVIE,#82H;开T0 中断SEBTTRO; 启动T0 计数器MOV RO,#14H; 软件计数器赋初值LOOP:SJMP$; 等待中断（）中断服务子程序ORG00BHAJMP BRT0ORG 00BHBRT0：DJNZR0，NEXT AJMPTIME跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ：MOVR0，14H;恢复R0值MOV TH0,#3CHMOVTL0,#BOH; 重装入定时器初值MOV IE,#82HRET1 End4.3 软件延时 MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ，我们选用的 8031 单片机的工作频率为 6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时 1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RETDELAY1:MOV R6,#0 延时125ms 子程序 MOV R5,#0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN，#DATA 字节数数为2 机器周期数为1 所以此指令的执行时间为2ms DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为 256*256=65536 所以延时时间=65536*2=1310约为125us DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以125us*8= 1秒 由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。4.3.1延时原理MCS-51的工作频率为12MHZ，机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12MHZ）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。我们设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒。这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到。设定定时器需要定时50毫秒，故T0必须工作于方式。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH.4.3.2中断原理本系统主要使用了外部中断，中断信号有引脚INT0和INT1输入，低电平有效，CPU每个时钟周期都会检测INT0和INT1上的信号，8051允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号，可由用户通过设置TCON中IT0和IT1位的状态来实现。以IT0为例，IT0=0，为电平触发方式，IT0=1，为负边沿触发方式，本设计采用电平方式，IE0为其中断标志位，有中断信号则置位，中断服务子程序响应后，IE0自动清零。IE中的EA为允许中断的总控制位，为1开启，EX0为外部中断允许控制位，为1开启。在优先级的允许下，一旦有外部中断信号产生，单片机CPU首先保护断点，PC值进栈，然后执行相应的中断服务子程序，执行完后，用RETI指令返回，此时CPU会从堆栈中取保存的断点地址，送回PC，程序再正常执行。4.4 程序设计 4.41 程序流程图 交通灯的软件设计流程图第五章 看门狗电路5.1 硬件看门狗5.1.1硬件看门狗电路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。5.1.2硬件看门狗专用硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的RESET引脚使单片机复位。这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都有密切的关系。目前常用的集成看门狗电路很多，如MAX705708、MAX813L、X5043/5045等。看门狗电路可以分为内看门狗和外看门狗。看门狗电路是指看门狗的硬件电路包含在单片机内部，如Microchip的16C5x系列，MOTOROLA的68C05系列，51内核中比较典型的有Atmel公司的AT89C55WD、AT89S8252，Winbond公司的W77E58，SST公司的SST89C58以及Philips公司87系列的多种型号的单片机等。对于没有看门狗定时器的单片机或是认为内部看门狗不可靠时，可以采用外部看门狗定时器。外部看门狗电路既可以用专用看门狗芯片，也可由普通芯片实现。这里，以专用芯片MAX692作为外部看门狗的电路。MAX692是微系统监控电路芯片，具有后备电池切换、掉电判别、看门狗监控等功能。其封装和引脚说明如图所示。MAX692封装和引脚VOUT：电源输出引脚。VCC：接电源引脚，电源供电3.05.5V。GND：接地。PFI：电池故障输入。/PFO：电池故障输出。WDI：监视器输入引脚。/RESET：复位输出引脚，低电平有效。VBATT：后备电池输入端。MAX692在本文的单片机系统中的具体使用方法和电路原理图如下图所示。MAX692电路原理图如图其中WDI是看门狗监测输入脚，接到CPU的一个专用I/O口或一个总线上。/RESET是复位信号输出脚，接到CPU的复位输入脚。MAX692的WDI定时周期是1.6s，复位脉冲宽度是200ms。如果WDI保持高或低超过看门狗定时周期（1.6s），/RESET端将发生200ms的负脉冲使CPU复位MAX692电路原理图5.2 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。(1)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。(2)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，既插入监控指令，两条指令间的时间间隔应该小于定时时间，否则看门狗将发生错误动作。(3)在定时器的中断服务程序中设置一条无条件转移指令，将程序计数器PC转移到初始化程序的入口。软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。当然，如果片内的定时器/计数器被占用，就需要寻求其他的设计方式了。第六章 安装与调试6.1 单片机开发系统单片机本身没有自开发功能，必须借助开发工具来进行软硬件调试和程序固化。单片机开发工具性能的优劣直接影响单片机应用产品的开发周期。本文从单片机工具所应具有的功能出发，进一步谈谈各类单片机开发工具功能上的差异，便于读者在选购开发工具时进行比较。最后，以国内常见的MCS一51及MCS一5l兼容系列单片机开发工具为例，对其性能进行简单的介绍。6.1.1单片机开发工具的功能单片机开发系统通常由主机(一般是个人电脑)、单片机仿真器、编程器等三部分组成。衡量单片机系统性能的优劣要从其实时在线仿真功能、调试功能和辅助设计功能三方面加以考虑。1实时在线仿真功能实时在线仿真是指开发系统中的仿真器能仿真用户目标系统中的单片机并模拟目标系统中的ROM、RAM和IO口，使在线仿真时用户目标系统的运行环境和运行速度与脱离仿真器后用户目标系统独立运行时的环境和运行速度完全一致。在线仿真时开发系统应能将仿真器中的单片机完整地(包括片内的全部资源及外部可扩展的程序存储器和数据存储器)出借给目标系统，不占用任何资源，电不受任何限制，仿真单片机韵电气特性也应与用户系统的单片机一致，使用户可根据单片机的资源特性进行设计；另外，在用户目标机未做好前，还可借用仿真器内的资源进行软件调试。2调试功能开发系统软硬件调试功能的强弱，直接关系到产品开发的效率。性能优良的开发系统应具有以下调试功能。(1)运行控制功能应能以单步、断点(多种断点条件)、连续三种方式运行程序；在各种运行方式下，用户能根据需要启动或停止程序的执行；当程序中断时应能保持断点处的现场(包括Pc等特殊功能寄存器、IO口等)。(2)状态的读出和修改功能用户可以读出修改目标系统所有资源的状态，以便检查运行的结果。这些资源包括：程序存储器(仿真RAM或用户目标机中的ROM)、单片机片内资源、扩展的数据存储器和I0口等。(3)跟踪功能高性能的单片机开发系统还具有逻辑分析仪的功能。在程序运行过程中，能监视和存储目标系统总线上的地址、数据和控制信号的变化，也可显示某总线变化的波形，对于分析定位故障尤为有用。3辅助设计功能软件的辅助设计功能也是衡量单片机开发系统功能强弱的重要标志之一。软件辅助设计功能包括：程序设计语言：单片机的程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言程序的输入、修改和调试均很麻烦，仅在简单的开发装置中使用；汇编语言使用灵活、程序容易优化，是单片机开发中最常用的语言；高级语言具有通用性好、功能强等特点，设计人员只要掌握该语言而无须完全掌握具体单片机的指令系统便可编制程序，且在改换单片机型号时程序的移植十分容易，特别是对习惯使用高级语言的用户更是十分方便。MCS一5l系列单片机常用的高级语言有：PLM51、C一51、MBASIC一5l等。在程序设计时可交叉使用汇编语言和高级语言。程序编辑：单片机开发系统通常提供。EDIN、PE等全屏幕编辑软件来编辑汇编语言和高级语言程序，提供交叉汇编程序或编译程序将源程序汇编成目标程序并生成程序清单文件。其它软件功能：一些开发系统还提供反汇编程序和实用子程序库。反汇编程序将机器码程序反汇编成汇编语言源程序，用于仿制和解剖产品；实用子程序库可由用户宏调用，以减少用户软件设计的工作量。综上所述，一个好的单片机开发系统应能提供一个完全“透明”的、可由用户控制运行方式和修改运行现场的单片机，实时在线完全一致地仿真用户目标系统，同时还能支持包括汇编语言、高级语言在内的多种程序设计语言的编辑、汇编和编译，提供反汇编和子程序库。高性能的开发系统还具有逻辑分析仪的功能。6.1.2单片机开发工具的类型单片机开发工具分为单片机开发系统和简单的单片机开发装置及具有自开发功能的单片单板机。1单片机开发系统有通用和专用两大类。通用开发系统配有多种在线仿真器和相应的开发软件，使用时只要更换仿真器板，便可仿真不同型号的单片机，Intel公司的Intellec开发系统便可开发48、51、96系列单片机。通用开发系统价格十分昂贵，只有少数单位购买。专用开发系统通常由个人电脑、在线仿真器、编程器构成，只能开发一种类型的单片机。由于其具有较强的功能和较高的性能价格比而受到普遍的欢迎，是目前应用最广的开发工具。开发系统中仿真器又可分为简易型、普及型和高级型，价格在数百元至数千元不等。2简单的单片机开发装置不需PC机支持，具有在线开发单片机应用系统的功能，但程序输入多用机器码(目前也有使用汇编语言或C、BASIC语言的产品)，程序显示用七段数码管(或LCD)，调试手段较落后，开发效率较低。6.2 调试步骤6.2.1.硬件电路的调试在对电路进行焊接的时候，用于安放芯片的底座方向要确认清楚，不能接反；如果电路中两个芯片间有多个引脚要接到一起，应该用排线将其连接在一起，因为如果用单根导线，会使电路板上导线过多，这样对后期的调试会造成影响；另外，电路中接地（或接电源）的管脚最好全接在一起，由一条导线引出，以减少导线数目；在焊接过程中尽量防止漏焊和虚焊。在电路焊接完成后，为了检查各连接点是否真正连上，必须用万用表进行检测，这是十分重要的。在检测过程中将万用表调到欧姆档，如果所检测线路发出“吱”的声音，表示电路为通路。否则则需重新焊接。(1)单片机的外围电路有时钟电路及复位电路，在系统工作之前，我们应该首先检验单片机外围电路以保证单片机能够正常工作。用示波器测试单片机18脚的输出波形，如有正弦波出现则说明时钟电路正常。而复位电路较简单，只要选择合适的电容和电阻即可实现上电复位，在此选用10F的电容及10k的电阻，通电后复位正常，单片机能够正常工作。(2)发光二进管的检测1）用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实质地看到发光管的发光情况，因为10k挡不能向LED提供较大正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置10k挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1m若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于1m，以免电流过大，损坏发光二极管。2）外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.43V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF3V，且不发光，说明发光管已坏。(3)发光二极管的调试本次设计中用到红绿两种发光二极管，其中绿色发光二极管导通电压为1.8V,红色发光二极管的导通电压为1.6V。在同等电压下，红色二极管容易烧坏。假设发光二极管加上+5V的电压：绿色发光二极管：1.6+5I=5