基于单片机的盲人交通提示系统的设计

1、 编编 号：号： 审定成绩：审定成绩： 重庆邮电大学重庆邮电大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 设计（论文）题目：设计（论文）题目：基于单片机的盲人交通提示系统的设计基于单片机的盲人交通提示系统的设计 学学 院院 名名 称称 ：通信学院通信学院 学学 生生 姓姓 名名 ：彭通军彭通军 专专 业业 ：电子信息工程（通信技术）电子信息工程（通信技术） 班班 级级 ： 学学 号号 ： 指指 导导 教教 师师 ：包杰包杰 答辩组答辩组 负责人负责人 ：柏咏菊柏咏菊 填表时间：填表时间：2013 年年 5 月月 重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学教务处制 摘摘 要要 智能交通系统是从上世纪中期就开始研

2、究的一种交通系统。当今世界，随 着汽车的普及，很多国家已经着手于该系统的开发和应用，并已经取得了很多 成果。完善的智能交通系统应该包含车流量检测、智能调节红绿灯时间以及解 决盲人通行等功能，本设计主要研究如何解决盲人通行的问题。 为解决盲人交通问题，本设计研究了一种新型的交通语音提示系统。采用 AT89C51 单片机结合无线射频芯片 NRF401 的方法，为盲人设计一套便携式的 信号发送/接收终端，以半双工通信的方式和 ISD1420 语音录放模块来共同实现 交通灯信号的无线语音提示功能，性能比现有语音提示系统有了较大提高。系 统选用的 AT89C51 单片机控制芯片，是一种低功耗、高性能的处

3、理器，适用于 常规编程，这使得 51 单片机为本系统提供灵活、有效的解决方案。单片机通过 程序控制各种输入输出信号，可以方便的选择运行规则，从而实现多种功能。 本文所设计的盲人提示系统，可以在现有的交通灯上直接嵌入，节约了改 造交通系统的成本。盲人手持发送终端，可以自主的询问实时的红绿灯情况， 语音芯片内置于盲人手持终端中，所发出的声音不会影响正常人的生活，同时 也保障了盲人的通行安全。 【关键词关键词】AT89C51 单片机技术 ISD1420 NRF401 ABSTRACT Intelligent Transportation Systems is a transport system t

4、hat began to study in the middle of the last century. Today, with the popularization of the car, many countries proceed with the development and application of the system, which has achieved a lot. Intelligent Transportation Systems should contain the traffic monitoring, smart to change the traffic

5、light time and solve the problem of blind people crossing the road. In this paper, the main purpose is to solve t the problem of blind people crossing the road. To resolve the traffic problem of blind man, this paper introduces a new kind of method which uses MCU AT89C51 together with NRF401 to desi

6、gn a convenient signal transmitting/receiving terminal instead of the existing traffic light system. It actualizes the function of wireless suggestive voice by using voice recording/playing back module ISD1420.The signal transmits by the method of half duplex communication. The new systems performan

7、ce is better than the existing systems by testing and verifying.The system selects AT89C51 chip. It is a low-power and high- performance processor., also apply to regular programming, which makes 51microcontroller system provides a flexible, effective solution programs. MCU control various input and

8、 output signals through the program, you can easily choice of operating rules, in order to achieve a variety of functions. This design can be embedded directly in the existing traffic lights, saving the cost of the transformation of the transport system. Blind handheld sending terminal, can autonomo

9、us asked the real-time traffic lights, voice chip built into the blind hand-held terminal, the sound does not affect normal life, but also protects the traffic safety of the blind. 【Key words】AT89C51 SCM technology ISD1420 NFR410 目目 录录 前 言.1 第一章 绪 论.2 第一节 研究背景 .2 第二节 主要研究内容 .3 第三节 本章小节 .3 第二章 单片机概述.

10、4 一、MSC-51 芯片简介.4 二、8255 芯片简介.8 三、74LS373 简介.9 第二章 系统硬件设计.10 第一节 交通管理的方案论证 .10 第二节 系统硬件设计 .11 第三章 语音电路的设计.13 第一节 ISD1420 芯片介绍 .13 第二节 NRF401 电路设计.15 第四章 控制器的软件设计.18 第一节 每秒钟的设定 .18 第二节 计数器硬件延时 .18 一、计数器初值计算 .18 二、计算公式 .18 三、秒的方法 .19 四、相应程序代码 .19 第三节 软件延时 .20 第四节 时间及信号灯的显示 .20 一、8051 并行口的扩展.20 二、显示原理

11、.21 三、8255PA 口输出信号接信号灯.21 四、8255 输出信号与数码管的连接.21 五、8255 与 8051 的连接.22 第五节 程序设计 .22 一、程序源代码 .22 结 论.28 致 谢.29 参考文献.30 英文文献. 31 翻 译. 35 前前 言言 近年来，随着人们生活水平的不断上升，交通的方式越来越多样化，而地 面交通仍然确切为人们生活中最主要的交通方式。由此而来也就引发诸多的问 题，随着经济的发达，交通堵塞，事故等问题时常发生，无处不在。这些问题 中，还有一个难以解决但是不得不解决的问题，那就是盲人交通提示问题。十 字路口的红绿灯处，对于盲人的提示问题。 由此而

12、来就产生的盲人交通提示系统。这是一个由单片机作为核心的交通 提示系统。AT89C51 是单片机中最常见的一种芯片，是一种低功耗，高性能的 八位单片机。内有 4KB 的可反复电擦写的 Flash 只读程序储存器，同时还要有 一片无线发射芯片.如何有效的解决盲人交通问题，一直是当今社会关注的一大 难题。现有的盲人过街提示装置，在红绿灯亮是，能够通过外置扩音器发出相 应提示声，但是为了使提示声更加清晰，不可避免地存在提示音音量过大的缺 点，对居民生活造成严重干扰，而且生产，维护成本高。 本文利用单片机和射频技术设计了一套便携式的信号发送/接收终端，改变 交通灯音频提示的方式，让每个盲人都能自主的发送

13、/接收信号，通过嵌入在手 持终端的音频模板使每个盲人做出判断同时不影响其他人的正常生活。 第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 研究背景研究背景 本发明涉及交通导航技术。本发明解决了现有导航系统无法提示交通灯状 态的问题，提供了一种盲人交通导航系统，其技术方案可概括为：盲人交通导 航系统，其特征在于，包括交通灯信号发射装置、交通灯后台服务器及具备通 信功能的电子导航设备，所述交通灯信号发射装置与交通灯后台服务器连接， 具备通信功能的电子导航设备与交通灯后台服务器连接。本发明的有益效果是， 方便用户，适用于交通导航系统。 本发明涉及交通导航技术。本发明解决了现有导航系统无法提示交通灯状 态的问

14、题，提供了一种盲人交通导航系统，其技术方案可概括为：盲人交通导 航系统，其特征在于，包括交通灯信号发射装置、交通灯后台服务器及具备通 信功能的电子导航设备，所述交通灯信号发射装置与交通灯后台服务器连接， 具备通信功能的电子导航设备与交通灯后台服务器连接。本发明的有益效果是， 方便用户，适用于交通导航系统。 本论文将对单片机对于盲人交通提示系统应用作研究，从单片机的软硬件原 理入手。结合交通提示系统的主要技术，然后了解整个系统运用的技术对于盲 人的特殊需求。深入了解 AT89S51 单片机的工作原理和无限射频芯片 NRF401 的 作用，以及半双工通信方式，ISD1420 语音录放模块。最后结论

15、得出上述的所 有组成部分所共同作用出来的无线语音提示功能对于盲人的交通导航意义。 第二节第二节 主要研究内容主要研究内容 （1）了解盲人交通导航系统的相关理论，包括该系统的特点、关键技术等； （2）清楚了解单片机的作用原理以及单片机的软件硬件知识。 （3）单片机对于整个交通提示系统的作用，以及整个交通提示系统的作用 原理。 （4）发明研究这个系统对于实际社会中的盲人交通的意义，以及各种优劣 点 第第 3 节节 本章小节本章小节 随着现代社会的发展与发达，相信盲人交通提示系统必将对于整个社会带 来巨大的收益。此项科学研究的结果必将是有深远的意义。 第二章第二章 单片机概述单片机概述 单片机微型计

16、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。 一一MSC-51MSC-51 芯片简介芯片简介 （一）.MCS-51单片机内部结构 8051是 MCS-51系列单片机的典型产

17、品，我们以这一代表性的机型进行 系统的讲解。 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、串行接口和中断系统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： 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。 2.数据存储器 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

18、，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。 图1.1 8051内部结构 3.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。 3.1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。 3.2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。 4.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

19、用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 5.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。 6.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，但8051单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式， 哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存 储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51系列单片 机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品

20、16位的 MCS-96系列单片机则采用普林 斯顿结构。 下图是 MCS-51系列单片机的内部结构示意图。 图 1.2MCS-51 结构框图 （2） MCS-51 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。现在我们对这些引脚的功能加以说明： 1.MCS-51 的引脚说明：MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均 采用 40Pin

21、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。现在我们对这些引脚的功能加以说明，如图 图 1.3 MCS-51 引脚示意图 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

22、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。 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 图 1.4 8053 复位 Pin30:ALE/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

23、储器，ALE 会跳过一个脉冲。 如果单片机 是 EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。MAC 协议、路由协议、QoS、 安全问题、功率控制和网络互联等。 Pin29：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

24、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 21 的编程电压。 二二82558255 芯片简介芯片简介 （一）8255 可编程并行接口芯片简介 : 1.8255 可编程并行接口芯片 端口： 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，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

25、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。 2.8255 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。 方式标志， 1 有效。 D6、D5：A 口方式选择 0 0 方式 0 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

26、0=输出） D0：C 口低 4 位功能 （1=输入，0=输出） 3.8255 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 位外设外线 用作输入或输出，此时 C 口的 5 条线用作通讯联络信号和中断请求信号。 三、三、 74LS373 简介简介 74LS373 是一种带三态门的

27、 8D 锁存器，其管脚示意图如下示： 其中：1D-8D 为 8 个输入端 1Q-8Q 为 8 个输出端。 LE 为数据打入端：当 LE 为“1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当 LE 由“1”变“0”时，数据 打入锁存器 OE 为输出允许端：当 OE=0 时，三态门打开； 当 OE=1 时，三态门关闭，输出高阻 。 图 1.5 74LS373 管脚示意图 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计 第第一一节节 交通管理的方案论证交通管理的方案论证 东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指 示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮 提示人们注意

28、红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道 的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表 表 1 表 1 说明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道 为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为 60 秒。 （2）黄灯闪烁 5 秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁 止通过，行人通行。时间为 80 秒。 东西方向车流大 通行时间长。 （4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆 就能安全畅通的通行。 第第二二节节 系系统统硬硬件件设设计计

29、 选用设备 8031（AT89S52）单片机一片选用设备：8031 单片机一片，8255 并行通用接口芯片一片，74LS07 两片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段 数码管两个双向晶闸管若干，7805 三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两 个，开关键盘、连线若干。 1、系统总框图：系统总框图： 图 2.1 系统总框图 二、交通灯硬件线路部分图：二、交通灯硬件线路部分图： 图2.2 交通灯硬件线路图 第第 3 章章 语音电路的设计语音电路的设计 第第一一节节 I IS SD D1 14 42 20 0 芯芯片片介介绍绍 ISD1400 系列语音芯片是 ISD（Information Sto

30、rage Device）公司生产的。 它包括时钟振荡器、128K 可编程电擦除只读存储（EEPROM） 、低噪前置放大 器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差分功率放大器等电路。ISD1400 系 列语音芯片采用直接存储模拟信号，自动待机省电，可编程电擦除只读存储和 总线技术，高保真、录音数据永久保存、省电、适用于同单片机接口。ISD1420 是 ISD1400 系列中语音时长为 20S 的语音芯片。 ISD1400 系列语音芯片具有下 列特点： （1）.采用直接模拟量存储技术（DAST） ，重显优质原音。 （2）零功率信息存储，无需备用电池，存储的信息可保留 10 年以上。 （3）易于使用，

31、无需编程，可随意改变录音内容，录放次数达 10 万次以上。 （4）具有自动省电功能，录音和回放后即刻进入等待模式，仅需 0.5A 维持 流。 （5）可分段存储多段信息。 （6）自带时钟源。 （7）高抗干扰性能。 （8）单+5V 标准电源供电。 （9）可直接驱动 816 喇叭工作，输出不失真功率大于 50 Mw.也可作激励 信号单端输出，外接功率放大器，输出功率为额定输出功率的 1/4，约为 12mW 左右。 （10）采用总线技术，适于同单片机接口。 ISD1420 录音时间为 20S，它最 多可录音 160 个语音段，语音段最短时间可达到 0.125S。 其管脚排列如图所 示： 图 3.1 I

32、SD1420 管脚图 主要管脚介绍如下： A0A7地址或操作模式控制端，当 A6 和 A7 不全为高电平时， A0A7 为分段录音信息地址线，不同的地址对应不同的录音片段，A6 和 A7 全为高电平时，A0A5 用于选择操作模式。 MIC话筒输入端，话筒输入 信号通过电容交流耦合至此引脚并传给片上预放大器，片上自动增益控制 （AGC）电路控制预放大器的增益在 1524dB 之间。耦合电容值和该端内阻 （10k）决定语音信号通频带下限频率。 ANA IN模拟信号输入端，对 于话筒输入，ANA IN 引脚应通过外部电容与 ANA OUT 引脚连接，若为外部 输入信号，则要直接通过电容耦合到此端。耦

33、合电容决定片上控制预放大器通 频带的下限频率。 SP+、SP喇叭输出端，该端可直接驱动 16 喇叭。 可采用双端输出驱动喇叭，也可采用单端输出驱动喇叭，不过双端输出信号的 功率是单端的四倍，单端输出需要该脚与喇叭之间串接 100F 的交流耦合电容， 录音期间该输出端保持高阻状态。 RECLED工作状态指示端，在录音或 放音时该端输出低电平，可驱动一个 LED 来指示状态。 PLAYL电平触 发放音控制端，该端电平变为低电平并保持，芯片进入放音状态。 REC 录音触发端，REC 一旦变为低电平，芯片就进入录音状态。 语音电路设计部 分电路中包含了为语音系统供电的电源部分电路设计。电源部分采用二极

34、管整 流电路，接在电源变压器的次级输出端，用四个二极管组成桥式整流电路。它 们的后级为滤波电容，交流电整流后，要求将交流成分滤的越干净越好，所以 滤波电容选用大容量的电解电容13 。 电路如图 图 3.2 ISD1420 与单片机借口电路 并且设有两种语音工作模式：自动和人工两种播报方式。在通常情况下， 语音处于自动播报状态，只要来车系统自动产生语音通知道口值守人员和来往 行人；遇有特出情况，值守人员可以自行将开启人工播报方式，用与语音板相 连接的麦克风对发布通知。 实验过程中发现的 ISD1420 芯片使用应该注意的几个问题： （1）该芯片所有控制端、地址端必须可靠的接地或接高电平，不能悬空

35、， 否则会出现停播的现象。 （2）为了充分发挥其优质高保真的特点，应注意：AGC 阻容尽量靠近 芯片，且连线要尽量的短;电源地线宽度应在 0.88mm 以上。 （3）芯片的 SP+,SP-端一定不能直接接地，只能接喇叭或是悬空。 第第二二节节 N NR RF F4 40 01 1 电电路路设设计计 NRF401 无线收发芯片采用 FSK 调制解调技术,最高工作速率可以达到 20 KbitPs ;发射功率可以调整,最大发射功率是+ 10 dBm。NRF401 的天线接口设计 为差分天线,以便于使用低成本的 PCB 天线。它要求非常少的外围元件,无需声 表滤波器、变容管等昂贵的元件, 只需要便宜且

36、易于获得的 4 MHz 晶体,收发天 线合一。无需进行初始化和配置,不需要对数据进行曼彻斯特编码,有 2 个工作 频宽(433.92P434.33 MHz) ,工作电压为 2.75 V ,还具有待机模式,可以更省电和 高效。NRF401 无线收发芯片的结构框图如图 图 3.3 NFR401 结构框图 NRF401 有 3 种工作模式: 收模式(RX) 、发模式( TX) 和等待模式(Std1by) 。 工作模式可由 3 个引脚设定,分别是 TXEN、CS 和 PWR-UP。因此通过单 片机控制 NRF401 的工作模式,使其处于接收、发射、等待任一种状态,实现半 双工通信。 若 PWR = 0

37、 ,TXEN 和 CS 任意,系统为待机状态。若 TXEN = 1 ,为 发送状态; TXEN = 0 ,为接收状态。CS 为信道的选通端,CS = 0 选通信道为 433.92 MHz CS = l 选通信道为 434.33 MHz。其主要特性如下: 1) 工作频率为国际通用的数传频段; 2) 工作速率最高可达 20 KbitPs 3) FSK 调制,抗干扰能力强; 4) 采用 PLL 频率合成技术,频率稳定性极好; 5) 灵敏度高达- 105 dBm 6）功耗小, 接收状态 250 A , 待机状态仅为 8A 7) 最大发射功率达+ 10 dBm 8) 低工作电压(217 V) ,可满足低

38、功耗设备的要求; 9) 具有多个频道,可方便地切换工作频率; 10) 因采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计,使用无需申请许可证,开阔地的 使用距离最远可达 1 000 m NRF401 接收机使用频移键控( FSK) 调制方式,改善了噪声环境下的系统性 能。NRF401 另一个非常重要的特性是接收机的频带外阻抗很高(out -of - band blocking) ,这意味着它不需要外部声表面波(SAW) 滤波器。此外 NRF401 的解 调器是 DC 平衡的,因此可以使用任何一种协议,也可以使用各种0 、 1序 列,因而无需浪费单片机宝贵的处理资源来进行曼彻斯特编码。 Nrf401 的具体

39、 电路图如图 7 所示，1 脚和 20 脚之间连接的是振荡电路，采用 4MHz 的高稳定 性晶振;9 脚是数据的输入引脚，10 脚是数据的输出引脚，与主控板 ARM 的 UARI 输入输出接口相连;连接在奸-PWR 端和 vss 之间的电阻 R4 可设置输出功 率，可以通过选择不同的 R4 值来调整发射功率，发射功率越大，传输距离越 远，但芯片消耗电流也越大，所以在满足距离要求的前提下，通过设置 R4 来 选择合适的发射功率，本文系统使用的 R4=22ko，最大发射功率为 +1odBm(具 体内容参考 3.2.3.2 节)。PLL 回路滤波器是外接的单端 2 阶滤波器，由 CS，CS 和 R3

40、 构成。VCOI 引脚端和 VCOZ 引脚端之间外接高质量片式电感，提高频率 的稳定性。18 脚和 19 脚用于控制发射和接收模式，均与主控板的 GPIO 相连。 巧脚和 16 脚是环形天线的连接引脚;天线以差分方式连接到丘 RF401，单端天 线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到 nRF401。本文设计的电路采用 PCB 环形天线(如图 12 所示)，整个环形天线做在 PCB 上，对于便携设备接近效应小， 比传统的鞭状天线或单端天线节省了空间和生产成本，机构上也更稳 固可靠。 图 3.4 NRF401 射频模块电路原理图 第四章第四章 控制器的软件设计控制器的软件设计 第第一一节节 每每秒

41、秒钟钟的的设设定定 延时方法可以有两种，一种是利用 MCS-51 内部定时器才生溢出中断来确定 1 秒的时间，另一种是采用软延时的方法。 第第二二节节 计计数数器器硬硬件件延延时时 一一、计计数数器器初初值值计计算算 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 为计数器摸值，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

42、方式 2 和 3 为 28 二二、计计算算公公式式 T=（MTC）T 计数 或 TCM-TT 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 0 TMAX213 微秒8.192 毫秒 方式 TMAX216 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 三三、秒秒的的方方法法 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

43、。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。为零表示秒已到可以返回到输出时间显示程序。 四四、相相应应程程序序代代码码 1.主程序 定时器需定时 50 毫秒，故 T0 工作于方式。 初值： TCM-T T 计数 2 50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H 令 T0 为定时器方式 MOV TH0, #3CH 装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H 开 T0 中断 SEBT TR0 ；启动 T0 计数器 MOV RO, #14H ;软件计数器赋初值 LOOP: SJMP $

44、 ；等待中断 （）中断服务子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO:DJNZ R0，NEXT AJMP TIME 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ：MOV R0，14H ；恢复 R0 值 MOV TH0, #3CH 重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H RET1 END 第第 3 3 节节 软软件件延延时时 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

45、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 RET DELAY1: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=us 约为 125us DELAY R

46、4 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。 第第四四节节 时时间间及及信信号号灯灯的的显显示示 一一、8 80 05 51 1 并并行行口口的的扩扩展展 8051 虽然有 4 个 8 位 I/O 端口,但真正能提供借用的只有 P1 口,因为 P2 和 P0 口通常用于传送外部传送地址和数据,P3 口也有它的第二功能。因此，8031 通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显 示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个 I/O 端口，显然 8031 的端口是不够，需 要扩展。 扩展的方法

47、有两种：（1）借用外部 RAM 地址来扩展 I/O 端口；（2）采用 I/O 接口新片来扩充。我们用 8255 并行接口信片来扩展 I/O 端口。 二二、显显示示原原理理 当定时器定时为 1 秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将 依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定 时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在 重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。 三三、8 82 25 55 5P PA A 口口输输出出信信号号接接信信号号灯灯 由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光， 所以可以用置位方法点亮红，

48、绿，黄发光二极管。 四四、8 82 25 55 5 输输出出信信号号与与数数码码管管的的连连接接 LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是 否点量而显示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上所以 上为 伏，不亮其余为高电平，全亮则显示为 采用共阴级连接: 其中 PC0PB0-a, PC1PB1-b, PC2PB2-c, PC3PB3-d, PC4PB4-e, PC5PB5-f, PC6PB6-g PC7PB7 -SP 接地 表 4 驱动代码表 五五、8 82 25 55 5 与与 8 80 05 51 1 的的连连接接 用 8051 的 P0 口

49、的 p0.7 连接 8255 的片选信号 cs 我们用 8031 的地址采 用全译码方式，当 p0.7 =0 时片选有效， 其他无效， p0.1 p0.1 用于选择 8255 端口 P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 X X X X X 0 0 00H 为 8255 的 PA 口 1 X X X X X 0 1 01H 为 8255 的 PB 口 1 X X X X X 1 0 02H 为 8255 的 PC 口 1 X X X X X 1 1 03H 为 8255 的控制口 由于 8051 是分时对

50、8255 和储存器进行访问所以 8051 的 P0 口不会发生冲 突 第五节第五节 程序设计程序设计 一一、程程序序源源代代码码 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳转到主程序的开始处 ORG 0003H ;外部中断 0 的中断程序入口地址 ORG 000BH ;定时器 0 的中断程序入口地址 LJMP T0_INT ;跳转到中断服务程序处 ORG 0013H ;外部中断 1 的中断程序入口地址 MAIN : MOV SP,#50H MOV IE,#8EH ;CPU 开中断，允许 T0 中断，T1 中断和外部中 断 1 中断 MOV TMOD,#51H ;设置 T1

51、 为计数方式,T0 为定时方式，且都工 作于模式 1 MOV TH1,#00H ;T1 计数器清零 MOV TL1,#00H SETB TR1 ;启动 T1 计时器 SETB EX1 ;允许 INT1 中断 SETB IT1 ;选择边沿触发方式 MOV DPTR ,#0003H MOV A, #80H ;给 8255 赋初值，8255 工作于方式 0 MOVX DPTR, A /ST0:MOV P3 ,#0F0H AGAIN: JB P3.1,N0 ;判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值， 若 P3.1 为 1 则跳转 MOV A,P1 JB P1.7,RED ;判断 P1.7 是否为 1，

52、 若为 1 则设定红灯时间，否则设定绿灯时间 MOV R0,#00H ;R0 清零 MOV R0,A ;存入东西方向绿灯初始时间 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN RED: MOV A,P1 ANL A,#7FH ;P1.7 置 0 MOV R7,#00H ;R7 清零 MOV R7,A ;存入东西方向红灯初始时间 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN ;- N0: SETB TR0 ;启动 T0 计时器 MOV 76H,R7 ;红灯时间存入 76H N00: MOV A,76H ;东西方向

53、禁止，南北方向通行 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯 亮 MOV A,#0DDH MOVX DPTR, A N01: JB P2.0,B0 N02: SETB P3.0 CJNE R3,#00H,N01 ;比较 R3 中的值是否为 0，不为 0 转到当前指令处 执行 ;-黄灯闪烁 5 秒程序- N1: SETB P3.0 MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，东西，南北方向黄灯亮 MOV A,#0D4H MOVX DPTR,A N11: MOV R4,#00H N12: CJNE R4,

54、#7DH,$ ;黄灯持续亮 0.5 秒 N13: MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黄灯灭 MOV A,#0DDH MOVX DPTR,A N14: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黄灯持续灭 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N1 ;闪烁时间达 5 秒则退出 ;- N2: MOV R7,#00H MOV A,R0 ;东西通行，南北禁止 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H 置 8255A 口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯 亮 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N21: JB P2.0,T03 N22: CJN

55、E R3,#00H,N21 ;-黄灯闪烁 5 秒程序- N3: MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，东西，南北方向黄灯亮 MOV A,#0E2H MOVX DPTR,A N31: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黄灯持续亮 0.5 秒 N32: MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黄灯灭 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N33: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黄灯持续灭 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N3 ;闪烁时间达 5 秒则退出 SJMP N00

56、; -闯红灯报警程序- B0: MOV R2,#03H ;报警持续时间 3 秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒计时完毕，不再报警 CLR P3.0 ;报警 CJNE R2,#00H,B01 ;判断 3 秒是否结束 SJMP N02 ;-1 秒延时子程序- N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;给定时器 T0 送定时 10ms 的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判断延时是否够一秒，不够则调用显示子程序 MOV R5,#00H ;R5 清零 DEC R3 ;倒计时初值减一 DEC R2 ;报警

57、初值减一 T01: ACALL DISP ;调用显示子程序 RETI ;中断返回 ;-显示子程序- DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3 中值二转十显示转换 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;显示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;显示个位 MOV DPTR,#TAB

58、 MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A RET ;-东西方向车流量检测程序- T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若绿灯倒计时完毕，不再检测车流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中断到 100 次则清零 E1: SJMP N22 ;-东西方向车流量显示程序- T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ;R7 中值二转十显示转换 DIV AB MOV 79H,A MOV

59、 7AH,B DIS3: MOV A,79H ;显示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS4: MOV A,7AH ;显示个位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A LJMP N7 ;-延时 4MS 子程序- DELAY: MOV R1,#0AH LOOP:

60、 MOV R6,#64H NOP LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R1,LOOP RET ;-字符表- TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 结结 论论 本系统就是充分利用了 8051 和 8255 芯片的 I/O 引脚。系统统采用 MSC-51 系列单片机 at80c51 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 8031 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮 时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通 过 PA 口输出