单片机原理及接口技术课程实训基于AT89S51的红绿灯控制

1、- 州 市 职 业 大 学实习实训报告课程名称 单片机原理及接口技术课程实训 工程名称 基于AT89S51的红绿灯控制 2013年06月10日至2013年06月14日共 1 周学院(部) 电子信息工程 班 级 11电气3 姓 名 安志敏 学 号 117301309 学院(部)负责人 红兵 系 主 任 邓建平指导教师 邓建平 目录第一章绪论0第二章单片机概述及交通灯控制根本原理12.1 单片机简介22.2 单片机的特点及应用32.2.1 单片机的特点32.2.2 单片机的应用领域42.3 交通灯控制根本原理52.3.1 课程设计课题52.3.2 硬件材料名称规格数量62.3.3 硬件电路图6第三

2、章交通灯控制中主要器件简介63.1 AT89S51单片机简介63.1.1 AT89S51各引脚功能介绍7部原理图93.2 74LS164八位并出串行移位存放器介绍93.2.1 概述93.2.2 特性103.2.3 引脚信息103.3 八段LED数码管的简介113.3.1 构造及介绍113.3.2 性能特点113.3.3 性能简易检测113.3.4 使用本卷须知12第四章硬件图和系统软件程序设计及系统调试124.1 软件系统设计124.2 系统调试16第五章实训总结17参考文献18第一章 绪论随着目前微电子技术的开展， 技术工艺的不断提高， 单片机技术也有了长足的进步。单片机即单片微型计算机，

3、它是微型计算机的一个分支， 它是在一块芯片上集成了 CPU、 RAM 和 ROM 存储器 I/O 接口等而构成的微型计算机。因为它主要应用于工业测控领域故又叫做微控器或嵌入式控制器。单片机的核心是 CPU用超大规模集成技术把 CPU 集成在一块芯片上， 称为微处理器。单片机在最近几年中得到了极大的开展， 目前世界围单片机开展的主要领域有 4 个： 一是欧美， 最新开发产品及主要厂商有：National semicundutor 的cop3 系列单片机，美国的 Sceni*的八位单片机，荷兰 PHILIPS的51 系列单片机,，美国 AMD公司 186 系列 16位嵌入式微机控制器， MOTOR

4、OLA 的各个系列单片机； 二是日本， TOSHIBA公司开发了从 4位到 64 位多系列单片机，日立公司也有从 4 位到 32 位多系列单片机， NEC公司的 75*、78*系列微机； 三是地区，主要有 WINBOND的 W741/ W516,W78/W77 等系列产品微控制器；四是国，主要有HYUNDAI microelectrionics的GMS800、GMS30 系列微控制器。 另外还有 LG公司也生产单片机， 可见单片机开展到今天可以说种类繁多、 性能各异。但目前我国的许多单片机应用单位仍停留在采用片无 ROM等低档单片机状态。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊

5、。则靠什么来实现这井然秩序呢.靠的就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stc系列单片机stc90c52和可编程并行I/O接口芯片CH451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；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，显示时间直接通过CH451的PC口输出至双位数码管；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 第二章 单片机概述及交通灯控制根本原理单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力

6、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/计时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计算机系统。2.1 单片机简介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，故又称微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，部包含有计算机的根本功能部件：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。单片机又称单片微控制器,它不是完成*一个逻辑功能的芯片

7、,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格廉价、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构造的最正确选择。单片机部也用和电脑功能类似的模块，比方CPU，存，并行总线，还有和硬盘作用一样的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。它主要是作为控制局部的核心部件。

8、单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！可以说，二十世纪跨越了三个“电的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类

9、计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机亦称微控制器。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进展简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的成效，常在产品名称前冠以形容词“智能型，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的*些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品

10、未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。2.2 单片机的特点及应用2.2.1单片机的特点1高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片，故可靠性高。 2控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 3低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机的工作电压

11、仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 4易扩展 片具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 5优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开场使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可到达1MB和16MB，片的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 2.2.2单片机的应用领域1单片机在智能仪器仪表中的应用 在各类仪器仪表中引入单片机，使

12、仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件构造，提高其性能价格比。 2单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业开展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 3单片机在日常生活及家用电器领域的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、空调器、电子玩具、 电饭煲、视听音响设备等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活

13、更加方便、舒适、丰富多彩。 4在实时过程控制中的应用 用单片机实时进展数据处理和控制，使系统保持最正确工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 5办公自动化设备 现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、 机、绘图机、考勤机、以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。 6商业营销设备 在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储平安监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。 7在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进展数据通信，为在计算机网络和通

14、信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备根本上都实现了单片机智能控制，从手机，机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动，集群移动通信，无线电对讲机等。 8单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 9汽车电子产品 现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器黑匣子等都离不开单片机。 10航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域 单片机的应用更是不言而喻。 综合所述，单片机已成为计算机开展和应用的一个重要方面。另一方面，单

15、片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大局部功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命.2.3 交通灯控制根本原理2.3.1 课程设计课题利用AT89S51单片机的P0口控制四只双色LED灯，来模拟十字路口交通灯的工作方式。交通灯变化规律：十字路口是东西南北走向，初始状态为状态S1南北绿灯、东西红灯，延时8秒后转状态S2南北绿灯闪烁2次变黄灯，东西红灯，延时4秒后转状态S3东西绿灯，南北红灯，延时8秒后转状态S4东西绿灯闪烁2次变黄灯，南北红灯，延时4秒

16、后跳转到状态S1循环。并且利用串行口以工作方式0在LED上显示时间。此处双色LED灯有3只引脚，工作时中间引脚接地，另外两只引脚单独接高电平，一种亮红灯，一种亮绿灯，两只引脚同时接高电平时，亮黄灯。2.3.2 硬件材料名称规格数量面包板1块、40脚基座1个、14脚基座1个、双色LED灯4个、470欧姆电阻8个、10UF电容1个、20PF电容2个、12MHZ石英晶振1个、八段数码管1个、74LS164一个。2.3.3 硬件电路图交通灯控制根本原理图如图2-1图2-1 交通灯控制根本原理图第三章 交通灯控制中主要器件简介3.1 AT89S51单片机简介AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气

17、烧录清洗的 8051 相容单芯片，其部程序代码容量为4KB。3.1.1 AT89S51各引脚功能介绍图3-1 AT89S51引脚图VCC：AT89S51电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。*TAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。*TAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 *TAL1 和 *TAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间参加一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，防止噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便

18、能完成系统重置的各项动作，使得部特殊功能存放器之容均被设成状态，并且至地址0000H处开场读入程序代码而执行程序。EA/VPP："EA"为英文"E*ternal Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码存于外部EPROM中来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其部无程序存储器空间。如果是使用 8751 部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压VPP。ALE/PROG：ALE是英文

19、"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器如74LS373，将端口0的地址总线A0A7锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时EA=0，会送出此信号以

20、便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址围。PORT0P0.0P0.7：端口0是一个8位宽的开路汲极Open Drain双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口P1、P2、P3则不具有此电路组态，而是部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时即取用外部程序代码或数据存储器，P0就以多工方式提供地址总线A0A7及数据总线D0D7。设计者必须外加一锁存器

21、将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2P2.0P2.7：端口2是具有部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，假设将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，假设是在AT89S51扩大外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1P1.0P1.7：端口1也是具有部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地假设将端口1的输出设为

22、高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2E*功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3P3.0P3.7：端口3也具有部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器容的读取或写入控制等功能。其局部引脚分配如下：P3.0：R*D，串行通信输入。P3.1：T*D，串行通信输出。3.1.2部原理图图3-2 部原理图3.2 74LS164八位并出串行移位存放器介绍 概述74HC164、74HCT164 是高

23、速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位存放器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端DSA 或 DSB之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。 时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端DSA和 DSB的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。 主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地去除存放器，强制

24、所有的输出为低电平。特性门控串行数据输入; 异步中央复位符合 JEDEC 标准 no. 7A; 静电放电 (ESD) 保护; HBM EIA/JESD22-A114-B 超过 2000 V; MM EIA/JESD22-A115-A 超过 200 V; 多种封装形式; 额定从 -40 °C 至 +85 °C 和 -40 °C 至 +125 °C 。引脚信息图3-3 74LS164引脚图表3-1 74LS164引脚说明表符号引脚说明DSA1数据输入DSB2数据输入Q0Q336输出GND7 地 (0 V)CP8时钟输入低电平到高电平边沿触发/M/R9中央复位

25、输入低电平有效Q4Q71013输出VCC14正电源3.3 八段LED数码管的简介构造及介绍LED数码管LED Segment Displays是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。共阴和共阳极数码管它们的发光原理是一样的，只是它们的电源

26、极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。 性能特点LED数码管的主要特点如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(<01s)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。(4)寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。本钱低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。 性能简易检测 LED数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气泡等，在业余条件下可用干电池作进一步检查。现以共阴数码管

27、为例介绍检查方法。 将3伏干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共负极端上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极端。这一根引出线接触到*一笔画的正极端时，那一笔画就应显示出来。用这种简单的方法就可检查出数码管是否有断笔(*笔画不能显示)，连笔(*些笔画连在一起)，并且可相比照拟出不同笔划发光的强弱性能。假设检查共阳极数码管，只需将电池正负极引出线对调一下，方法同上。 LED数码管每笔画工作电流ILED约在510mA之间，假设电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其阻值可按下式计算：R值=(UULED)ILED其中U为加在LED两端电压，ULED为LED数码管每笔画压降(约2伏)。利用数

28、字万用表的好HFE插口能够方便地检查LED数码管的发光情况。选择NPN挡时，C孔带正电，月孔带负电。例如检查LTS547R型共阴极LED数码管时，从E孔插入一根单股细导线，导线引出端接9极(第脚与第脚在部连通，可任选一个作为?)；再从C孔引出一根导线依次接触各笔段电极，可分别显示所对应的笔段。 使用本卷须知检查时假设发光暗淡，说明器件已老化，发光效率太低。如果显示的笔段残缺不全，说明数码管已局部损坏。数码管，用数字万用表的h距挡可完成下述测试工作：判定数码管的构造形式(共阴或共阳)；识别管脚；检查全亮笔段。预先可假定*个电极为公共极，然后根据笔段发光或不发光加以验证。当笔段电极接反或公共极判断

29、错误时，该笔段就不能发光。第四章 硬件图和系统软件程序设计及系统调试4.1 软件系统设计org 0000hLjmpmainorg 000bhLjmp dst0org 001bhLjmp dst1main:mov sp,*1fh mov tmod,*11h mov th1,*3ch mov tl1,*0b0h mov th0,*3ch mov tl0,*0b0h mov p0,*01101001b CLR F0 mov r0,*160 mov r1,*10 mov r2,*4 mov ie,*8Ah mov ip,*0Ah setb TR0 clr TR1 CLR 30HLjmp DISdst0

30、:mov th0,*3ch mov tl0,*0b0hdjnz r0,ne*t1mov r0,*160 jnb f0,s2 cpl p0.1 cpl p0.2 sjmp p1s2: cpl p0.3 cpl p0.0p1:SETB 30H clr TR0 setb TR1ne*t1:retidst1:mov th1,*3ch mov tl1,*0b0h djnz r1,ne*t2 mov r1,*10 f0,s4 cpl p0.3 cpl p0.0 sjmp p2s4:cpL p0.1 cpL p0.2p2:djnz r2,ne*t2 mov r2,*4 CLR TR1 f0,step mov

31、 p0,*11111001b lcall delay2s mov p0,*10010110b sjmp p3step:mov p0,*11110110b lcall delay2s mov p0,*01101001bp3: setb TR0 clr TR1 CPL F0 CLR 30Hne*t2: retidelay2s:mov r3,*10dl0 :mov r4,*200dl1:mov r5,*248dl2:djnz r5,dl2 djnz r4,dl1 djnz r3,dl0retDIS:mov scon,*00hloop2:mov r7,*8loop1:lcall sub lcall d

32、elay L2: 30H,L2 DEC r7 cjne r7,*0FFH,loop1 ljmp loop2delay:mov r3,*10adl0 :mov r4,*200adl1 :mov r5,*248adl2 :djnz r5,adl2 djnz r4,adl1 djnz r3,adl0retsub :mov a,r7 mov dptr,*tabmovc a,a+dptr mov sbuf,ahere :jnb ti,here clr tirettab :db ffh,e1h,bfh,b7h,67h,f3h,dbh,61h,fdhend4.2 系统调试将上述LED显示程序和数码管显示程序

33、分别写入仿真器，可以看到LED先是南北方向绿灯，东西方向红灯，过8S后，南北向绿灯闪两下，变成黄灯，过了2S，南北向变成红灯，此时东西向变为绿灯，如此循环。而数码管程序显示8到0不断循环。如将两程序之间加起来，经实验验证是不行的。必须利用上面的led和数码管同时显示程序，必须参加判断位上面程序中的30H。写入仿真器可以看到，当南北向绿灯时，数码管从8进展倒计时。当绿灯闪烁时数码管为0，不动，直到东西向绿灯时数码管又从8开场倒计时。由此可见，本程序可满足本次实训的所有要求，并经过实验验证是正确的。图41 红绿灯硬件电路板第五章 实训总结时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了，本学期的单片机实习课题也在一周完成了。俗话说“好的开场是成功的一半。说这次实习，我认为最重要的就是做好程序调试，认真的研究教师给的题目。其次，教师对实验的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起产品就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去做，到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。虽然这次的实习算起来在实验室的时间只有几天，不过因为我们都有自己的实验板，所以在宿舍里做实验的时间一定不