【单片机控制交通灯系统的硬件设计案例3700字】

单片机控制交通灯系统的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u10739单片机控制交通灯系统的硬件设计案例 1181341.1单片机最小系统模块 1207131.1.151系列单片机简介 1268621.1.2AT89C51芯片内部结构简介 2135231.1.3AT89C51主要引脚功能 4125931.1.4时钟电路 620801.1.5复位电路 768281.2电源电路 7273141.3信号灯输出控制 7149961.4数码管 8179841.5时间显示模块 10163121.6紧急车辆通行电路 1147421.7车流量检测电路 111.1单片机最小系统模块1.1.151系列单片机简介在51系列的单片机中，最经典、实用的就是ATMEL公司生产出来的，生产出来的不但与8051的指令、管脚完全兼容，而且都是FLASH的存储器，最大的改观就是用电方式擦写的变化，51系列的单片机主要有8051、8031、8751等。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。8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。由ATMEL公司生产的89C51将EPROM改成了4K的闪速存储器，这样就不用厂家代写程序了，RZ-51单片机开发实验仪是天津锐志电子最新研发的具有“实验、编程、仿真、ISP下载”多功能合一的新一代单片机开发系统。该51单片机学习实验板除了支持ATmel公司的AT89S所有系列之外，还支持STC的所有系列增强型51单片机和SST系列的增强型51单片机的实验、编程与仿真功能，同时兼容AVR系列单片机的烧写和实验。89系列单片机有多种型号，主要有AT89S51,AT89LU51、AT89C52,AT89LU52,AT89C1051、AT89S8252等。AT89LU51和AT89LU52是89C51和89C52的低电压产品，可把电压降低;在这些产品中当数AT89S8252最为高档，它使用了8KBFlash存储程序以外，还包含有2KB的EEP-ROM提高存储数据的能力。RZ51单片机如图3-1所示。图3-1RZ-51单片机产品图1.1.2AT89C51芯片内部结构简介单片机就是在一片半导体硅片上，集中了中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、终端系统、系统时钟电路及系统总线的用于测控领域的微型计算机。·中央处理器：单片机的核心部件就是中央处理器，它的数据宽度是4位，能够处理4位的二进制和代码，主要负责控制、指挥和协调各个单元系统的工作，可以完成运算以及控制输入输出等一系列的操作。·数据存储器(内部RAM)：数据存储器可以把变化的数据给存储起来。AT89C51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。·程序存储器(内部ROM)：程序存储器可以将程序和不变的常数存储起来。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89C51内部配置了4KB闪存。·定时/计数器(ROM)：定时/计数器有定时和计数这两个功能。AT89C51共有2个16位定时/计数器。·并行输入输出(I/O)口：AT89C51一共有4组8位I/O口，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。·时钟电路：单片机工作所需要的时钟脉冲列由时钟电路产生。·中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。图3-2AT89C51系列单片机的内部结构示意图1.1.3AT89C51主要引脚功能AT89C51引脚图如图3-3所示：图3-3引脚图·VCC：电源电压·GND：接地·P0口：可以作为数据输入输出的通道，也可以作为低8位地址数据的输出通道，它是开漏的，使用时要接上上拉电阻，如果不接，则会状态不稳定。·P1口：内部是一个上拉电阻8位双向I/O口，它的缓冲器能接收4TTL的门电流。管脚被置为一时，内部上拉为高，可以用作输入，当p1口被外部置为低电平时，就会输出电流。当p1口作为低八位接收，这个过程是在进行Flash编程和校验的过程中接收的。·P2口：内部是一个上拉电阻8位双向I/O口，它的缓冲器可接收、输出4TTL门电流，当P2口被置为高点平时，管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部HYPERLINK"/doc/4616537-4828902.html"\t"/doc/_blank"程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据HYPERLINK"/doc/4224899-4426539.html"\t"/doc/_blank"存储器进行读写时，P2口输出其HYPERLINK"/doc/2409845-2547808.html"\t"/doc/_blank"特殊功能寄存器的内容。接收高八位地址信号和控制信号是在Flash编程和校验中进行的。·P3口：是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，接收输出4TTL门电流。当P3被置为高点平时，它的内部被上拉为高电平，并用做输入。因为外部下拉是低电平，P3口将输出电流。更重要的是它的第二功能，如下表所示：表3-1具有第二功能的P3口引脚端口引脚第二功能：P1.0RXD（串行输入口）P1.1TXD（串行输出口）P1.2/INT0（外中断0）P1.3/INT1（外中断1）P1.4T0（定时／计数器0外部输入）P1.5T1（定时／计数器1外部输入）P1.6/WR（外部数据存储器写选通）P1.7/RD（外部数据存储器读选通）当进行闪烁编程和变成校验时，可以接收一些控制信号。·RST：复位输入。引导内部复位程序和电路，可以看到SFR的复位值，PC也在此列。同时等待时钟电路的稳定工作，提高抗干扰能力。·ALE／EQ\*jc0\*"Font:宋体"\*hps20\o(\s\up11(————),PROG)：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。·EQ\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)：程序储存允许（EQ\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)）输出是外部程序存储器的选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次EQ\*jc0\*"Font:宋体"\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的EQ\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)信号。·EQ\*jc0\*"Font:宋体"\*hps16\o(\s\up11(——),EA)／VPP：外部访问允许。要让使CPU仅访问外部的程序存储器，地址为0000H-FFFFH，EA端必须接地。值得注意的是：要是加密位LB1被编程，那么复位的时候就会锁存EA的状态。如果EA端接的是电源端，那么CPU就会执行内部程序存储器中的指令。在进行Flash存储器编程时，要加上12V的VPP。·XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟电路的输入端。·XTAL2：片内振荡器反放大器的输出端。1.1.4时钟电路时钟电路单片机的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12MHz晶振X1、电容C1、C2组成，采用片内振荡方式。如图3-4所示。图3-4时钟电路1.1.5复位电路复位电路采用简易的上电复位电路，把10μF的电容加在VCC与RST之间，在电容两端加一个按键开关，在加一个10kΩ的电阻放在RST和GND之间，这样就可以实现上电复位。如图3-5所示。图3-5复位电路1.2电源电路电源电路采用桥式整流电路，将交流转换为直流，可为各部分的电路提供+5V的直流电。220V的交流电，通过变压器转化为15V左右的电压，在经过整流桥后，得到一个0-8V的波动直流，在经过电解电容C6的滤波，就得到一个平稳的直流，在最后经过7805的稳压得到+5V的直流电。如图3-6所示。图3-6电源电路1.3信号灯输出控制模拟交通信号灯采用直径为ψ5mm的发光二级管，东西南北方向各3个，颜色分别为红（D1、D4、D7、D10）、黄（D2、D5、D8、D11）、绿（D3、D6、D9、D12）。为使电流小于10mA应串联一个阻值为330Ω的限流电阻。如图3-7所示。图3-7信号灯输出控制1.4数码管数码管是以发光二极管为基本元件的一种半导体产品，主要用来显示工作的状态信息和提示信息、一般这些信息只包含数字、字母两种。按照二极管的个数可以将数码管分为七段和八段的数码管，它们两者之间的区别就在于那个DP。八段数码管如下图3-8所示("DP”所示位置就是小数点位)。我们能够看出:这样的一个数码管只能显示1位数，通常按单片机上安装了这样的数码管的个数分为1位、2位、4位、8位数码管。现在比较常见的是4位的。以前经常有人就把此作为数码管的分类方式，自从七段的数码管逐渐被淘汰以后，把二极管单元如何连接起来的方式作为其分类的方法逐渐推广开来。一般说来一位的数码管就有8个发光二极管，现在最普通的单片机上都有两位。把这样至少16个二极管所有的阳极接在一起形成公共的端口即COM的形式叫做共阳数码管，需要点亮某段的时候就给它发送一个低电平信号0，其他的段发送高电平信号1。如下图3-9所示。一般把COM端口接VCC的+5V电压上。另外把二极管所有的阴极接在一起形成公共的端口即COM的形式叫做共阴数码管，需要点亮某段的时候就给它发送一个高电平信号1，其他的段发送高电平信号0。一般把共阴极数码管是把公共极与地线连接在一起。还有必要解释一下的是数码管也有两种驱动方式，前面所说的高低电平信号正好将这些信号转换成了二进制的代码，实际应用中也可以是BCD数来进行驱动，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的输入输出端口，而且功耗更低。图3-8八段数码管图3-9共阴极、阳极接法示意图1.5时间显示模块道口通行剩余时间采用高亮红色7段LED发光数码管显示，采用共阳数码管，为了提高亮度给数码管的位选串联一个PNP型三极管，给段选并联一个驱动芯片74LS245。图3-10时间显示模块1.6紧急车辆通行电路运用外部中断0口，当有紧急车辆通过时，按下开关，各个方