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標題: 基于單片機設計的單片機 [打印本頁]

作者: 1234戎 時間: 2018-5-15 12:42
標題: 基于單片機設計的單片機
目錄
引  言
第一章  交通燈課程設計功能描述
1.1芯片簡介
1.2技術指標
第二章課程設計分析設計
第三章繪制硬件圖并對硬件電路進行說明
3.1STC89C52RC單片機內部結構
3.2STC89C52RC單片機芯片引腳位置及功能符號
第四章繪制軟件流程圖并對軟件流程圖進行說明
4.1軟件設計
4.2主程序流程圖
第五章  總結與致謝
5.1總結
5.2致謝
參考文獻
附錄
附錄A 程序的源代碼
附錄B 實物圖
引  言
數字電子技術基礎是高等學校弱電類各專業的一門重要的技術基礎課程。這門課程發展迅速、實用性和應用性強，側重于邏輯行為的認知和驗證。

隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。同時也隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題。為此，本次設計完成的就是交通燈設計。以下就城鄉交通燈控制系統的電路原理、設計計算和實驗調試等問題來進行具體分析討論。
關鍵詞:交通燈,STC89C52RC芯片,緊急制動
第一章交通燈課程設計功能描述
1.1芯片簡介
STC89C52RC芯片簡介
89C52是STC系列單片機的典型產品，我們以這一代表性的機型進行系統的講解。89C52單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明：
中央處理器：
中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。
數據存儲器(RAM)：
8051內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。
程序存儲器(ROM)：
8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。
定時/計數器(ROM)：
8051有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。
并行輸入輸出(I/O)口：
8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。
全雙工串行口：
8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用。
中斷系統：
8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。
時鐘電路：
8051內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。
單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。
89C52內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。
程序存儲器(ROM)：
8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。
定時/計數器(ROM)：
8051有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。
并行輸入輸出(I/O)口：
8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。
1.2技術指標
設計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續通行；綠燈表示該道路允許通行該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態轉換。

圖1.1十字路交通燈控制
第二章課程設計分析設計
實現紅、綠、黃燈的循環控制。要實現此功能需要表示三種不同顏色的LED燈分別接在P1個管腳，用軟件實現。
要求東西車道和南北車道上的車輛交替運行，每次通行時間為20s；
要求黃燈先亮5秒種，才能變換車道；
黃燈亮時要求每秒閃亮一次；
要求繪出原理圖；
根據設計要求和技術指標設計好電路；
第三章繪制硬件圖并對硬件電路進行說明
3.1STC89C52RC單片機內部結構
在STC系列單片機中，有2個系列：子51系列和52子系列。每個系列有若干種型號。52系列有8051、8751、8031、87C51、和80C31。
我們以STC89C52RC為例來介紹其結構和功能。STC89C52RC的內部結構框圖如下：

圖3.1 STC89C52RC單片機內部結構
分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，STC89C52RC系列單片機是由8大部分組成的。這8大部分是：
1.一個8位中央處理器CPU（有成為微處理器）
CPU的內部結構是有運算器和控制器組成，是單片機的核心部件。其中包括算術邏輯運算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態字寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器SP、寄存器B、程序計數器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫存器等部件。
2.128個字節的片內數據存儲器RAM
片內數據存儲器用于存放數據、運算結果。
3.4KB的片內程序存儲器ROM或EPROM
用于存放程序、原始數據和表格。現在的改進產品里一般都換成了Flash存儲器。
4.18個特殊功能寄存器SFR。
CPU內部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態寄存器以及數據輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構成了CPU內部的特殊功能寄存器。18個特殊功能寄存器SFR有3個是16位的，共占了21個字節。
5.4個8位并行輸入輸出I/O接口。
P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數據。
6.1個串行I/O接口，完成單片機與其他微機之間的串行通信。
7.2個16位定時器/計數器T0、T1。
8.一個具有5個（52子系列為6個或7個）中斷源，2 個可編程優先級的中斷系統。它可以接收外部中斷申請、定時器/計數器中斷申請和串行口終端申請。
3.2STC89C52RC單片機芯片引腳位置及功能符號

圖 3.2 STC89C52RC單片機芯片引腳位置
STC89C52RC系統的引腳說明：
STC89C52RC系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，圖二是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。
8951的復位方式可以自動復位，也可以是手動復位。除此之外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。
第四章繪制軟件流程圖并對軟件流程圖進行說明
4.1軟件設計
先了解實際交通燈的變化規律，假設一個十字路口為東西南走向。初始狀態0為東西紅燈，南北紅燈；然后轉狀態1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉狀態2，南北綠燈閃幾次轉黃燈，延時幾秒，東西仍然紅燈。再轉狀態3，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉狀態4，東西綠燈閃幾次轉亮黃燈，延時幾秒，南北仍然紅燈，最后回到狀態1，不斷循環。
（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為20秒。
（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態即將切換。
（3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為20秒。東西方向車流大通行時間長。
（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。
4.2主程序流程圖

圖4.1程序流程圖
第五章總結與致謝
5.1總結
通過這次單片機課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。鞏固了數字邏輯電路的理論知識，并對芯片有了新的認識，充分了解它的功能。更為重要的是如何將邏輯電路靈活運用于實際生活。我深知做課程設計的同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有些問題老是弄不懂，做完課程設計之后那些問題就迎刃而解了。而且還記住很多東西。
通過本次課程設計使我自身的動手能力得到了很大的提高，使我走出了實踐的盲區，為以后的畢業設計及工作后的動手打下了堅實的基礎。
5.2致謝
最后感謝學院為我們提供了難得的機會。最為感謝的是許老師和同學們給予的幫助和鼓勵!實踐是認知的動力和學習的最終目的。實踐是檢驗真理的唯一標準。因此一個小小的課程設計，對我們的影響是巨大的。對于我們來說，它是一筆人生的財富。
參考文獻
[1]周堅.單片機項目教程.北京：北京航空航天大學出版社,2008
[2]胡健.單片機原理與接口技術實踐教程.北京：機械工業出版社,2004

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