单片机应用与开发实训指导书(共86页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上前言MCS-51系列单片机是目前市面上相当流行的单片机，我校部分专业（如自动化、电气工程及其自动化、机制等）在大学三年级时候普遍开设单片机控制技术课程。学生在课程学习过程中，通过单片机实验室接收专业实验的训练，但还没有接受单片机产品系统的、完整的工程训练，需通过后续的单片机应用实践来强化单片机开发的工程技术能力。结合我校实验实训室具体情况，特编写本实训指导书指导学生训练单片机产品的规划协作能力、设计开发调试能力以及必需的工程实践能力。编者通过多年的单片机教学和设计开发经验，认为我校学生在单片机开发上面应该具有以下基本专业素养：单片机应用知识、产品规划设计、文献检索分析

2、、电器元件（集成芯片）识别应用、电路分析设计、EDA软件应用分析、单元电路焊接调试、Protel软件绘制电气原理图、PCB图绘制开发、开发所需的硬件工具（诸如电源、示波器、信号发生器、面包板、万用板、万用表、逻辑笔等）和软件（如Uvision、ISP下载软件等）综合应用调试、技术文档整理等。该指导书中包含常用元器件的识别、电子元器件的焊接技术以及交通灯控制系统、数显电压表、电机转速表三个应用实例，在书中每个部分都给出了详细的介绍，学生可以根据该指导书有目的、有计划的进行针对性训练。指导书中所提供的三个实例都是经过指导教师调试完成的，在所提供的PCB板上能够实际运行，但都是作为在校学生工程训练使

3、用，存在着很多不足。另外指导书编写也比较匆忙，欢迎同学们在使用过程中指出。 单片机应用与开发实训须知为使实验实训正确、顺利地进行，并保证实验实训设备、仪器仪表和人身的安全，在进行具体的实训项目时，须知以下内容。1实训预习每一个实训项目进行前，学生必须进行认真的阅读并解读实训任务书，掌握该次实训的目标、内容、所用到的芯片有哪些、实训设备和仪器仪表、工具，测量和记录项目等，做到心中有数，减少实训设计的盲目性，提高实训效率，尽可能的减少元器件的浪费。2电源（1）电子工艺实训室的工作台上设有单相（或三相）交流电源开关和直流电源开关，由实训室统一供电，实训前应弄清各输出端点间的电压数值和具体的开关位置。

4、（2）在实训过程中，严禁将超过规定电压数值的电源接入线路运行。（3）在进行实训线路的接线、改线或拆线之前，必须断开电源开关，严禁带电操作，避免在接线或拆线过程中，造成电源设备或部分实训线路短路而损坏设备或实验实训线路元器件。3仪表与工具（1）认真掌握每次实验实训所用仪表与工具的使用方法、放置方式（水平或垂直），并要清楚仪表的型号规格和精度等级等。（2）仪表与工具与实训中用到的电路板、元器件的位置应合理布置，以方便实训操作和测量。（3）仪表上的旋钮有起止位置的，旋转时用力要适度，到头时严禁强制用力旋转，以免损坏旋钮内部的轴及其连接部分；要注意仪表接线端子的极性，防止接反损坏仪表，影响实训进行。（

5、4）测试前应根据估算的物理量数值先选择好仪表的量限，然后将仪表接入线路测试点。（5）实训用到的工具要合理摆放，使用时不要用力过度，以免损坏工具，使用的电烙铁严禁放置在工作台上！4对实训中异常现象的处理在实训过程中，如发现异常火花、异声、异味、冒烟、过热等现象，应立刻断开电源开关，保持现场，并请指导教师一起检查原因。5实验实训结束整理（1）实训结束后，应先断开电源开关，然后才能拆线。（2）将实训工作台上的仪表与工具和焊接好的实训线路板摆放整齐，将连接导线归拢整齐并放入实训桌抽屉内，等待老师检查。（3）实训结束后自觉将凳子整齐地放到实验实训台下面。6实训报告书写要点实训报告是对实训过程的总结，它是

6、对设计任务、设计内容和设计结果的具体诠释，是反映学生实训成果的具体体现形式之一。每个学生都应在实训完成后及时写出体现自己设计思想，符合格式规范的实训报告书。这不仅能深化理论学习的内容，而且能培养正确总结设计工作和进行科学实验的能力。提交实训报告书的具体要求为：字数：5000字10000字，内容：（1）封面（2）中英文摘要（3）目录（4）正文 概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能 硬件电路设计及描述； 软件设计流程及描述； 源程序代码（要有注释）（5）设计总结（6）所用芯片的资料。 目录前言I单片机应用与开发实训须知II常用电子元器件识别1电子元器件焊接技术8实训一 交通灯控制系统

7、设计11实训二 数显电压表设计32实训三 电机测速与调速设计57参考文献81专心-专注-专业常用电子元器件识别电子电路中常用的器件包括：电阻、电容、 二极管、三极管、可控硅、轻触开关、液晶、 发光二极管、蜂鸣器、各种传感器、芯片、继电器、变压器、压敏电阻、保险丝、光耦、滤 波器、接插件、电机、天线等。同学们在日常中应注意积累相关知识。一、电阻作为电路中最常用的器件，电阻器，通常简称为电阻（以下简称为电阻）。电阻几乎是任何一个 电子线路中不可缺少的一种器件，顾名思义，电阻的作用是阻碍电子的作用。在电路中主要的作用是：缓冲、负载、分压分流、保护等作用。1碳膜电阻器是目前电子、电器、资讯产品中使用量

8、最大，价格最便宜，品质稳定性、信赖度最高的碳膜固定电阻器。优点 :制作简单，成本低； 缺点: 稳定性差，噪音大、误差大。2金属氧化皮膜电阻器随着电子设备的发展其构成的零件亦趋向小 型化、轻型化及耐用化等趋势。在真空中加热合 金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一层导电金属 膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。 优点：体积小、精度高、稳定性好、噪音小、电感 量小； 缺点：成本高。3绕线电阻器 、无感性绕线电阻器这种电阻成本低，阻值范围宽，但性能差，很少采用。优点:功率大； 缺点：有电感，体积大，不宜作阻值较大的电阻。4水泥型绕线电阻器将电阻线绕於无咸性耐热瓷件上或用氧化膜 电阻等固定电阻器，外面加上耐

9、热，耐湿及耐腐 蚀的材料保护固定而成。水泥型电阻是把电阻体 放入方形瓷器框内，用特殊不燃性耐热水泥充填 密封而成。具有耐高功率、散热容易、稳定性高等特点 ,额定功率一般在1瓦以上。 优点：功率大； 缺点：有电感，体积大，不宜作阻值较大的电阻。5电位器有机实芯电位器：该电位器的特点是结构简单、耐高温、体 积小、寿命长、可靠性高，广泛用于焊接在电 板上作微调使用；缺点是耐压低、噪声大。线绕电位器：线绕电位器用途广泛，可制成普通型、精密型和微 调型电位器，且额定功率做的比较大、电阻的温度系数小、噪声 低、耐压高。合成膜电位器：这类电位器的阻值变化连续、分辨率高、 阻值范围宽、成本低。但对温度和湿度的

10、适应性差，使用寿命短。多圈电位器：多圈电位器属于精密电位器。它分有带指针、不带指针等形式，调整圈数有5圈、10圈等数种。该电位器除具有线绕电位器的相同特点外，还具有线性优良，能进行精细调整等优点，可广泛应用于对电阻实行精密调整的场合。7电阻的参数电阻最主要的参数是阻值和额定功率。额定功率为电阻在电路中允许消耗的最大功率（PUI）。电阻的额定功率也有标称值，常用的有 1/8 、1/4 、1/2 、1、2、3、5、10 、20 瓦等。选用电阻的时候，要留一定的余量，选标称功率比实际消耗的功率大一些的电阻。比如实际负荷 1/4 瓦，可以选用 1/2 瓦的电阻，实际负荷3瓦，可以选用 5瓦的电阻。8阻

11、值标示方法直接法：用数字和单位直接标示阻值的方法，通常可省略。如 4.7K 。文字符号法：用数字与特殊符号组合，常见符号有M、K、R。如 4K7 4K7，1R9 1R9。数字表示法：常见于贴片电阻，用34位整数表示阻值，单位为 。（前23位表示有效值，末位表示倍率）如102 1021000，1001 10011000。色环表示法：用不同颜色的色环在电阻表面上标志出电阻主要参数的方法。9电阻值在电路图中的标注在电路图中电阻器和电位器的单位标注规则。阻值在兆欧以上，标注单位M，比如1兆欧，标注1M，2.7 兆欧，标注 2.7M。阻值在1千欧到100千欧之间，标注单位k，比如 5.1千欧，标注5.1

12、k ，68 千欧，标注 68k 。阻值在100千欧到1兆欧之间，可以标注单位M，也可以标注单位K。比如360千欧，可以标注360k ，也可以标注0.36M。阻值在1千欧以下，可以标注单位，也可以不标注。 比如5.1欧，可以标注5.1或者5.1， 680欧，可以标注680或者680 。10电阻的使用常识。要根据电路的要求，选用电阻的种类和误差。在一般的电路中，采用误差10% ，甚至20%的碳膜电阻就可以了。 电阻的额定功率要选用等于实际承受功率1.52 倍的， 才能保证电阻耐用。 电阻在装入电路之前，要用万用表 欧姆档核实它的阻值。安装的时候，要使电阻的类别、阻值等符号容易看到，以便核实。二、电

13、容1电容的种类根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。陶瓷电容：以高介电常数、低损耗的陶瓷材料为介质，体积小，自体电感小。云母电容：以云母片作介质的电容器。性能优良，高稳定，高精密。纸质电容：纸介电容器的电极用铝箔或锡箔做成，绝缘介质是浸蜡的纸，相叠后卷成圆柱体，外包防潮物质，有时外壳采用密封的铁壳以提高防潮性。价格低，容量大。薄膜电容：用聚苯乙烯、聚四氟乙烯或涤纶等有机薄膜代替纸介质，做成的各种电容器。体积小，但损耗大，不稳定。电解电容：以铝、担、锯、钛等金属氧化膜作介质的电容器。容量大、体积小，耐压高（但耐压越高，体积也就越 大），一般在 500V 以下。常用于交流旁路和

14、滤波。缺点 是容量误差大，且随频率而变动，绝缘电阻低。电解电 容有正、负极之分（外壳为负端，另一接头为正端）。 一般，电容器外壳上都标有 “”、“”记号，如无标记则引线长的为“” 端，引线短的为“”端，使用时必须注意不要接反，若接反，电解作用会反向进行，氧化膜 很快变薄，漏电流急剧增加，如果所加的直流电压过大，则电容器很快发热，甚至会引起爆炸。2电容的参数识别和选用主要参数是容量和耐压值。常用的容量单位有F（10-6 F）、nF（10- 9 F）PF（10-12F），标注方法与电阻相同。 电容的选用应考虑使用频率、耐压。电解电容还应注意极性，使正极接到直流高电位，还应考虑使用温度。3电容大小的

15、表示方法标有单位的直接表示法：有的电容的表面上直接标志了其特性参数，如在电解电容上经常按如下的方法进行标志：4.7u/16V，表示此电容的标称容量为4.7uF，耐压16V 。不标单位的数字表示法：许多电容受体积的限制，其表面经常不标注单位。但都遵循一定的识别规则。当数字小于 1时，默认单位为微法，当数字大于等于1时，默认单位为皮法 。用24位数字和一个字母表示标称容量法：其中数字表示有效数值，字母表示数值的量级。字母为 m、u、n、p。字母 m表示毫法（ 10 -3F）u表示微法（ 10 -6F）n表示毫微法（10 -9F）P表示微法（ 10-12F）。字母有时也表示小数点。如33m表示 33

16、000 u F ；47n表示0.047 u F 047 F；3 u 3表示 33 u F； 5n9表示 5900pF； 2P2 表示2.2pF。另外也有些是在数字前面加R，则表示为零点几微法，即R表示小数点，如 R22 表示 0.22pF。色环 (点)表示法：该法同电阻的色环表示法，沿着电容器引线方向，第一、二种色环代表电容量的有效数字，第三种色环表示有效数字后面零的个数，其单位为 pF。 三、二极管半导体二极管由一个PN结，再加上电极、引线，封装而成。晶体二极管接材料分有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管。按结构不同可分为点接触型二极管和面接触型二极管。按用途分有整流二极管、检波二极管、变容二

17、极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等。 （1）整流二极管整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。整流二极管都是面结型，因此结电容较大，使其工作频率较低。一般为3kHZ以下。（2）检波二极管检波二极管的主要作用是把高频信号中的低频信号检出。它们的结构为点接触型。其结电容较小、工作频率较高，一般都采用锗材料制成。（3）稳压二极管这种管子是利用二极管的反向击穿特性制成的。在电路中其两端的电压保持基本不变，起到稳定电压的作用。常用的稳压管有2CW55 、2CW56等。（4）阻尼二极管阻尼二极管多用在高频电压电路中，能承受较高的反向击穿电压和较大的峰值电流。一般用在电视机电路中。

18、常用的阻尼二极管有2CN1、2CN2、BS4等。（5）光电二极管（光敏二极管）光电二极管跟普通二极管一样，也是由一个PN结构成。但是它的PN 结面积较大，是专为接收入射光而设计的。它是利用PN结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。就是说，当没有光照射时反向电流很小，而反向电阻很大。当有光照射时，反向电阻减小，反向电流增大。（6）发光二极管发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。它具有一个PN 结，与普通二极管一样，具有单向导电的特性。当给发光二极管加上正向电压，有一定的电流流过时就会发光。四、三极管晶体三极管按结构分，有点接触型和面接触型；按工作频率分有高频三极管

19、和低频三极管、开关管。按功率大小可分为大功率、中功率、小功率三极管。从封装形式分，有金属封装和塑料封装等形式。由于三极管的品种多，在每类当中又有若干具体型号，因此在使用时务必分清，不能疏忽，否则将损坏三极管 。 五、其它常用元器件1可控硅2三端稳压器：由输入、输出和地三个外接端口组成，具有一定负载能力并能稳 定输出的直流电压调节器。3电磁继电器： 利用输入电路内电流在电磁铁铁心与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。4变压器 指为安全特低电压（不超过 50V 50V）电路提供电源的隔离变压器。5接插件电子元器件焊接技术一、印制电路板的焊接 印制电路板在焊接之前要仔细检查，看其有无断路、短

20、路、孔金属化不良以及是否涂有助焊剂或阻焊剂等。大批量生产印制板，出厂前，必须按检查标准与项目进行严格检测，只有这样，其质量都能保证。但是，一般研制品或非正规投产的少量印制板，焊前必须仔细检查，否则在整机调试中，会带来很大麻烦的。 焊接前，将印制板上所有的元器件作好焊前准备工作（整形、镀锡）。焊接时，一般工序应先焊较低的元件，后焊较高的和要求比较高的元件等。次序是：电阻电容二极管三极管其他元件等。但根据印制板上的元器件特点，有时也可先焊高的元件后焊低的元件（如晶体管收音机），使所有元器件的高度不超过最高元件的高度，保证焊好元件的印制电路板元器件比较整齐，并占有最小的空间位置。不论那种焊接工序，印

21、制板上的元器件都要排列整齐，同类元器件要保持高度一致。 晶体管装焊一般在其他元件焊好后进行，要特别注意的是每个管子的焊接时间不要超过5s10s，并使用钳子或镊子夹持管脚散热，防止烫坏管子。 涂过焊油或氯化锌的焊点，要用酒精擦洗干净，以免腐蚀，用松香作助焊剂的，需清理干净。 焊接结束后，须检查有无漏焊、虚焊现象。检查时，可用镊子将每个元件脚轻轻提一提，看是否摇动，若发现摇动，应重新焊好。二、集成电路的焊接 MOS电路特别是绝缘栅型，由于输入阻抗很高，稍不慎即可能使内部击穿而失效。 双极型集成电路不像MOS集成电路那样娇气，但由于内部集成度高，通常管子隔离层都很薄，一旦受到过量的热也容易损坏。无论

22、哪种电路，都不能承受高于200的温度，因此，焊接时必须非常小心。 集成电路的安装焊接有两种方式，一种是将集成块直接与印制板焊接，另一种是通过专用插座(IC插座)在印制板上焊接，然后将集成块直接插入IC插座上。 在焊接集成电路时，应注意下列事项： 1、集成电路引线如果是镀金银处理的，不要用刀刮，只需用酒精擦洗或绘图橡皮擦干净就可以了。 2、对CMOS电路，如果事先已将各引线短路，焊前不要拿掉短路线。3、焊接时间在保证浸润的前提下，尽可能短，每个焊点最好用3s时间焊好，最多不超过4s，连续焊接时间不要超过10s。4、使用烙铁最好是20W内热式，接地线应保证接触良好。若用外热式，最好采用烙铁断电用余

23、热焊接，必要时还要采取人体接地的措施。 5、使用低熔点焊剂，一般不要高于150C。 6、工作台上如果铺有橡皮、塑料等易于积累静电的材料，电路片子及印制板等不宜放在台面上。 7、集成电路若不使用插座，直接焊到印制板上，安全焊接顺序为；地端输出端电源端输入端。 8、焊接集成电路插座时，必须按集成块的引线排列图焊好每一个点。 三、导线焊接技术 导线同接线端子、导线同导线之间的焊接有三种基本形式：绕焊、钩焊、搭焊。 1导线同接线端子的焊接 绕焊 把经过镀锡的导线端头在接线端子上缠一圈，用钳子拉紧缠牢后进行焊接。注意导线一定要紧贴端子表面，绝缘层不接触端子，一般L=（13）mm为宜。这种连接可靠性最好（

24、L为导线绝缘皮与焊面之间的距离）。 钩焊 将导线端子弯成钩形，钩在接线端子上并用钳子夹紧后施焊，如图（c）所示，端头处理与绕焊相同。这种方法强度低于绕焊，但操作简便。 搭焊 把经过镀锡的导线搭到接线端子上施焊，如图23（d）所示。这种连接最方便，但强度可靠性最差，仅用于临时连接或不便于缠、钩的地方以及某些接插件上。 2导线与导线的焊接 导线之间的焊接以绕焊为主，操作步骤如下： 去掉一定长度绝缘皮。 端头上锡，并穿上合适套管。 绞合，施焊。 趁热套上套管，冷却后套管固定在接头处。四、拆 焊调试和维修中常须更换一些元器件，如果方法不得当，就会破坏印制电路板，也会使换下而并没失效的元器件无法重新使用

25、。 一般电阻、电容、晶体管等管脚不多，且每个引线能相对活动的元器件可用烙铁直接拆焊。将印制板竖起来夹住，一边用烙铁加热待拆元件的焊点，一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件引线轻轻拉出。 重新焊接时，需先用锥子将焊孔在加热熔化焊锡的情况下扎通，需要指出的是，这种方法不宜在一个焊点上多次用，因为印制导线和焊盘经反复加热后很容易脱落，造成印制板损坏。 五、焊点的质量检查1外观检查 外形以焊接导线为中心，匀称、成裙形拉开。 焊料的连接呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小。表面有光泽且平滑。无裂纹、针孔、夹渣。外观检查，除用目测（或借助放大镜、显微镜观测）焊点是否合乎上述标准，还包括检查以下各点：

26、漏焊；焊料拉尖；焊料引起导线间短路（即所谓“桥接”）；导线及元器件绝缘的损伤；布线整形；焊料飞溅。检查时滁目测外，还要用指触、镊子拨动、拉线等，检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。2通电检查通电检查必须是在外观检查及连接检查无误后才可进行的工作，也是检验电路性能的关键步骤。如果不经过严格的外观检查，通电检查不仅困难较多，而且有损坏设备仪器、造成安全事故的危险。例如，电源连线虚焊，那么通电时，就会发现设备中不上电，当然无法检查。3常见焊点的缺陷及分析造成焊接缺陷的原因很多，但主要可从四要素中寻找。在材料（焊料与焊剂）与工具（烙铁、夹具）一定的情况下，采用什么方式方法以及操作者是否有责任心，就是决定

27、性的因素了。 实训一 交通灯控制系统设计一、实训目标在理论学习的基础和进行了必要的课程实验之后，以生活中最常见的交通灯为设计对象，让学生根据设计任务要求，完成任务分析、查阅资料、方案确定、设备选型、原理图绘制、PCB板设计、元器件焊接、程序流程图和程序的编写、程序的调试与下载、成品运行，让学生深刻体会进行电子产品设计的整个步骤，掌握用单片机进行产品开发的整个过程以及开发过程中应注意的事项，体会电路板设计及程序设计的的技巧，提高学生的动手能力和解决问题的能力，为今后的学习和工作打下良好的基础。本设计中学生应当重点掌握单片机理论学习中的接口分配、定时器计数器的使用、中断的使用，数码管显示的设计。二

28、、实训时间两周。三、实训任务与要求设计系统模拟真实双干线交通灯信号管理系统。1设置两组红黄绿灯，完成交通信号指示，由于是在实训项目，所以把倒计时时间定为25S，黄灯闪烁时间定为3S。2配置两对LED显示器，用于倒计时显示。数码管要求采用串行连接方式。3具有倒计时时间设定功能，用户可以根据自己的需求或者车流量的大小，设定倒计时的时间。4设置一个紧急车辆放行按钮。一般情况下正常显示，有急救车到达时，两个方向红灯同时点亮，以便让急救车通过，设急救车通过时间为10秒（或者设置一个紧急情况解除按钮），急救车通过后，交通恢复正常。5系统电气原理图的绘制根据所选择的电气元器件，以及系统的要求绘制电气原理图。

29、6焊制电路板将所选择的元件焊接在PCB板上。7程序的编写画出程序流程图，采用汇编语言编写程序。8系统调试程序调试通过，并下载。9提交符合要求的实训报告书。四、时间安排时间（10天）设计内容1讲解实训任务及指导书；让学生查阅相关资料，进行系统设计。2让学生根据自己设计情况，画出电路原理图，设计印刷电路板。2根据系统设计，焊接电路板。3设计软件流程图，并编写相应程序。1系统调试。1验收，书写实训报告书。五、参考设计1任务分析和方案确定根据任务要求可将本系统分为四个模块，第一个模块是控制模块，主要负责整个系统工作的控制和运算，从而使各模块正常工作；第二个模块为显示模块，主要是对车辆和行人应该遵守交通

30、规则的指导性的直观显示，它主要包括倒计时显示和红、绿、黄灯两大部分；第三个模块是输入模块，它的主要作用是辅助控制模块，相当于输入装置，利用它可以对交通灯各路口通行时间的设置以及出现紧急情况时，进行不同工作方式的切换设置；第四个模块是电源模块，它是整个系统的“心脏”，负责给各模块提供合适的电压，让各模块能稳定工作。其系统设计结构如图2.1所示： 单片机倒计时显示设定电源模块应急输入复位电路倒计时显示振荡电路红绿灯指示图1.1 系统总体设计结构图2交通灯倒计时时序图 在图1.2中，给出了南北方向和东西方向灯的时序，高电平代表灯亮。 图1.2交通灯倒计时时序图3电路原理图硬件设计是整个系统的基础，要

31、考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性；软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。大家设计原理图时可参考图1.3。从图中大家可以看出本设计以AT89S52单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、行车方向指示、紧急处理模块和倒计时模块等。l 单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路、中断电路等组成。l 行车方向指示采用红、绿、黄LED发光管，用三种颜色指示车辆放行、暂停、禁止，形象直观。l 行

32、人通行指示采用两支红、绿LED发光管，用两种颜色指示放行与禁止，形象直观，简洁明了。l 键盘及状态显示，开关键盘输入交通灯初始时间，通过单片机P2口输入到系统，电路简洁可靠；显示器采用七段LED数码管，可实时显示系统运行状态，可供交警在室内实时监视交通状况。通过键盘可设置：紧急情况发生时的交通灯状态控制、主干道通行时间等，人机界面非常友好。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。图1.3交通灯原理图现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。(1) 单片机最小系统单片机最小应用系统（如图1.4所示），是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对52系列单片机来说，最小系统应包括单片机、晶

33、振电路、复位电路。下面是52单片机的最小系统电路图： 图1.4 单片机最小系统图 外接晶体谐振器以及电容C1和C3构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤

34、销复位信号，以防电源或电源分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。 本设计采用上电复位，上电复位电路如图1.5（a）所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1F。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐

35、渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，VCC的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图1.5 (a)中的复位电路中，当VCC掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会

36、从一个未被定义的位置开始执行程序。常用的复位电路如图1.5（a）和 (b)所示。 （a）上电复位 (b)手动加上电复位图1.5 复位电路（2）红绿灯指示模块在设计交通灯时，采用了12个高亮度的红、黄、绿三种发光二级管。 一般发光二极管与I/O端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制。一般发光二极管的点亮电流为5mA至10mA。 具体的电路图如图1.6所示。在设计中选择74HC595串行移位寄存器进行12个灯的控制，之所以选择这个芯片，目的是帮助大家学习这个常用的串行移位芯片，希望大家通过这个实训熟练掌握该芯片的使用方法，具体连接为

37、：LCK连接P3.0，用于锁存移位寄存器控制，SCK连接P3.7，用于串行数据移位寄存器控制，SDI连接P3.1,控制串行数据输入，OE连接P3.3，寄存器数据输出控制。图1.6 交通灯指示电路（3） 倒计时显示模块显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等，LED显示器是现在最常用的显示器之一。 在设计时，采用了2个数码管组成的数码管组，采用共阳极接法，如图1.7。图1.7 双数码管组 倒计时显示电路如用单片机吸收电流直接驱动，列扫描驱动使用三极管，按每段6mA电流计算

38、，全显示字形“8”时，每个数码需6mA*8=48mA，由于时间显示每个道口相同，共需要电流192mA，因此设计中也采用了中功率三极管8550，其显示电路如图1.8所示：图1.8 数码管显示模块（4） 倒计时显示设定模块为了实现倒计时显示设定功能，利用串行口扩展了1片74LS165，从而实现了8个按键的输入，利用8个按键输入控制交通灯初始倒计时间，倒计时显示设定如图1.9所示，SH/连接P3.6，用于移位与置位控制，CLK连接P3.5，利用时钟控制数据移位，QH连接P3.4，串行数据输入。图1.9 倒计时显示设定电路(5) 应急输入电路设计为了实现此功能，利用单片机中断达到目的。利用一个手动按钮

39、开关接至单片机外部中断0，同时在软件设计时将其设定为最高优先级，当其按下时，四方全为红灯，同时将中断位置的PSW、ACC进栈保护，当紧急处理结束之后，回到原来的位置进行执行。其电路如图1.10所示：图1.10 紧急控制电路4PCB板图设计好原理图后，经过电气检查没有错误，就可以制作PCB图了，在PCB的制作过程中的注意事项我们在学习电子EDA时已经学过，这儿不再详述了。具体的PCB图如图1.11所示。图1.11 PCB图5系统软件设计 软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的

40、灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操作。其流程图如图1.12所示。 图1.12 软件总体设计流程图主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有六个基本的子程序供调用，分别对应系统的各种功能状态。分别是紧急状态子程序、设置子程序和时钟显示子程序，倒计时子程序等。（1）主程序设计正常运行时主程序采用查询方式定时

41、，定时子程序采用定时器0方式1查询式定时，定时器定时50ms，确定50ms循环20次，从而获得1S的延时时间，保护现场时还需关中断，以防止高优先级中断（紧急车辆通过所产生的中断）出现导致程序混乱。开中断，由软件查询外中断1，判别哪一道有车，再根据查询情况执行相应的服务。待交通灯信号出现后，保持25S的延时，然后，关中断，恢复现场，再开中断返回主程序。紧急情况出现时的中断服务程序也需要保护现场，但无须关中断（因其为高优先级中断），然后执行相应的服务，待交通灯信号出现后按紧急处理按钮，确保紧急车辆通过交叉路口，然后，按东西南北处理按钮恢复现场，返回主程序。主程序流程图如图1.13。图1.13 正常

42、运行时程序流程图 主程序设计如下： START:MOV SP,#50H MOV P1,#0FFH MOV 60H,#00H ;存50ms计数个数 MOV 61H,#00H ;存0.5s计数个数 MOV 62H,#00H ;存1S计数个数 MOV 63H,#56 ;秒倒计时 MOV TMOD, #01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB ET0 SETB EA SETB TR0 ;初始化 MAIN: MOV 68H,#0CH MOV 69H,#0F3H ACALL HC595 ;南北红灯亮，东西绿灯点亮 ACALL ZC1 MOV A,62H CJNE A,#25,

43、MAIN ;如果不等于25，则时间未到，转到NE02 NE05:ACALL ZC2 MOV A,61H CJNE A,#1,NE03 MOV 68H,#0BH MOV 69H,#6DH ACALL HC595 ;南北黄灯，东西黄灯点亮 AJMP NE04NE03:MOV 68H,#0FFH MOV 69H,#0FFH ACALL HC595 ;南北黄灯，东西黄灯熄灭，即闪烁 NE04:MOV A,62H CJNE A,#28,NE05 NE06:MOV 68H,#07H MOV 69H,#9EH ACALL HC595 ;南北绿灯，东西红灯点亮 ACALL ZC3 MOV A,62H CJNE

44、 A,#53,NE06NE09: ACALL ZC4 MOV A,61H CJNE A,#1,NE07 MOV 68H,#0BH MOV 69H,#6DH ACALL HC595 ;南北黄灯，东西黄灯点亮 AJMP NE08 NE07:MOV 68H,#0FFH MOV 69H,#0FFH ACALL HC595 ;南北黄灯，东西黄灯熄灭，即闪烁NE08:MOV A,62H CJNE A,#56,NE09 MOV 62H,#00H AJMP MAIN （2）1S中断处理 子程序采用查询方式定时，采用定时器1方式1查询式定时，定时器定时50ms，确定50ms循环20次，从而获得1S的延时时间。 定时器需定时毫秒，故工作于方式。初值： TCMT T计数216ms/1us=15536=3CB0H 1S中断处理流程图（图1.14）图1.14 1S中断处理流程图 1S中断处理子程序如下：MOV 60H,#00H ;存50ms计数个数MOV 61H,#00H ;存0.5s计数个数 T0_ZD:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH