交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求：用51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)，晶振采用12MHz。
具體要求如下：
（1）正常情況下，A、B道（A、B道交叉組成十字路口，A是主道，B是支道）輪流放行，A道綠燈1min(其中10s用于黃燈)，B道綠燈放行30s（其中5s用于黃燈）。
（2）一道有車而另一道無車時(shí)，使有車車道放行(用兩個(gè)按鍵開關(guān)控制)。
（3）有緊急車輛通過時(shí)，A、B道均為紅燈（用按鍵開關(guān)控制）。
（4）要求由數(shù)碼管顯示紅綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。
表1：元器件列表
STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。
STC89C52RC是STC89系列單片機(jī)中應(yīng)用較為廣泛的一種型號(hào)，內(nèi)部的8KB存儲(chǔ)器用于存放可編程控制器監(jiān)控程序。
STC89C52RC單片機(jī)的40條引腳按功能來分，可以分為3部分，電源及時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳。
圖2-1 89C52單片機(jī)引腳圖
STC89C52單片機(jī)引腳功能介紹：
（見附件）
P3口功能表：
表2P3口功能表
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| | 計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入 |
| | 計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入 |
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STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：
圖2-2 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
復(fù)位電路的作用
在復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。
基本的復(fù)位方式
單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。本系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式為手動(dòng)按鈕復(fù)位。
手動(dòng)按鈕復(fù)位
手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平(圖1)。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如圖所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。
圖2-3 復(fù)位電路圖
在MCS - 51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。
在內(nèi)部方式時(shí)鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時(shí)鐘頻率低于12MHz即可。本系統(tǒng)采用的是12MHz石英晶振。
晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2端送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號(hào)二分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效，在每個(gè)狀態(tài)的后半周期P2信號(hào)有效。CPU就是以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。
圖2-4 時(shí)鐘電路圖
LED燈顯示電路：
LED燈電路由6個(gè)LED燈（2個(gè)紅LED燈，兩個(gè)黃LED燈，兩個(gè)綠LED燈）與6個(gè)阻值為470歐姆的電阻組成，LED的正極與Vcc+相連，LED的負(fù)極分別與電阻串聯(lián)再連接到STC89C52芯片的P1端口（P0.0—P0.5）。
2-5 LED燈顯示電路圖
數(shù)碼管顯示電路：
數(shù)碼管普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮數(shù)碼管的方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，本系統(tǒng)中采用的是動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效.這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配上一個(gè)鎖存器，從而大大地簡(jiǎn)化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用數(shù)碼管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。
2-6 數(shù)碼管引腳圖
本系統(tǒng)中采用的數(shù)碼是二位八段共陽數(shù)碼管，數(shù)碼管a～f引腳與分別于阻值為470歐姆的上拉電阻串聯(lián)，再連接到P0端口（P0.0—P0.6）,其中dp引腳不作連線（不需要用到dp）。兩個(gè)位選引腳1，引腳2分別與集電極相連，P2端口（P2.0—P2.3）串聯(lián)一個(gè)阻值為1k的電阻再連接到8550三極管基極端，4個(gè)8550三極管的發(fā)射端接在電源Vcc上，組成兩個(gè)方向的二位數(shù)碼管顯示電路。
2-7 數(shù)碼管顯示電路圖
為了實(shí)現(xiàn)此功能，本系統(tǒng)利用到了51單片機(jī)中的P3.1端口。利用一個(gè)手動(dòng)按鈕開關(guān)接至單片機(jī)的P3.1端口，同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)將其設(shè)定為每次都進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)其按下時(shí)，四方全為紅燈，數(shù)碼管只亮一根橫線，當(dāng)緊急情況過了之后，再次按下該按鍵回到原來的位置繼續(xù)執(zhí)行未完成的程序。
為了實(shí)現(xiàn)此功能，本系統(tǒng)再利用一個(gè)手動(dòng)按鈕接至單片機(jī)中的P3.2端口。當(dāng)其按下時(shí)，如果是東西方向道路是紅燈，而南北方向道路是綠燈，則將其置為東西是綠燈，南北是紅燈；如果是東西方向道路是綠燈，而南北方向道路是紅燈，則將其置為東西是紅燈，南北是綠燈。兩種情況都是執(zhí)行完后，回到正常狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。
2-8 交通燈總電路圖
總體接線說明：
- 交通信號(hào)燈指示電路部分，STC89C52芯片的P1.0~P1.5接6個(gè)470Ω的限流電阻，然后在依次分別接到南北方向的綠、黃、紅色的LED指示燈，東西方向的綠、黃、紅色的LED指示燈（共陽級(jí)接法）；
- STC89C52芯片的RST接復(fù)位電路；
- 按鍵電路部分，STC89C52芯片的P3.0（RXD）、P3.1(TXD)、P3.2、P3.3分別接4個(gè)微動(dòng)開關(guān)；
- STC89C52芯片的XTAL2、XTAL1、VSS0接晶振電路；
- STC89C52芯片的P2.0~P2.3接4個(gè)1KΩ的電阻，然后分別接到4個(gè)三極管的基極，發(fā)射極接Vcc，均接地，4個(gè)集電極分別依次接到南北方向數(shù)碼管顯示D1和東西方向的數(shù)碼管顯示的D2；
- STC89C52芯片的
(引腳31)和復(fù)位電路的VCC相連； - 倒計(jì)時(shí)顯示部分，STC89C52芯片的P0.0~P0.6接7個(gè)470Ω的電阻，然后均接到VCC電源端，同時(shí)STC89C52芯片的P0.0~P0.6分別依次直接接到所有數(shù)碼顯示器的a、b、c、d、e、f、g，DP置空；
- STC89C52芯片的Vcc接電源正極，GND接地。
