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1、毕业设计（专科）题目：基于单片机交通灯的设计摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠的就是交通信号灯的自动指挥系统来实现这井然秩序。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A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
2、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8255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。关键词：单片机 交通灯 闯红灯 检测车流量AbstractIn recent years along with technical rapid development, monolithic integrated circuit application unceasingly thorough, simultaneously leads the traditional control
3、 examination technology to renew day by day.In the real-time examination and in the automatic control monolithic integrated circuit application system, the monolithic integrated circuit often took a core part uses, the monolithic integrated circuit aspect knowledge is only insufficient, but also sho
4、uld act according to the concrete hardware architecture software and hardware union, consummates.The intersection vehicles shuttle, the pedestrian is bustling, car dealership traffic lane, human sidewalk, methodical.Depends on is the street-traffic control lights automatic command system realizes th
5、is orderly order.The street-traffic control lights control mode are very many.This system uses MSC-51 series monolithic integrated circuit ATSC51 and programmable parallel I/O connection chip 8255A is the central component designs the traffic light controller, realized has been able to act according
6、 to the actual traffic flow magnitude to establish, the green light red through 8051 chip P1 mouths burns the bright time the function; The traffic light circulation lightens, the countdown remains when for 5 seconds the yellow light twinkle police shows (traffic light signal through PA mouth output
7、, demonstration time directly through 8255 PC mouth output to two-position nixietube); The vehicles run a red light report to the police; The green light time may examine the traffic flow magnitude and may through the two-position nixietube demonstration.This system usability strong, operation simpl
8、e, expansion function.Keywords：monolithic integrated circuit traffic light runs a red light the examination traffic flow magnitude目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论1第2章 总体规划方案92.1 规划设计方案92.2 交通管理的方案论证9第3章 系统的芯片简介103.1 MSC-51芯片简介103.1.1 MCS-51单片机内部结构103.1.2 MCS-51的引脚和功能概述113.2 8255芯片简介133.2.1 8255A 的内部结构1
9、33.2.2 8255可编程并行接口芯片简介14第4章 系统硬件设计194.1 系统总框图设计194.2各个模块电路设计244.2.1 键盘设置电路244.2.2 看门狗硬件电路254.2.3 显示电路254.2.4 交通灯的控制电路25第5章 系统的软件设计275.1 系统总程序设计275.2每秒钟的设定285.2.1计数器初值计算285.2.2 计算公式285.2.3 秒的方法295.2.4 相应程序代码295.2.5 软件延时305.3显示程序设计305.3.1显示原理315.3.2 8255输出信号与数码管的连接315.3.3 8255与8051的连接31第6章 结论32参考文献33致
10、 谢34附 录35附录1：总图35附录2：程序源代码36第1章 绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，19
11、14年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿
12、灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。本论文是基于单片机的交通灯控制设计。本论文使用单片机的原因是看到单片机的发展趋势。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，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器
13、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。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
14、随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。所以用单片机将越来越普遍，而且实用性强、操作简单、扩展功能强。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的
15、汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。纵观交通事业的发展历史，以前，人们出门远行或运输东西最常用到的的交通工具是马车，但是随着社会的进步经济的发展，一种新型交通工具汽车随之问世。如1950年英国陆虎公司推出
16、世界上第一台采用燃气涡轮发动机的汽车，1952年美国通用公司推出“别克”牌小轿车，1955年福特“雷鸟”牌两座位汽车问世，1956年中国第一汽车制造厂成立，“解放”牌汽车问世。特别是近几年汽车产业更是日新月异，2006年全世界汽车总已产量已超过6400万辆。在汽车产业蓬勃发展的背后，随之而来交通问题也越来越多，如交通堵塞和交通事故时常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威胁，同时还制约着国民经济的发展，特别是发达国家和发展中国家面临的形势更是严峻。为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，国家起用了双车道交通灯控制系统。通过红，绿，黄三色灯进行单一的控制，使其遵守红灯停，绿灯
17、行的原则。但是随着社会的发展，此系统已经远远不能满足交通控制事业的需求，需要一种全新的控制理念，进而引进了与我国国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统的局限性，同时还加快车了车流辆速度。并制定了第三十八条明确规定：绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。随着社会的进步和科技的发展，交通工具设备也日益剧增，从而有序的交通秩序也越来越重要，单片机的应用也日益广泛。本论文用三端桥式整流电路将220V交流电转变为稳定、可靠，高效率的5V直流电源。而此交通路口采用的是
18、8051单片机来控制，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，而中断系统来实现实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备的数据传送。使CPU能够具有应变的功能，能够秩序的工作，从而提高了工作效率和系统的可靠性。同时也为了系统稳定可靠采用了MAX629“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生；显示时间直接通过8255的PA、PB口输出；交通灯信号通过PC口输出；交通灯的点亮采用VT双向晶闸管来控制。第2章 总体规划方案2.1 规划设计方案根据此路口的车流量：
19、由于东西方向比南北方向的车流量要大，所以在东西方向的绿灯时间较长设为80s，南北方向的红灯设为60s，黄灯时间为5s。以最大限度的提高交通疏通的可靠系数。2.2 交通管理的方案论证人行道人行道人行道 人行道 图2.1 十字路口图首先了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如图2.1所示，为东南西北走向。初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。列出交通信号灯的状态表如表2
20、.1所示：（其中，1代表灯亮，0代表灯灭）状态北西南东绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红00010010010011001100001100200101000101031000011000014010001010001表2.1东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2.2。 表2.260S5S80S5S东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮表2.2说明：（1）当
21、东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为80秒。 东西方向车流大 通行时间长。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。（5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。第3章 系统的芯片简介3.1 MSC-51芯片简介3.11MCS-51单片机内部结构。8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。805
22、1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，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存
23、放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控
24、制要求，并具有2级的优先级别选择。 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。3.1.2 MCS-51的引脚和功能概述MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接
25、DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图3.2 图3.1 引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时
26、钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图3.3。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 图3.2 复位方式图Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程
27、序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数
28、据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。3.2 8255芯片简介3.2.1 8255A 的内部结构：8255A 的内部结构框图和引脚图如图3.3所示，由以下几个部分组成：图3.3 8255的内部结构图数据总线缓冲器：8位双向三态，它是8255A和CPU之间的数据接口。I/O的数据、CPU输出的控制字以及CPU输入的状态信息都是通过这个缓冲器传送的，数据总线缓冲器的8根数据线D7D0一般与8086CPU低8位数据线相连。并行I/O端口（A、B、C口）：除C口输入没有锁存器
29、外，其余A口、B口输入输出都有缓冲器和锁存器，C口输出也都有缓冲器和锁存器，C口输入只有缓冲器。通常A口和B口作为独立工作的I/O数据端口，C口作为控制或状态信息端口。在方式控制字控制下，C口可以分成两个4位端口，每个端口包含一个4位锁存器，分别与A口和B口配合使用，作为与外设之间的联络信号和存放接口电路当前的状态信息。A组和B组控制电路：A组：A口和C口上半部；B组：B口和C口下半部。A组控制和B组控制结合，组成控制字寄存器，接收CPU写入的方式控制字和对C口按位置位/复位控制字。3.2.2 8255可编程并行接口芯片简介8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应
30、于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明（下图表3.1）:8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C口按位置位复位控制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长。方式控制字格式说明如表3.1：制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长D7D6D5D4D3D
31、2D1D0D7：设定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 D4：A口功能 （1=输入，0=输出） D3：C口高4位功能 （1=输入，0=输出） D2：B口方式选择 （0=方式0，1=方式1） D1：B口功能 （1=输入，0=输出）D0：C口低4位功能 （1=输入，0=输出） 8255可编程并行接口芯片工作方式说明: 方式0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中
32、断请求信号。方式2 ：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。3.3 74LS373简介74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如图3.4所示：其中：1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。 LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据 打入锁存器 OE为输出允许端：当OE=0时，三态门打开； 当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。 图3.4 74LS373管脚示意图单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373以及coms的74hc373。是带三
33、态缓冲输出的8D触发器，其引脚图如图3.5所示： 图3.5 74ls373引脚图(1) .1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,G)如何,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)。(2) .当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端,G)上出现一个下降沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、1
34、7、18的状态.锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0Q7 状态与输入端D1D7状态相同；当C发生负的跳变时，输入端D0D7 数据锁入Q0Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。表3.2 74LS373功能表EG功能00直通Qi = Di01保持（Qi保持不变） 1X输出高阻E G D QL H H HL H L LL L X Q上表3.2是74LS373的真值表，
35、表中： L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前Q的电平； G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE使能端，接地。 当G=“1”时，74LS373输出端1Q8Q与输入端1D8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。74ls373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74ls373芯片。3.4 MAX692简介MAX692是微系统监控电路芯片，具有后备电池切换、掉电判别、看门狗监控等功能。MAX69215VOUT VBATT62VCC / RESET37GND WDI84 PFI
36、/PFD图 3.6 MAX692封装和引脚VOUT：电源输出引脚。VCC：接电源引脚，电源供电3.05.5V。GND：接地。PFI：电池故障输入。/PFO：电池故障输出。WDI：监视器输入引脚。/RESET：复位输出引脚，低电平有效。VBATT：后备电池输入端。第4章 系统硬件设计4.1 系统总框图设计8051系统处理锁存键盘设置时间参数8255A扩展CPU的并行接口显示时间交通灯红灯报警及记录车流量红外对管检测信号输入看门狗MAX692片选图4.1 系统总框图（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统（2）由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信
37、息，由8255的PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。（3）通过8031设置各个信号等的燃亮时间，绿、红时间分别为60秒、80秒。（4）通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当.牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。（5）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。（6）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。4.2各个模块电路设计选用设备：8051弹片机一片，8
38、255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。4.2.1 键盘设置电路键盘是单片机应用系统的一个重要输入设备，用于输入数据、干预系统的工作状态。1.单片机上的按键单片机系统中最常见的是触点式开关按键， 这些按键的连接方式，可分为独立式按键和行列式键盘。触点式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510 ms。在触点抖动期间检测按键的通与断状态
39、，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。图4.2 去抖动电路在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。图4.2是一种由R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器一旦翻转，触点抖动不会对其产生任何影响。2.电路工作过程按键未按下时，a = 0，b = 1，输出Q = 1。按键按下时，因按键的机械弹性作用的影响，使按键产生抖动。当开关没有稳定到达b端时，因与非
40、门2输出为0反馈到与非门1的输入端，封锁了与非门1，双稳态电路的状态不会改变，输出保持为1，输出Q不会产生抖动的波形。 图4.3 键盘输出电路当开关稳定到达b端时，因a = 1，b = 0，使Q = 0，双稳态电路状态发生翻转。当释放按键时，在开关未稳定到达a端时，因Q = 0，封锁了与非门2，双稳态电路的状态不变，输出Q保持不变，消除了后沿的抖动波形。当开关稳定到达a端时，因a = 0，b = 1，使Q = 1，双稳态电路状态发生翻转，输出Q重新返回原状态。由此可见，键盘输出经双稳态电路之后，输出已变为规范的矩形方波。3.行列式键盘接口电路单片机系统中，若使用按键较多时，通常采用行列式（也称
41、行列式）键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如用22的行、列可构成4个键的键盘，44的行列结构可构成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。4.中断扫描方式单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU经常处于空扫描状态。 为提高CPU工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU处理自己的工作，当有键按下时，产生中断请求，CPU转去执行键盘扫描子程序，并识别键号。 图4.4 键盘接口电路图4.4是一种简易键盘接口电路，该键盘是由8051 P1口的高、低字节构成的44键盘。键盘的列线与P1口的高4位相连，键盘的行线与
42、P1口的低4位相连，因此，P1.4P1.7是键输出线，P1.0P1.3是扫描输入线。图4.4中的4输入与门用于产生按键中断，其输入端与各列线相连，再通过上拉电阻接至+5V电源，输出端接至8051的外部中断输入端。具体工作如下：当键盘无键按下时，与门各输入端均为高电平，保持输出端为高电平；当有键按下时，INT0端为低电平，向CPU申请中断，若CPU开放外部中断，则会响应中断请求，转去执行键盘扫4.2.2 看门狗硬件电路由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片
43、机系统抗干扰性的一种重要途径。一个完整的单片机应用系统应该是一个软、硬件的结合体。系统正常工作时，会受到各种外界干扰因素的影响。这种外界干扰轻者导致系统内部数据出错，重者将严重影响程序的运行。因此单片机应用系统的开发一定要考虑系统可靠性的设计，以满足系统在现场苛刻环境下的正常运行，而“看门狗”则是系统可靠性设计的重要一环。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其他CPU的运行情况。如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其他CPU的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。在单片机系统中，看门狗的设计
44、一般采用硬件和软件结合两种方式。硬件看门狗专用硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的RESET引脚使单片机复位。这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都有密切的关系。目前常用的集成看门狗电路很多，如MAX705708、MAX813L、X5043/5045等。看门狗电路可以分为内看门狗和外看门狗。看门狗电路是指看门狗的硬件电路包含在单片机内部，如Microchip的16C5x系列，MOTOROLA的68C05系列，51内核中比较典型的有Atmel公司的AT89C55WD、AT89S8252，Winbond公司的W77E58，SST公司的SST89C58以及Philips公司87系列的多种型号的单片机等。对于没有看门狗定时器的单片机或是认为内部看门狗不可靠时，可以采用外部看门狗定时器。外部看门狗电路既可以用专用看门狗芯片，也可由普通芯片实现。MAX692在本文的单片机系统中的具体使用方法和电路原理图如图4.5所示。
