1、天津工程师范学院 业设计（论文）1毕 业 设 计（论文）题 目 交通控制器设计 性 质： 毕业设计 毕业论文学生姓名 班 级 系 别 高职部 专 业 电气技术 指导教师 评定成绩 优 良 中 及格 不及格1 引言天津工程师范学院 业设计（论文）2在日新月异的 21 世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有 CPU 控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间
2、流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。本文设计的交通控制器设计属于小型智能自动化控制系统。利用单片机进行控制，实时时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现数码的显示和声音报警。交通控制器既可广泛应用于铁路与公路的交叉口,也可应用于安排不了人手看管的交叉路口。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。2 系统概述本设计以 AT89S52 单片机为核心，构成单片机控制电路，结合 LM386 芯片，显示 15 秒倒计时，并进行报警，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用数码管显示。软件控制程序
3、实现所有的功能。整机电路使用+5V 稳压电源，可稳定工作。系统框图如图 2-1 所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。图 2-1 系统框图3 方案选择由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。3.1 方案 1基于 AT89S52 单片机的交通控制器的设计不使用时钟芯片，而直接用 AT89S52 单片机来实现电子万年历设计。AT89S52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器
4、可以反复擦写 1000 余次。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。人机接口显示电路软件控制程序电源电路单片机控制电路天津工程师范学院 业设计（论文）3用单片机来实现交通控制器设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。3.2 方案 2基于与非门数字电子的交通控制器设计用电子元器件来搭交通控制器设计，电路较复杂，接点较多，运行不稳定。4 系统硬件电路的设计按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、
5、时钟模块、存储模块、键盘接口模块、显示模块和闹铃模块共 6 个模块组成，电路系统构成框图如图4-1 所示。主控芯片使用 52 系列 AT89S52 单片机，时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片 DS1302，存储模块采用美国ATMEL 公司生产的低功耗 CMOS 串行 EEPROM 存储芯片 AT24C02。DS1302 作为主要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302 可以在很小电流的后备 （2.55.5V 电源，在 2.5V 时耗电小于 300nA）下继续计时，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源
6、基本不耗电。控制器传感器灯指示显示音频放大555 产生的时钟信号时序控制电路15 秒控制电路时间显示电路天津工程师范学院 业设计（论文）4图 4-1 交通控制器设计系统构成框图4.1 系统核心部分闪电存储型器件 AT89S524.1.1 AT89S52 具有下列主要性能 5： 8KB 可改编程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入/擦除周期） 全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288 字节内部 RAM32 条可编程 I/O 线2 个 16 位定时器/计数器6 个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器4.1.2 AT89S52 的引脚及功能AT89S52 单片机的管脚说明如
7、图 4-2 所示。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20 P2.0(A8) 21P2.1(A9) 22P2.2(A10) 23P2.3(A11) 24P2.4(A12) 25P2.5(A13) 26P2.6(A14) 27P2.7(A15) 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7(AD7) 32P0.6(AD6
8、) 33P0.5(AD5) 34P0.4(AD4) 35P0.3(AD3) 36P0.2(AD2) 37P0.1(AD1) 38P0.0(AD0) 39VCC 40图 4-2 AT89S52 的管脚(1) 主要电源引脚VCC 电源端GND 接地端(2) 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。天津工程师范学院 业设计（论文）5XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡
9、器时，此引脚应悬浮不连接。(3) 控制或与其它电源复用引脚 RST、ALE/PROG、/PSEN 和/EA/VPPRST 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG 当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的 1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。在对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG） 6。/PSEN 程
10、序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52/LV52 由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次/PSEN 有效（既输出 2 个脉冲） 。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP 外部访问允许端。要使 CPU 只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH） ，则/EA 端必须保持低电平（接到 GND 端） 。当/EA 端保持高电平（接VSS 端）时，CPU 则执行内部程序存储器中的程序。(4) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和 P3.0P3.7P0 端口
11、（P0.0 P0.7） P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。P1 端口（P1.0 P1.7） P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2 端口 （P2.0P2.7） P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可驱
12、动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3 端口（P3.0P3.7） P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89S52 的一些特殊功能，这些特殊功能见表 4-17。表 4-1 P3 端口的特殊功能天津工程师范学院 业设计（论文
13、）6端口引脚 兼 用 功 能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断 0）P3.3 /INT1 （外部中断 1）P3.4 T0 （ 定时器 0 的外部输入）P3.5 T1 （定时器 1 的外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）4.2 LM386 电路4.2.1 LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位
14、参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在 6V 电源电压下,它的静态功耗仅为 24mW,使得LM386 特别适用于电池供电的场 合。 LM386 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。图 4-3 LM386 管脚图二、特性(Features): 静态功耗低,约为 4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调,20-200。 低失真度。 LM386 电源电压 4-12V，音频功率 0.5w。LM386 音响功放是由 NSC 制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到 15V，消耗静态电流为 4mA，当电源电压为 12V 时，
15、在 8 欧姆的负载情况下，可提供几百 mW 的功率。它的典型输入阻抗为天津工程师范学院 业设计（论文）750K。4.3 报警电路当数码管显示“关”时，闹铃不起作用；当闹铃显示“开”时，设定闹铃时间，闹铃时间只可设定时和分，当前时间不断与设定的闹铃时间比较，不相等时不产生任何现象，一旦相等，P3.5 输出一个高电平使三极管导通，从而使蜂鸣器工作，闹铃起作用。闹铃电路如图 4-12 所示。SPEAKERLS14.7KR3 8050Q1+5VT1图 4-12 报警电路晶振特性如图10 所示，AT89S52 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器， XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输
16、出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入，如图12 所示。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。图11 内部振荡电路连接图 图12 外部振荡电路连接图石英晶振 C1,C2=30PF10PF陶瓷谐振器 C1,C2=40PF10PF天津工程师范学院 业设计（论文）8图10图11 内部振荡电路连接图天津工程师范学院 业设计（论文）9图12 外部振荡电路连接图空闲模式在空闲工作模式下，CPU 处于睡眠状态
17、，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。掉电模式在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAMAT89S5218 和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR 的值
18、，但不改变片上RAM 的值。在V CC未恢复到正常天津工程师范学院 业设计（论文）10工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。表6 空闲模式和掉电模式下的外部引脚状态程序存储器的加密位AT89S52有三个加密位不可编程（U）和可编程获得下表所示的功能。5 结论本设计硬件电路较简单，所用器件较少，电路中使用了 AT89S52 单片机、LM386等芯片,实现了预计功能。在对芯片的管脚功能和用法有充分的了解后，根据设计要求设计硬件电路，包括单片机控制电路、时钟电路、存储电路、键盘扫描电路、显示倒计时电路和报警。然后通过软件编程，实现的目标。参考文献1、数字集成电路应用 300 例，黄继昌等主编。 ，人民邮电出版社
