单片机电路图详解

单片机：交通灯课程设计（一）目录摘要---------------------------------------------------------11.概述--------------------------------------------------------22.硬件设计-----------------------------------------------------32.1单片机及其外围--------------------------------------------32.1.1单片机的选择-----------------------------------------32.1.2单片机的特点及其应用范围-----------------------------32.1.3存储器的扩展-----------------------------------------42.1.4内存的扩展-------------------------------------------62.1.5MCS-52的I/O接口扩展---------------------------------82.2电路部分--------------------------------------------------112.2.1元器件选用-------------------------------------------112.2.2电路完成功能-----------------------------------------133.软件设计------------------------------------------------------153.1软件概述-------------------------------------------------153.2汇编语言指令说明-----------------------------------------163.3定时/计数器的原理----------------------------------------163.3.1定时/计数器的概述-----------------------------------163.3.28255A片选及各端口地址-------------------------------183.3.3信号控制码------------------------------------------183.3.4工作方式寄存器--------------------------------------193.3.5定时/计数器初值及定时器T0的工作方式----------------203.4MCS-51的中断--------------------------------------------214.总结----------------------------------------------------------26参考文献--------------------------------------------------------27附录1原程序---------------------------------------------------28附录2图-------------------------------------------------------33摘要随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的各种系统也越来越多。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。本次设计为十字路口交通灯控制系统设计,硬件部分它以8031单片机为核心,并在此基础上扩展了程序存储器（EPROM）2764、静态数据存储器（SRAM）6264，利用地址锁存器74LS373扩展I/O并行接口芯片8255A。软件部分它结合定时/计数等知识进行程序编译。关键词:单片机;存储器;扩展;定时/计数器1.概述随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用在不断走向深入。它的应用比定导致传统的控制技术从根本上发生变革。也就是说单片机应用的出现是对传统控制技术的革命。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领路得到了广泛应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。因此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。因此了解单片机知识，掌握单片机的应用技术具有重大的意义。当前,在世界范围内,一个以微电子技术,计算机的通讯技术为先导的,一信息技术及信息产业的信息革命时期。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效地发挥其作用是科学界最热门的话题,也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从计算机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用以控制过往车辆的正常运作。2.硬件设计2.1单片机及其外围2.1.1单片机的选择单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集中成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数和多功能输入/输出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。就其组成而言，一块单片机就是一台计算机。其典型结构如图所示。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，是单片机的主流系列，软硬件应用设计资料丰富齐全。为了提高指令的执行速度和效率，采用了面向控制的结构和指令系统的独立CPU，即选择MSC-51系列中的8031单片机。8031内部包括一个8位CPU、128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位I/O口，一个全双工串行口，2个16位定时器/记数器，但片内无程序存储器，须外扩EPROM芯片。MCS-51系列的引脚均为40只引脚双列直插封装（DIP）40只引脚按其功能来分，可分为3类：（1）电源及时钟引脚:Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。（2）控制引脚：/PSEN、/EA、ALE、RESET（即RST）。（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚。MCS-51存储器的结构采用了哈佛（Har-vard）结构。存储器空间可划分为如下5类：1.程序存储器（8031无内部程序存储器。）2.内部数据存储器3.特殊功能寄存器（SFR-SpecialFunctionRegister）4.位地址空间，211个可寻址位。5.外部数据寄存器，片外可扩展64K字节RAM。2.1.2单片机的特点及其应用范围单片机特点：a)单片机体积小巧、使用灵活、成本低，易于真正产品化。组装各种智能式控制设备和仪器，能做到机电仪一体化。b)面向控制。能有针对性地解决各种从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。c)抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作。这是其它微机集中无法比拟的。d)可以方便的实现多机、分布式的集散控制，使整个控制系统的效率大大地提高。e)单片机应用产品的研制周期短，所开发出来的样机就是以后批量生产的产品，可以避免不必要的二次开发过程。单片机应用：a)工业方面：电机控制，工业机器人，过程控制，智能传感器，机电仪一体化等。b)仪器仪表方面：智能仪器，医疗仪器，色谱仪，示波器等。c)家用电器：高级电子玩具，微波灶，洗衣机，录像机等。d)电讯方面：调制解调器，智能通讯设备等。e)导航与控制方面：导弹控制，鱼雷制导控制，智能武器装置，航天导航系统等。f)数据处理方面：图形终端，彩色与黑白复印机，温式硬盘驱动器，磁带机，打印机等。g)汽车方面：点火控制，变速器控制，防滑刹车，排气控制等。2.1.3存储器的扩展MCS-51单片机片内集成了各种存储器和I/O功能部件，但有时候根据应用系统的功能需求，片内的资源还不能满足需要。8031单片机片内缺少程序存储器（ROM）。存储器的扩展：MCS-51单片机外部存储器结构，采用的是哈佛结构。即程序存储妻的空间和数据存储器的空间是截然分开，分别寻址的结构。系统扩展的首要问题是构造三大系统总线，然后再往系统总线上“挂”存储器芯片或I/O接口芯片，“挂”存储器芯片就是存储器扩展，“挂”I/O接口芯片就是I/O扩展。受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复用。由P0口线兼用。为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般CPU相类似的片外三总线。如图所示：8031P2APEP0PSENWERD地址锁存器A8~A15A0~A7D0~D7地址总线数据总线控制总线图2-1构成图地址锁存器一般采用74LS373。锁存器74LS373带有三态门的8D锁存器，引脚说明：D7～D0:8位数据输入线。Q7～Q0:8位数据输出线。G:数据输入锁存选通信号,。OE:数据输出允许信号。采用74LS373的地址总线的扩展电路如下。1．以P0口作为低8位地址/数据总线。2.以P2口的口线作高位地址线。3.控制信号线。使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。以PSEN*信号作为扩展程序存储器的读选通信号。以EA*信号作为内外程序存储器的选择控制信号。由RD*和WR*信号作为扩展数据存储器和I/O口的读选通、写选通信号。尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口线。优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/O口线很少（仅需3-4根），提高可靠性。常用的存储器地址分配的方法有两种：线性选择法（简称线选法）和地址译码法（简称译码法）。1、线选法直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号。优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低。缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连续，地址不唯一。2、译码法最常用的译码器芯片：74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。完全可根据设计者的要求，产生片选信号。全译码：全部高位地址线都参加译码；部分译码：仅部分高位地址线参加译码。由于线选法具有简单明了，不需另外增加硬件电路的特点。适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统。所以选择线选法扩展存储器。2.2.4内存的扩展程序存储器EPROM的扩展程序存储器一般采用只读存储器，。根据编制程序的方式不同，ROM分为掩膜ROM，可编程ROM（PROM），EPROM，E2ROM，FlashROM等几种。目前EPROM的典型芯片是27系列产品，例如2716（16KB×8）、2732（32KB×8），2764（8KB×8）、27128（16KB×8）、27256（32KB×8）、27512（64KB×8）。这里选择2764（8KB×8）芯片。静态数据存储器的扩展MSC-51单片机的内部有128个字节的RAM。在实际应用中，仅仅靠片内的RAM往往不够用，必须扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态数据存储器（SRAM）和动态数据存储器（DRAM），在单片机应用系统中，外扩的数据存储器都采用静态数据存储器。常见的静态RAM（SRAM）芯片的典型型号有：6116（2KB×8）、6264（8KB×8）、62128（16KB×8）、62256（32KB×8）。它们都用单一+5V电源供电，双列直插封装。这里选择6264（8KB×8），为28引脚封装。EPROM和RAM综合扩展的硬件接口电路设计扩展接口电路如图：图2-2扩展接口电路图1.控制信号及片选信号地址线P2.5直接接到2764和6264）的片选CE端。当P2.6=0，P2.5=1时2764和6264的CE端全为高电平。当P2.6=1，P2.5=0时2764和626