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1、0第一章 微控制器应用系统综合课程设计的目的意义1.1 设计目的自动化工程训练是为自动化专业开设的课程设计教学环节，其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，是通过设计以微控制器为核心的单片机检测系统，加深学生对微控制器技术的了解，进一步掌握其程序设计与硬件接口技术。本课程的主要任务是运用所学微控制器技术、微机原理等方面的知识，设计出一台以 80C32MCU 为核心的单片机数据采集、通讯或测控系统，完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。1.2 课程设计的基本要求本课程设计涉及微控制器技术课程的基本概念和理论，主要要求学生掌握微控制器的指令系统、中断技
2、术、总线扩展、模拟与数字 I/O 接口技术与通讯技术等，重点是培养学生掌握微控制器在自动化测控应用系统中的设计与开发方法。课程设计的基本要求如下：1掌握单片微控制器硬件结构和工作原理、中断与定时系统、嵌入式应用、现场总线等基本概念和原理；2熟悉 8/16 位单片微控制器（8X51/196 系列）的主要功能单元和指令系统；3熟悉测控网络中嵌入式微控制器的应用和现场总线应用技术。4利用微控制器的接口技术进行简单的测控及自动化应用系统设计；5每人提交系统设计报告一份，现场演示验收设计系统。1第二章 交通信号灯实时控制系统设计任务2.1 设计内容及要求本课题是设计制作一个交通信号灯实时控制系统。在一个
3、十字路口的一条主干道和一条支干道上分别装上一套红、黄、绿3 种信号灯：用按键开关模拟十字路口的车辆检测传感器信号。在一般情况下，主干道上的绿灯常亮，而支干道总是红灯。当检测到支干道上来车时（用按键开关模拟） ，主干道的绿灯转为黄灯，持续 4S 后，又变为红灯，同时支干道由红灯变为绿灯。支干道绿灯亮后，或者检测到主干道上来了 3 辆（用 3 个按键开关模拟） ，或者虽未来 3 辆车，但支干道绿灯已经持续了 25s，则支干道立即变为黄灯，4s后转为红灯，同时主干道由红灯变为绿灯。在液晶屏上模拟显示道路通行情况。设计要求：设计出电路原理图，说明工作原理，编写程序及程序流程图2.2 课程设计的要求运用
4、 8032 单片机及其外围芯片，达到设计所要求的效果。2第三章 总体设计方案3.1 设计思想本设计主要用到 8032 单片机、定时器、红黄绿灯各两个、LCD 显示屏一块、开关两个以及导线若干。设计中，我将 P1 口作为输出，用以控制六个 LED 灯的亮或者灭。P3 口作为输出，其中 P3.3 用于模拟支干道来的车辆，P3.2 用于模拟主干道来的车辆。当程序运行后，初始状态为主干道通行，即主干道绿灯常亮，支干道亮红灯。LCD 显示屏显示主干道通行。如下图 3.1 所示：主干道信号灯 支干道信号灯主 干 道红 黄 绿 红 黄 绿L6 L5 L4 L3 L2 L1 LCD 显示屏图 3.1当检测到支
5、干道上来车，即 P3.3=1 后，道路通行状态改变，主干道亮黄灯，支干道亮红灯，为等待通行状态。LCD 显示屏显示等待状态。图下图 3.2所示：主干道信号灯 支干道信号灯等 待 红 黄 绿 红 黄 绿L6 L5 L4 L3 L2 L1 LCD 显示屏图 3.24 秒钟后，支干道通行，即主干道亮红灯，支干道亮绿灯。LCD 显示屏显示支干道通行。如下图 3.3 所示：3主干道信号灯 支干道信号灯 支干红 黄 绿 红 黄 绿 道L6 L5 L4 L3 L2 L1 LCD 显示屏图 3.3 在这个状态下，如果在 25 秒内主干道来的车少于 3 辆，则支干道通行状态保持不变。如果在 25 秒内主干道来了
6、 3 辆车，则马上转变通行状态，主干道亮红灯，支干道亮绿灯，为等待通行状态。LCD 显示等待通行状态。如下图 3.4 所示：主干道信号灯 支干道信号灯等 待 红 黄 绿 红 黄 绿L6 L5 L4 L3 L2 L1 LCD 显示屏图 3.44 秒钟后，返回初始状态:主干道通行。如图 3.1 所示。表 3.1 P1 口数值及其所对应的状态P1 口值 14H 0CH 22H 21HLED 灯 主干道绿灯支干道红灯主干道黄灯支干道红灯主干道红灯支干道绿灯主干道红灯支干道黄灯LCD 显示 主干道通行 等待 支干道通行 等待43.2 总体设计流程图Y N NYYNNN YY图 3.5主程序显示初始状态：
7、主干道绿灯，支干道红灯LCD 显示子程序：显示主干道通行P3.3=1？主干道黄灯，支干道红灯LCD 显示子程序：显示支干道通行定时器 4S？主干道红灯支干道绿灯LCD 显示子程序：显示等待定时器 25S？按三下 P3.2？主干道红灯支干道黄灯LCD 显示子程序：显示等待定时器 4S？返回5第四章 硬件设计4.1 硬件设计概要1. DVCC 系列实验系统状态1.DVCC 系列实验系统应设置为 51 状态对 DVCC-598H 机型：aSKI 位 1-5 置 ON，位 6-10 置 OFF，为 CPU 工作在 51 系统；bSK2 位 1-2 置 ON，串行口为 51 监控系统用；cSK3 位 1
8、-10 置 ON，为 CPU 总线切换开关工作在 51 系统；dSK4、SK5 置 OFF，为 CPU 总线切换开关工作在 51 系统；e卧式 KBB 置 51,96 位置（在主机的左中偏上） ，立式 KBB 开关置 51,88位置（在 DVCC 的键盘上方） ，为工作在 51 系统；f短路块 DLl 一 DL4 的位 1-2 相连，为 51 工作状态；2. 如果系统用于仿真外接用户系统，将 40 芯仿真电缆一头插入系统中 J6插座，另一头插人用户系统的 8051 CPU 位置，注意插人方向，仿真头上小红点表示第一脚，对应用户 8051 CPU 第一脚。3. 接上+5V 电源，将随机配备的 2
9、 芯电源线，红线接人外置电源的+5V 插孔，黑线接人外置电源地插座。上电后，DVCC 系列实验系统上显示“P.”闪动。2. DVCC 实验系统的启动上电后，实验系统应显示闪动的“P” ，否则按 RESET 按钮，如再无显示，立即关掉电源，仔细检查后再试，待系统正常启动后，它有两种运行模式：其一为独立运行模式；其二为串行模式。1独立运行模式如果是独立运行，按单片机实验指导书的第五章键盘监控命令简介进人键盘管理监控，就能马上做实验。该模式下人机通过键盘显示相互交流信息，运行调试程序，详细操作见第五章单片机仿真实验系统键盘监控命令简介。2串行运行模式6该模式下在 Win9XNT 软件的支持下，人机通
10、过上位机的键盘显示相互交流信息，运行调试程序。如果连上位机工作，必须将随机配备的 D 型 9 芯插头一端插人 DVCC 系统 J2 插座，另一端插人上位机串行口 COM1COM2 任选。然后按 DVCC 实验系统 PCDBG 键，再运行上位机上的 DVCC 联机软件，双方建立通信。4.2 所用到的芯片及其各自功能说明4.2.1 芯片列表交通信号灯实时控制系统所用到的芯片有：80C32、8253A 以及 LCD 显示屏。4.2.2 80C32 的功能简介7图 4.1 80C32 的引脚功能图 80C32 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中基本的产品，它采用 INTEL 公司可靠的
11、CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的HCMOS 产品。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，标准的 MCS-51 单片机体系结构和指令系统。80C32 内置 8 位中央处理单元、256 字节内部数据存储器 RAM、32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。但 80C32 片内并无程序存储器，需外接 ROM。此外，80C32 还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统
12、维持其功能。掉电模8式下，保存 RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C32 有PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。主要功能特性： 标准 MCS-51 内核和指令系统 外部程序存储器 ROM 地址空间 64kB 32 个可编程双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM(可扩充 64kB 外部存储器) 3 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 3.5-12MHz 5 个中断源 5.0V 工作电压 全双工串行通信口 布尔处理器 2 层优先级中断结构 兼容 TTL 和 CMOS 逻辑电平 PDIP(40)和 PLCC(44)封装形式 空闲和掉电节
13、省模式4.2.3 8253A 的功能简介8253 由以下几个部分组成：(1) 数据总线缓冲器(8位、三态、双向)；(2) 读/写控制逻辑；CS：片选信号，低电平有效；RD：读信号，低电平有效；WR：写信号，低电平有效A1A0：端口选择信号(3) 三个通道( 0 2)；(4) 一个控制寄存器；当 A1A0分别为00 01 10 11时分别选中三个通道和控制字寄存器在8088系统中，8088的 A1A0分别与8253的 A1A0相连在8086系统中，通常将8253的8位数据线与98086的低8位相连，即使用偶地址，所以8086的 A2A1分别与8253的 A1A0相连Intel 8253是一片具有
14、三个独立的16位计数器通道的可编程定时器/计数器芯片。每个通道都可以编程设定6种工作方式之一种；由于8253的读/写操作对系统时钟没有特殊的要求，因此它几乎可以应用与由任何一种微处理器组成的系统中，可作为可编程的方波频率发生器、分频器、实时时钟、事件计数器和单脉冲发生器等。计数器(0 2)即三个计数器/定时器通道。每个通道包括：8位控制字寄存器、16位计数初值寄存器、减一计数器和输出锁存器。作定时器用：其 CLK 端上的输入脉冲应是标准的、精确的；作计数器用：对其 CLK 端上的脉冲计数，脉冲宽度可以不等。采用减一计数器，为0时，从 OUT 端上输出一个脉冲定时时间 = 时钟脉冲周期 X 预置
15、的计数初值图 4.24.2.4 LCD 的功能简介LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。液晶显示模块的结构特点：10内藏 T6963C 的液晶显示模块上已经实现了 T6963C 与行、列驱动器及显示缓冲区 RAM 的接口，同时也已用硬件设置了液晶屏的结构(单、双屏)，数据传输方式，显示窗口长度、宽度等等。我们常用的液晶显示模块一般都是单屏结构，因此我们这里只讨论单屏结构的液晶显示模块。内藏 T6963C 的单屏结构点阵图形液晶显示模块的方框图如下：图 4.3 内藏 T6963C 的单屏结构液晶显示模块的方
