基于51单片机的智能路灯控制器的设计与实现毕设论文

基于51单片机的智能路灯控制器的设计与实现毕设论文内容摘要：

0、 20）：这当然是必不可少的了。 单片机使用的是 5V 电源，其中 40 引脚接正极（ VCC）， 20引脚接负极（ VSS）或地（ GND）。 振蒎电路（ 1 19）：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接 1 19 脚。 只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图接即可。 这两个脚的定义是： 时钟电路引脚（ XTAL2） 18 脚：该脚接外部晶体和微调电容的一段，在 8051内部，它是振荡电路反相反大器的输出端。 振荡电路的频率就是固有频率。 若采用外部时钟电路，该引脚输入外部脉 冲。 时钟电路引脚（ XTAL1） 19脚：该脚接外部晶体和微调电容的另一端。 在片内，它是反相放大器的输入端。 在采 用外部时钟 时 ，该脚必须接地。 复位引脚（ RESET） （ 9 脚 ） ：它是复位信号输入端，高电平有效，当此脚保持两个机器周期，即 24 个时钟振荡周期为高电平时，即可完成复位操作。 它 还具有第二功能。 即当主电源 VCC 发生故障，降低到低电平规定值时，将 5V电源自动接入 RST 端。 为 单片机提供备用电源。 以保证信息不丢失，电源恢复后，能够正常工作。 EA/VPP 引脚（ 31脚）：访问程序存储器控制信号端（又：外部存储器地址允许输入端 ）。 （ 1） 当 EA 引脚接高电 平 CPU 访问片内 EPROM（ CPU 读取内部程序存储器 ROM〉），并执行内部程序存储器中的指令。 但在程序计数器 PC的值超过 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）时，将自动基于 51单片机智能路灯控制器的设计与实现 10 转向片外程序存储器内的程序。 （ 2） 当 EA 脚接低电平时， CPU 只访问外部 EPROM，并执行外部程序存储器中的指令。 而不管是否有片内程序存储器。 （ 3） 此脚还具有第二功能 VPP：是对 8051 片内固化编程时，作为施加较高编程电压输入端。 即： 8751 烧写内部 EPROM 时，利用此脚输入 21V 的烧写电压。 PSEN（ 29脚）：程序存储器允许输入端（也叫：外部程序存储器读选通信号端）：在读外部 ROM时 PSEN 低电平有效，以实现外部 ROM单元的读操作 （ 4） 内部 ROM 读取时， PSEN 不动作； （ 5） 外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次； （ 6） 外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被跳过不会输出； （ 7） 外接 ROM 时，与 ROM 的 OE 脚相接。 要检查一个 8051 小系统上电后能否正确到 EPROM 中读取指令，可用示波器看PSEN 端有无脉冲，如有，说明基本工作正常。 ALE（ 30脚）：地址锁存控制信号端。 8051 正常工作时， ALE脚不断向外输出正脉冲信号，频率为振荡器频率 fosc 的 六分之一， CPU 访问外部数据存储器时， ALE作为锁存 8 位地址的控制信号。 平时不访问外部存储器时， ALE 也以六分之一的振荡频率固定输出正脉冲。 因而， ALE 信号可以作为对外输出时钟或定时信号。 另外还有四个 8 位并行通讯端口： P0 口： 8位双向 I/O 端口（ 3932 引脚 ）， 即：。 P1口： 8位双向 I/O 端口（ 18 引脚） ，。 P2口： 8位双向 I/O 端口（ 2128 引脚） ，。 P3口： 8位双向 I/O 端口（ 1017 引脚） ，。 P0 口有三个功能：外部扩展存储器当做数据总线 ； 外部扩展存储器 当作地址总线 扩 展时，可做一般的 I/O 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输 出 时应在外部接上拉电阻。 P1 口只做 I/O口使用：其内部有上拉电阻。 P2 口有两个功能：扩展外部存储器时，当作地址总线使用 ； 做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 P3 口有两个功能： 第二章 硬件电路部分分析 11 除了作为 I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。 有内部 EPROM 的单片机芯片（例如 8751），为 写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， 即：编程脉冲： 30 脚（ ALE/PROG）编程电压（ 25V）： 31 脚（ EA/Vpp） 单片机的系统资源列举如下： (1) CPU（即控制器） (2) 运算器 (3) 片内数据存储器（ RAM）：用以存放可以读写的数据。 如运算结果、 最终结果 ， 何欲显示的数据。 (4) 片内程序存储器（ ROM）：用以存放原始程序、数据何表格。 (5) 四个 8位并行输入输出接口： P0P3 (6) 两个定时计数器：每个计数器都可以设置 成计数方式，用以对外部事件进行计数。 也可以设置成定时方式，并可以根据定时或计数结果实现计算机控制。 (7) 五个中断源的中断控制系统。 (8) 一个全双工 UART 的串行 I/O 口，可以实现单片机与单片机或 其他微机系统串行通讯。 (9) 片内振荡器和时钟产生电路。 （ 10） 片内系统总线：包括数据总线、低 8 位地址总线、高 8 位地址总线和控制总线。 下面分别详细讲述： 一、运算器： 运算器的组成：算数逻辑单元 ALU、累加器、寄存器。 算数逻辑单元 ALU 的作用：把传送到处理器的数据进行算数或逻辑运算， 他具有两个输入来源，一来自累加器，二来自数据寄存器。 ALU 执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所决定的。 通常 ALU 接收来自累加器或寄存器的 2 组 8 位二进制数。 因为要对要对这两个输入的数据进行操作（如，数据进行算数或逻辑运算），所以将这两个输入的数据均称为操作数。 ALU 可以对这两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。 例如： 12 和 31 相加，在相加之前，操作数 12 放在一个暂存器（累加器或寄存器）基于 51单片机智能路灯控制器的设计与实现 12 中，操作数 31 放在另一个暂存器（累加器或寄存器）中。 执行两数相加运算的控制线发出加操作信 号， ALU 即把两个数相加，并把结果 43 放入累加器，取代累加器中前面存放的数。 （ 12 或 31）。 二、控制器： 它由程序计数器 PC、指令寄存器、指令译码器、时序产生器、操作控制器组成。 1． 时序产生器：控制器是发布命令的决策机构，即协调和指挥整个计算机系统操作。 控制器电路复杂。 控制器内部各部分要协调工作，必须有一个同步信号，这个同步信号就是时钟，时钟是由晶体振荡电路产生的周期固定的方波序列。 2． 操作控制器的主要功能： （ 1） 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。 （ 2）对指令进行译码或测试 ，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 比如一次内存读写操作、一个逻辑运算或输入输出。 指挥并控制 CPU，内存和输入设备之间的数据流动的方向。 相对控制器而言，运算器接收控制器的命令而进行操作，即，运算器所进行的所有操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。 （ 3） 指令寄存器：用来保存当前正在执行的一条指令，当执行一条指令时，先把它从内存中取出，然后再传送到指令寄存器。 （ 4） 指令译码器：指令分为操作码和操作数字段，由二进制数字组成，为执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。 指令译码器就是负责这项工作的，指令寄存器中操作码的输出，就是指令译码器的输入。 操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。 （ 5） 程序计数器 PC:为了保证程序能够连续的执行下去， CPU 必须具有某些手段来确定一条 指令的地址。 程序计数器 PC 正是起到这个作用。 所以通常又称其为指令地址计数器。 在程序开始执行之前，必须将其起始地址，即程序的第一条指令所在的内存中的单元地址送人 PC，当执行指令时， CPU 将自动修改 PC 中的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。 由于大多数指令都是按顺序执行得，所以 ，修改的过程只是简单的加一操作。 和 MCS51 系列单片机一样， AT89系列也是 51 家族的成员，它们都是基于 8051 内核而发展起来的。 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 / 第二章 硬件电路部分分析 13 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，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 图 8051 内部结构示意图 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、 P 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，该串基于 51单片机智能路灯控制器的设计与实现 14 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 8051 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 8051 的引脚说明 8051 系列单片机中的 803 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： 8051 的引脚说明： 8051 系列单片机中的 803 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： 第二章 硬件电路部分分析 15 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 /。