沈阳航空航天大学北方科技学院课程设计论文 人行通道流量监测系统的设计
单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。 2.3 元器件的选择 2.3.1 单片机
目前在市场常见的有PHILIPS、SIEMENS、INTEL、ATMEL等公司生产的100多种型号单片机。这类单片机具有集成度高，性能价格比优越的特点，在工业测量控制领域内获得极为广泛的应用。
在众多的单片机系列中，STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。
STC89C51具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16
图2 单片机STC89C51
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位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外 ，STC89C51可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。STC89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用STC89C51单片机。
2.3.2光电传感器
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 2.3.3 LED数码管
LED是发光二极管的简称，LED有七段和八段之分，也有共阴和共阳两种。 1．LED数码显示管原理
LED数码管结构简单，价格便宜。八段LED显示管有八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d、e、f、g和SP，分别和同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP，其他的和八段LED相同。
八段LED数码显示管原理很简单，是通过同名管脚是所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。例如：若在共阴LED管的SP、g、f、e、d、c、b、a管脚上分别加上7FH控制电平（即：SP上为0伏，不亮；其余为TTL高电平，全亮），则LED显示管显示字形为“8”。7FH是按SP、g、f、e、d、c、b、a顺序排列后的十六进制编码（0为TTL低电平，1为TTL高电平），常称为字形码。因此，LED上所显示字形不同，相应字形码也不一样。八段共阴能显示的字形及相应字形码如表4所列。该表常放在内存，SGTB为表的起始地址，各地址骗移量为相应字形码对表始址的项数。由于“B”和“8”、“D”和“0”字形相同，故“B”和“D”均以小写字母“b”和“d”显示。
LED数码显示管分为共阴和共阳两种。为共阴八段LED管时，所有发光二极管阴极共连后接到引脚G，G脚为控制端，用于控制LED是否点亮。若G脚接地，则 LED被点亮；若G脚TTL高电平，则它被熄灭。
为共阳八段LED数码显示管时，所有发光二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时G脚接+5V，各发光二极管是否点亮取决于a—SP各引脚上是否是低电平0伏。因此，共阴和共阳所需字形码正好相反。 2．MCS-51对LED的显示接口电路
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MCS-51对LED管的显示可以分为静态和动态两种。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流一遍一遍显示各自字符，人们因视觉惰性而看到的是各LED似乎在同时显示不同字形。
3 系统硬件电路的设计
3.1 传感器的工作原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的[1] 。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。
三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 3.2 单片机最小系统设计
图3 单片机最小系统
·P0口： P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访
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问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻
[5]
。
·P1 口： P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I /O 口，P1 的输出缓冲级可驱动 4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（TTL）。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。
·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2 的输出缓冲级可驱动4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR 指令）时，P2口送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器区 R2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。
·P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3口输出缓冲级可驱动4 个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示：
表1 P3口第二功能
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行输入口 串行输出口 外部中断0 外部中断1 计数器0外部输入 计数器1外部输入 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 第 7 页
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P3口同时为闪速编程和编程校验接收一些控制信号
·RST复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的l/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。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。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC 指令ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无 。
·PSEN：程序储存允许（PSEN ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期有两次PSEN ，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有的PSEN信号不出现。
·EA ／VPP 外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA 端状态。 如EA 端为高电平 （接VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。
Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp 。
·XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 ·XTAL2 振荡器反相放大器的输出端。 ·Vcc 电源电压 ·GND 地
2、时钟电路：单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。AT89S51单片机时钟频率范围：0 — 33MHz。
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