基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、i 基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制器的設(shè)計(jì) thethe designdesign ofof traffictraffic lightslightsanaloganalog controllercontroller basedbased onon single-chipsingle-chip microcomputermicrocomputer ii 摘要摘要 隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對(duì)于日常交通便利的要求在不斷地提高。交 通信號(hào)燈已不僅僅被看成一種用來指揮交通的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要 能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)

2、代交通信號(hào)燈 發(fā)展的趨勢(shì)。本課題設(shè)計(jì)正是基于這個(gè)方向設(shè)計(jì)一個(gè)符合指標(biāo)要求的模擬交通信 號(hào)燈控制器。 單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是 51 系列的單片機(jī)，由于其 使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)上占有很大的份額。at89s51 就是 51 系列中 的一個(gè)比較成熟的型號(hào)，它完全兼容 51 單片機(jī)的指令。 本課題設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片 at89s51 作為核心控制器， 通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)出的一個(gè)模擬交通信號(hào)燈控制系 統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括了按鍵控制電路、定時(shí)控制電路、顯示電路等幾部分的組成。 設(shè)計(jì)以硬件和軟件相結(jié)合為指導(dǎo)思想，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大部分

3、功能，電路 簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。主要硬件有：at89s51 單片機(jī)、16*16 點(diǎn)陣式 led 顯 示屏、七段數(shù)碼管、led 和按鍵等。軟件采用匯編語言編寫實(shí)現(xiàn)，并依據(jù)程序應(yīng) 用 keil 軟件進(jìn)行了仿真調(diào)試，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和反復(fù)修改，最終得到正 確并符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。 設(shè)計(jì)完成的模擬交通信號(hào)燈控制器能夠準(zhǔn)確指揮交通，并具有人工控制功能， 實(shí)現(xiàn)了人工智能一體化。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制精確、體積小、功耗低，具有很強(qiáng)的實(shí) 用性。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：at89s51；led 顯示；交通燈 iii abstract has analyzed the modern municipal transport

4、ation control and the management question present situation, unified the city and countryside transportation the actual situation to elaborate the traffic light control system principle of work, has produced one kind of simple practical city traffic light control system hardware circuit design plan.

5、 along with the social economy development, the municipal transportation question more and more arouses peoples interest. the person ，the vehicle, the road three relations coordinations, have become one of important questions which the traffic control department needs to solve. the municipal transpo

6、rtation control system is uses in the computer synthesis management system management system which the municipal transportation data monitor, the street-traffic control lights control and the transportation unblocks, it is in the modern municipal transportation monitoring command system the most imp

7、ortant constituent. along with the city vehicle quantity unceasing increase, many big cities like beijing, shanghai, nanjing and so on had the transportation excess load movement situation, therefore, from the80s later periods, these cities constructs the city speed-way in abundance, completes the i

8、nitial period in the speed-way construction ,they also once effectively improved the transportation condition. however, and lacks along with the volume of traffic fast growth to the speed-way system research and the control, the speed-way not fully plays the anticipated role. but city speed-way in s

9、tructure charact eristic, also had decided the city speed-way transportation condition inevitably receives the speed-way and the ordinary path coupling place transportation condition restriction. therefore, how uses the appropriate control method, maximum limit uses the good consumption large amount

10、 of money construction the city speed- way, alleviates branch with ramp , the city supports with the peripheral locality transportation stops up the condition, more and more becomes the main question which the transportation management and the urban planning department urgently awaits to be solved.

11、there fore, applied the knowledge through me which studied to design a set of traffic lights control circuit plan.the traffic light control system mainly by the timing circuit, the host controls the electric circuit, the signal light switch, the pulse signal generating devices composed. key word: th

12、e at89s51;led show;transportation light i 目錄目錄 第第 1 1 章章 緒論緒論.1 1 1.1 引言 .1 1.2 課題研究的背景 .1 1.2.1 單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展 .1 1.2.2 led 技術(shù)的應(yīng)用.2 1.2.3 交通信號(hào)燈的發(fā)展 .4 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 .5 1.4 課題研究的目的及意義 .6 第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).7 7 2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .7 2.2 硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識(shí) .7 2.2.1 at89s51 芯片簡(jiǎn)介 .8 2.2.2 8255 芯片簡(jiǎn)介.10 2.2.3 74ls164

13、 芯片簡(jiǎn)介.11 2.2.4 74ls273 芯片簡(jiǎn)介.13 第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).1414 3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .14 3.1.1 at89s51 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì).14 3.2 按鍵控制電路設(shè)計(jì) .15 3.3 led 顯示電路設(shè)計(jì) .16 3.3.1 led 結(jié)構(gòu)和參數(shù).16 3.3.2 led 器件的恒流驅(qū)動(dòng)方式.17 3.3.3 led 器件的脈沖驅(qū)動(dòng)方式.18 3.3.4 點(diǎn)陣式 led 顯示屏 .18 3.4 以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì) .19 3.5 電源設(shè)計(jì) .21 ii 第第 4 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).2323 4.

14、1 單片機(jī)開發(fā)流程 .23 4.2 keil uvision2 軟件的仿真調(diào)試.23 4.2.1 keil 的介紹.23 4.2.2 keil uvision2 軟件的操作.24 4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程 .24 4.3.1 定時(shí)電路設(shè)計(jì) .26 4.3.2 倒計(jì)時(shí)電路流程圖設(shè)計(jì) .28 4.3.3 按鍵電路流程圖設(shè)計(jì) .29 4.3.4 圖形顯示電路和字形顯示電路流程圖設(shè)計(jì) .29 4.4 工作原理分析 .30 第第 5 5 章章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望.3232 5.1 總結(jié) .32 5.2 系統(tǒng)主要特點(diǎn) .33 5.3 展望 .33 結(jié)論結(jié)論.3434 致謝致謝.353

15、5 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3636 附錄一附錄一 控制源程序清單控制源程序清單.3737 附錄二附錄二 電路原理圖電路原理圖.4343 1 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 引言引言 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異、不斷發(fā)展，自動(dòng)化、智能化、功能多樣化越 來越成為電氣控制的主流。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)系統(tǒng)逐漸應(yīng)用 在更加廣泛的領(lǐng)域， “ 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)”就是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。 我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車輛的增多，交通擁擠問題日益嚴(yán)重。在不斷拓寬交通道 路以及修建新的交通要道的同時(shí)，交通信號(hào)燈的用途變得更加明顯。我們也應(yīng)當(dāng) 適當(dāng)?shù)馗纳菩盘?hào)燈的功能，使其日益完善，滿足現(xiàn)在交

16、通的要求。 在以往的交通信號(hào)燈中，東西南北方向的通行時(shí)間是固定的，不論路上的車 輛是多是少。現(xiàn)在為了使交通更加流暢，更有秩序，我們可以在以往得基礎(chǔ)上， 加上按鍵，用以控制突發(fā)事件和交通擁擠等。基于以上考慮，我們提出了這個(gè)課 題要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)，并模擬和仿真。 1.21.2 課題研究的背景課題研究的背景 1.2.1 單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展 單片機(jī)自 1976 年由 intel 公司推出 mcs-48 開始，迄今已有三十多年了，由 于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉 等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、

17、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自 動(dòng)化、汽車電子、pc 機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。 單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程 序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種 是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序 存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。1 20 世紀(jì) 80 年代中期以后，intel 公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把 8051 內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn) 讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如 atmel、philips、analog、devices、dallas 等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是

18、mcs-51 系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與 mcs-51 指令 系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與 8051 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同， 2 采用 cmos 工藝，因而，常用 80c51 系列來稱呼所有具有 8051 指令系統(tǒng)的單片機(jī)， 它們對(duì) 8051 單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。其功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)， 不該把它們直接稱呼為 mcs-51 系列單片機(jī)，因?yàn)?mcs 只是 intel 公司專用的單 片機(jī)系列型號(hào)。mcs-51 系列及 80c51 單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng) 相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的 mcs-51 系列單片機(jī)及其兼 容產(chǎn)品通常分成以

19、下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超 8 位型、片 內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。 目前單片機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機(jī) 制成的電子時(shí)鐘具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，功耗低的優(yōu)點(diǎn)。從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高 速，強(qiáng)運(yùn)算能力，尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了應(yīng)用 系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過來對(duì)單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片 機(jī)的發(fā)展。單片機(jī)正向著功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低，輻射更小的方向發(fā)展。 隨著集成度的不斷提高，把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條 件。這也是單片機(jī)以

20、后發(fā)展的重要趨勢(shì)。除了一般必須具有的 rom、ram、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機(jī)檔次的提高，以適應(yīng)檢測(cè)、控制功能更高的 要求，片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復(fù)位電路、wdt、a/d 轉(zhuǎn)換器、dma 控 制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、crt 控制 器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等。 從單片機(jī)近年的發(fā)展趨勢(shì)來看，單片機(jī)正朝著多層次用戶、多品種、多規(guī)格、 高性能方向發(fā)展，現(xiàn)在許多公司根據(jù)市場(chǎng)的要求不失時(shí)機(jī)的研制并推出各種優(yōu)秀 的單片機(jī)。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、軍工產(chǎn)品和一些高級(jí)家用電器等領(lǐng)域，需要高性能 單片機(jī)，以滿足其功能、速度、可靠性方面的特殊要求。這些單片機(jī)的高性能主

21、要體現(xiàn)在 cpu 功能加強(qiáng)，內(nèi)部資源增加，尋址范圍增大。而簡(jiǎn)單的家用電器、智 能玩具、儀表儀器、智能 ic 卡等對(duì)單片機(jī)功能要求不高。那些小型、低耗能、 廉價(jià)的單片機(jī)就具有明顯的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)需求，它們也將是未來市場(chǎng)的重要角色， 有著廣闊的應(yīng)用前景。1 155 1.2.2 led 技術(shù)的應(yīng)用 道路交通信號(hào)燈（以下簡(jiǎn)稱信號(hào)燈）的光源幾經(jīng)變遷，從最初易發(fā)生爆炸的 煤氣燈發(fā)展到穩(wěn)定、安全的白熾燈、鹵鎢燈，如今發(fā)光二極管（led）得到了廣 泛應(yīng)用。白熾燈和鹵鎢燈光源信號(hào)燈的特點(diǎn)是發(fā)光穩(wěn)定、均勻，但是存在能耗高、 3 壽命低、易產(chǎn)生幻像信號(hào)顯示、色片易褪色等缺陷。而高亮度、低能耗 led 在信 號(hào)燈上的應(yīng)用

22、，給信號(hào)燈產(chǎn)品帶來革命性的變化。 led 之所以能夠在信號(hào)燈中得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)?led 具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、單色光，具有發(fā)散角。 led 發(fā)出的光是單色光，因而不需要用色片來產(chǎn)生紅、黃、綠的信號(hào)顏色； led 發(fā)出的光具有方向性，并有一定的發(fā)散角，由此可以屏棄傳統(tǒng)信號(hào)燈中使用 的非球面反光鏡。led 的這個(gè)特點(diǎn)解決了傳統(tǒng)信號(hào)燈存在的幻像（俗稱假顯示） 和色片褪色問題，提高了光效。 2、冷光源，能耗低。 led 是一種冷光源，其顯著的特點(diǎn)之一就是能耗低，這對(duì)燈具的應(yīng)用而言是 很有意義的。led 光源的信號(hào)燈單個(gè)發(fā)光單元的視在功率一般在 12va25va 之間， 白熾燈泡光源的信號(hào)燈單個(gè)發(fā)光單

23、元的功率一般在 80w100w 之間，低壓鹵鎢燈 泡光源的信號(hào)燈單個(gè)發(fā)光單元的視在功率一般在 40va60va 之間。由此可見 led 光源在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。 3、可靠性好，壽命長(zhǎng)。 信號(hào)燈的工作環(huán)境相對(duì)比較惡劣，嚴(yán)寒酷暑、日曬雨淋，因而對(duì)燈具的可靠 性要求較高。一般信號(hào)燈用白熾燈泡的平均壽命是 1 000h，低壓鹵鎢燈泡的平均 壽命是 2 000h，由此而產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用很高。目前，我國(guó) led 信號(hào)燈使用時(shí)間最 長(zhǎng)的已超過 5 年，led 未有損壞。單管 led 的理論壽命為 100 000h，由此推斷 led 信號(hào)燈的實(shí)際使用壽命大于 50 000h。 4、存在的一些問題。 國(guó)

24、家標(biāo)準(zhǔn) gb148872003道路交通信號(hào)燈實(shí)施以來，在產(chǎn)品的應(yīng)用和測(cè) 試中發(fā)現(xiàn)，led 信號(hào)燈存在如下問題： （1）大多數(shù) led 生產(chǎn)企業(yè)缺乏降低或消除幻像信號(hào)的技術(shù)手段。 （2）許多小企業(yè)沒有光學(xué)設(shè)計(jì)能力，led 信號(hào)燈的光強(qiáng)發(fā)布不均勻。 （3） led 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)粗糙，功率因數(shù)偏低。 （4）常年使用后，led 輸出光強(qiáng)急劇下降。 （5）部分企業(yè)使用低檔的 led，使得信號(hào)燈的品質(zhì)下降。 （6）長(zhǎng)時(shí)間使用后，信號(hào)燈的塑料殼體和塑料透光面老化，使得信號(hào)模糊、 外殼防護(hù)等級(jí)下降。 這幾年 led 的技術(shù)發(fā)展非常快，為 led 信號(hào)燈技術(shù)的提高提供了很好的基礎(chǔ)。 以目前的狀況看，led 信號(hào)

25、燈的發(fā)展有以下幾方面的趨勢(shì)： 4 1、大功率 led 的應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)是大幅減少 led 的數(shù)量，需要解決的問題是散 熱和成本。 2、led 信號(hào)燈的光強(qiáng)指標(biāo)、電學(xué)指標(biāo)和電磁兼容要求將逐步提高，led 信號(hào) 燈的光學(xué)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)將進(jìn)一步優(yōu)化，并成為信號(hào)燈設(shè)計(jì)的主流。 3、 隨著節(jié)能、環(huán)保要求的提高，led 與太陽(yáng)能結(jié)合的信號(hào)燈將普及，但需 解決與交通信號(hào)控制機(jī)的配合問題。6 688 1.2.3 交通信號(hào)燈的發(fā)展 信號(hào)燈是交通安全產(chǎn)品中的一個(gè)類別，是為了加強(qiáng)道路交通管理，減少交 通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十 字、丁字等交叉路口，由道路交通信號(hào)控制機(jī)控制，指導(dǎo)

26、車輛和行人安全有序 地通行。 交通信號(hào)燈的種類有 :機(jī)動(dòng)車道信號(hào)燈 ：人行橫道信號(hào)燈 、非機(jī)動(dòng)車道信 號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈 、移動(dòng)式交通信號(hào)燈 、太陽(yáng)能閃光警告信號(hào)燈 、收費(fèi) 站天棚信號(hào)燈 。 城市路口交通信號(hào)控制系統(tǒng)大體上分為三種類型：定周期的信號(hào)機(jī)、多時(shí)段 且具有無電纜協(xié)調(diào)功能的微電腦型信號(hào)機(jī)以及聯(lián)網(wǎng)式自適應(yīng)多相位智能型信號(hào)機(jī)。 道路交通信號(hào)燈（以下簡(jiǎn)稱信號(hào)燈）的光源幾經(jīng)變遷，從最初易發(fā)生爆炸的 煤氣燈發(fā)展到穩(wěn)定、安全的白熾燈、鹵鎢燈，如今發(fā)光二極管（led）得到了廣 泛應(yīng)用。白熾燈和鹵鎢燈光源信號(hào)燈的特點(diǎn)是發(fā)光穩(wěn)定、均勻，但是存在能耗高、 壽命低、易產(chǎn)生幻像信號(hào)顯示、色片易褪色等缺陷。而

27、高亮度、低能耗 led 在信 號(hào)燈上的應(yīng)用，給信號(hào)燈產(chǎn)品帶來革命性的變化。 隨之道路交通信號(hào)燈在我國(guó)的應(yīng)用也有幾十年了，作為重要的道路交通安全 產(chǎn)品，道路交通信號(hào)燈為保障道路交通安全暢通、有序發(fā)揮了重要作用。近年來， 新材料、新技術(shù)在道路交通領(lǐng)域不斷得到應(yīng)用， 發(fā)光二極管（led）在道路交通 領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用更是有目共睹。led 主要應(yīng)用在道路交通信號(hào)燈、交通誘導(dǎo)信息 顯示屏、可變交通標(biāo)志、倒計(jì)時(shí)顯示器和各種警告、警示燈具等交通安全產(chǎn)品上。 1999 年我國(guó)部分城市開始試用 led 光源的道路交通信號(hào)燈，目前，國(guó)內(nèi)許多大、 中城市已大規(guī)模應(yīng)用 led 光源的道路交通信號(hào)燈。9 91111 5 1

28、.31.3 課題研究的主要內(nèi)容課題研究的主要內(nèi)容 該控制器能實(shí)現(xiàn)城市“十字”路口正常情況下以及特殊情況和緊急情況下交 通信號(hào)燈的模擬控制。 1、在十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠三種信號(hào)燈，正常情況下，東西 (a 線)、南北(b 線)方向輪流放行。當(dāng)東西方向(a 線)放行、南北方向(b 線)禁行 時(shí)，東西方向(a 線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，南北方向(b 線)紅燈亮 30 秒；當(dāng)南北方向(b 線)放行、東西方向(a 線)禁行時(shí)，南北方向(b 線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈閃爍 5 秒，東西方向(a 線)紅燈亮 30 秒。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)交通燈定 時(shí)控制，其示意圖如圖 1.1 所示。

29、 圖 1.1 交通燈布置示意圖 2、特殊情況控制通行方式控制，用按鍵開關(guān) k1 控制 a 道通行，b 道禁行， k2 控制 b 道通行，a 道禁行，特殊情況控制通行放行； 3、有緊急情況時(shí)用按鍵開關(guān) k0 控制兩道均為紅燈,以便急救車通過，急救 車的通行時(shí)間為 10 秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)； 4、兩位 led 數(shù)碼管能夠顯示行人通行與等待的時(shí)間（以秒單位作減計(jì)數(shù)） ； 5、1616 點(diǎn)陣式 led 能夠顯示行人“禁止通行”與“允許通行”的圖案。 北 西東 南 6 1.41.4 課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義 交通信號(hào)燈，自從它被發(fā)明的那天起，就成為人們生活中必不可少的一種

30、工 具，尤其是現(xiàn)在這個(gè)講究效率的年代，交通信號(hào)燈更是在人類交通、生活、生產(chǎn)、 工作等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而隨著時(shí)間的推移，人們不僅對(duì)交通信號(hào)燈 精度的要求越來越高，而且對(duì)交通信號(hào)燈功能的要求也越來越多，交通信號(hào)燈已 不僅僅是一種用來指揮交通的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它 的功能。 怎樣讓交通信號(hào)燈更好的為我們服務(wù)？怎樣讓交通信號(hào)燈更符合實(shí)際應(yīng)用的 需求？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型交通信號(hào)燈，不斷設(shè)計(jì)出適合實(shí)際應(yīng)用的多 功能交通信號(hào)燈。本畢業(yè)設(shè)計(jì)方案正是根據(jù)以上所述并結(jié)合日常生活中對(duì)交通信 號(hào)燈功能需求的分析，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合 led 顯示器的框架下實(shí)現(xiàn)交通信號(hào) 燈的顯

31、示，設(shè)計(jì)出的一個(gè)適合日常生活需要的交通信號(hào)燈。其研究的意義在于： 1、為設(shè)計(jì)小型的單片機(jī)十字路口交通信號(hào)燈提供了有用的參考，為進(jìn)一步 的研究提供了有效的途徑。 2、拓展了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了新的思路。 3、對(duì)于研究單片機(jī)十字路口交通信號(hào)燈及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意 義。 4、通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能更進(jìn)一步熟悉單片機(jī)編程和控制電路的設(shè)計(jì)原理， 對(duì)提高大學(xué)生的科研能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及豐富大學(xué)生課外生活具有重要意義。 7 第第 2 2 章章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.12.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中采用 at89s51 控制芯片，以單片機(jī)為控制核

32、心，單片機(jī)從中讀取 數(shù)據(jù)送到顯示器上顯示，由定時(shí)電路、按鍵控制電路和顯示電路（兩位 led 數(shù)碼 管顯示倒記時(shí)，4 組紅、黃、綠發(fā)光二極管模擬交通信號(hào)燈和 16*16 點(diǎn)陣顯式 led 顯示行人通行與禁止）等組成。此系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔，將復(fù)雜的硬件功能用軟件 實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本設(shè)計(jì)的基本要求和擴(kuò)展要求。系統(tǒng)方 框圖見圖 2.1。 按鍵控制電路 定時(shí)控制電路 單 片 機(jī) 倒計(jì)時(shí)顯示 紅、黃、綠信號(hào)燈顯示 16*16 點(diǎn)陣式 led 顯示 圖 2.1 交通信號(hào)燈硬件系統(tǒng)總體框圖 2.22.2 硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識(shí)硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識(shí) 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)首先需要確定使用什么類型的 cpu 和

33、信號(hào)燈。 cpu 對(duì)系統(tǒng)的整體功能、開發(fā)難度和價(jià)格都起主導(dǎo)作用，所以在硬件開發(fā)中 應(yīng)該首先確定 cpu，然后再依據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)周邊電路。本設(shè)對(duì) cpu 的性能要求 不高，所以選擇一款價(jià)格適中、功能一般的 51 系列單片機(jī)at89s51。 交通信號(hào)燈中，要求信號(hào)燈的穿透性要好，可控性強(qiáng)，能耗低，使用壽命長(zhǎng)， 因此，我們可以選擇 led（發(fā)光二極管） ，七段數(shù)碼管和 16*16 點(diǎn)陣式 led（16*16 點(diǎn)陣式 led 是由四塊 8*8 點(diǎn)陣式 led 組成）構(gòu)成系統(tǒng)中的顯示電路。 8 對(duì)于 16*16 點(diǎn)陣式 led,我們采用 8255 芯片外部擴(kuò)展。此外，顯示模塊使用到了 74hc164，7

34、4hc273 等芯片，根據(jù)它們的物理結(jié)構(gòu)及功能，組成了 led 顯示屏的顯 示部分。 2.2.1 at89s51 芯片簡(jiǎn)介 at89s51 是一個(gè)低功耗，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲(chǔ) 器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51 可為許多嵌入式控 制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

35、 at89s51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳，4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ ram） ，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（i/o） 口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全 雙工串行通信口，看門狗（ wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，at89s51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， cpu 暫停工作，而 ram 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模 式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件 復(fù)位。同時(shí)

36、該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同 產(chǎn)品的需求。 1主要特性： 8031 cpu 與 mcs-51 兼容 4k 字節(jié)可編程 flash 存儲(chǔ)器(壽命：1000 寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作： 0hz-24khz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8 位內(nèi)部 ram 32 條可編程 i/o 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 9 2管腳說明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。 當(dāng) p1 口的管腳第一

37、次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 p0 能夠用于外部程序數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 fiash 編程時(shí)，p0 口作 為原碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉 高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器 能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸 入，p1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p

38、2 口緩沖器可接 收，輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這 是由于內(nèi)部上拉的緣故。 p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， p2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi) 部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功 能寄存器的內(nèi)容。 p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信 號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl 門電流。當(dāng)

39、 p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 作為輸入，由于外部下拉為低電平， p3 口將輸出電流（ ill）這是由于上拉 的緣故。 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ） 10 p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn) 接收一些控制信號(hào)。 i/o 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí) 際上并不從外部

40、讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn) 算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi) 部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器cpu 將根據(jù)不同的指令 分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要 我們操心 1 然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果 不對(duì)端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0q 端為 0q為 1 加到場(chǎng)效應(yīng)管 柵極的信號(hào)為 1 該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時(shí)即使引腳上輸入的信 號(hào)為 1 也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1 信號(hào)讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1 操作

41、則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí) 現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類i/o 口被 稱為準(zhǔn)雙向口 89c51 的 p0/p1/p2/p3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我 們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了p1 口外 p0p2p3 口都還有其他的功能。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高 電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振

42、蕩器頻率的1/6。因此它 可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址 上置 0。此時(shí)， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外， 該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale 禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每 個(gè)機(jī)器周期兩次 /psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。 ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000h- f

43、fffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定 為 reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash 編程期 間，此引腳也用于施加 12v 編程電源（ vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 11 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 2.2.2 8255 芯片簡(jiǎn)介 8255 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介: 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 a 口、b 口和 c 口，對(duì)應(yīng) 于引腳 pa7pa0、pb7pb0 和 pc7pc0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制 口。通常 a 口、b 口作為輸入輸出的

44、數(shù)據(jù)端口。c 口作為控制或狀態(tài)信息的端口， 它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè) 4 位鎖存器。它 們分別與端口 a配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明: 8255 有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 c 口按位置位 復(fù)位控制字。其中 c 口按位置位復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長(zhǎng)， 故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料。 方式控制字格式說明下表所示： d7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1 有效。 d6、d5：a 口方式選擇 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 d4：a 口功

45、能 （1=輸入，0=輸出） d3：c 口高 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） d2：b 口方式選擇 （0=方式 0，1=方式 1） d1：b 口功能 （1=輸入，0=輸出） d0：c 口低 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明: 方式 0：基本輸入輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口 都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入輸出方式。這時(shí) a 口或 b 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸 出，c 口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 d7d6d5d4d3d2d1d0 12 方式 2 ：雙向總線

46、方式。只有 a 口具備雙向總線方式，8 位外設(shè)線用作輸入 或輸出，此時(shí) c 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 2.2.3 74ls164 芯片簡(jiǎn)介 74ls164 是一個(gè)串入并出的 8 位移位寄存器，他常用于單片機(jī)系統(tǒng)中，下面 結(jié)束一下這個(gè)元件的基本知識(shí)： 串行輸入帶鎖存 時(shí)鐘輸入,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá) 36mhz 功耗：10mw/bit 74 系列工作溫度： 0c to 70c vcc 最高電壓：7v 輸入最高電壓：7v 最大輸出驅(qū)動(dòng)能力： 高電平：0.4ma 低電平：8ma 圖 2.2 74ls164 引腳圖 13 圖 2.3 74ls164 邏輯符號(hào)

47、 2.2.4 74ls273 芯片簡(jiǎn)介 74ls273 是 8 位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，他是一種帶清除功能的 8d 觸發(fā)器，管腳 圖功能表如下： 1、1 腳是復(fù)位 clr,低電平有效,當(dāng) 1 腳是低電平時(shí),輸出腳 2(q0)、5(q1)、 6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)全部輸出 0,即全部復(fù)位。 2、當(dāng) 1 腳為高電平時(shí),11(clk)腳是鎖存控制端,并且是上升沿觸發(fā)鎖存,當(dāng) 11 腳有一個(gè)上升沿,立即鎖存輸入腳 3、4、 、7、8、13、14、17、18 的電平狀態(tài)， 并且立即呈現(xiàn)在輸出腳 2(q0)、5(q1)、6(q2)、9(q3)、12(q4

48、)、15(q5)、16(q6)、 19(q7)上。 14 圖 2.4 74ls273 管腳圖 74ls273 管腳功能： 1d8d 為數(shù)據(jù)輸入端，1q8q 為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除， 常用作 8 位地址鎖存器。 第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方面很多，除了實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)基本功能 以外，還要考慮如下幾個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購(gòu)性； 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)。因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 15 3.13.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是

49、數(shù)據(jù) 處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。為了簡(jiǎn)化電路、降低成本、 提高可靠性，本設(shè)計(jì)采用 at89s51 作為主控制器，外加一些控制電路來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘 的基本功能。 3.1.1 at89s51 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通常, 將完成單片機(jī)最基本功能, 沒有外圍器件及外設(shè)接口擴(kuò)展的系統(tǒng)稱之 為單片機(jī)最小系統(tǒng), 簡(jiǎn)稱最小系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合性能分析，設(shè)計(jì)的 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3.1 所示。 圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) at89s51 單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，反相放大器的輸 入端為 xtal1，輸出端為 xtal2，兩端連接石英晶體及兩個(gè)瓷片電容形成穩(wěn)定的 自激振蕩器。

50、在本次設(shè)計(jì)中電容均取 22pf，石英晶體的振蕩頻率選 12mhz。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位后可使 cpu 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始 狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。復(fù)位電路則是實(shí)現(xiàn)這一功能的實(shí)際執(zhí)行者, 它應(yīng)該使高電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位 16 和手動(dòng)復(fù)位兩種，本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路集手動(dòng)復(fù)位及上電復(fù)位于一體： 1、上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的 22uf 電容的充電來實(shí)現(xiàn)的，這樣只要電 源 vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 2、按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。 3.23.2 按鍵控制電路設(shè)計(jì)按鍵控制電

51、路設(shè)計(jì) 按鍵控制是交通信號(hào)燈控制的一個(gè)重要功能，通過按鍵能對(duì)模擬交通信號(hào)燈 實(shí)行了人工控制，實(shí)現(xiàn)了人工與智能一體化。按鍵 k0、 k1、 k2 分別由 at89s51i/o 口的 p2.0、p2.1、p2.2 控制，當(dāng) p2 口輸出高電平時(shí)，信號(hào)燈點(diǎn)亮。 按鍵與單片機(jī)的接口電路如圖 3.2 所示。一共有 3 個(gè)鍵，都為接觸式按鍵。 k0、k1、k2 鍵一端與單片機(jī)的 p2.0、p2.1、p2.2 口相連，另一端接地。 ea/vpp 31 xtal1 19 xtal2 18 rst 9 p3.7(rd) 17 p3.6(wr) 16 p3.2(int0) 12 p3.3(int1) 13 p3.

52、4(t0) 14 p3.5(t1) 15 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5(mosi) 6 p1.6(miso) 7 p1.7(sck) 8 (ad0)p0.0 39 (ad1)p0.1 38 (ad2)p0.2 37 (ad3)p0.3 36 (ad4)p0.4 35 (ad5)p0.5 34 (ad6)p0.6 33 (ad7)p0.7 32 (a8)p2.0 21 (a9)p2.1 22 (a10)p2.2 23 (a11)p2.3 24 (a12)p2.4 25 (a13)p2.5 26 (a14)p2.6 27 (a15)p2.7 28

53、psen 29 ale/prog 30 (txd)p3.1 11 (rxd)p3.0 10 gnd 20 vcc 40 at89s51 k0 k1 k2 p2.0 p2.1 p2.2 圖 3.2 按鍵與單片機(jī)接口電路 3.33.3 ledled 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì) 交通信號(hào)燈中，要求信號(hào)燈的穿透性要好，可控性強(qiáng)，能耗低，使用壽命長(zhǎng)， 因此，我們可以選擇 led（發(fā)光二極管） ，七段數(shù)碼管和 16*16 點(diǎn)陣式 led（16*16 點(diǎn)陣式 led 是由四塊 8*8 點(diǎn)陣式 led 組成）構(gòu)成系統(tǒng)中的顯示電路， 17 此外，還用到了 74ls164 和 74ls273 兩塊譯碼芯片，如圖 3

54、.3 所示。 d0 34 d1 33 d2 32 d3 31 d4 30 d5 29 d6 28 d7 27 pa0 4 pa1 3 pa2 2 pa3 1 pa4 40 pa5 39 pa6 38 pa7 37 pb0 18 pb1 19 pb2 20 pb3 21 pb4 22 pb5 23 pb6 24 pb7 25 pc0 14 pc1 15 pc2 16 pc3 17 pc4 13 pc5 12 pc6 11 pc7 10 rd 5 wr 36 a0 9 a1 8 reset 35 cs 6 8255 clr 1 clk 11 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q

55、6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 8d 18 8q 19 74ls273 d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 xa0 xa1 y0 reset 1 2 3 74ls32a vcc 273cs wr wr rd 12 7404a 56 7404c 1110 7404e 98 7404d 34 7404b 1312 7404f 34 7404b 12 7404a led 16*16 98 7404d 1312 7404f 56 7404c 1110 7404e 12 7404a 34 7404b 56 7404c 98 74

56、04d 1110 7404e 1312 7404f 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 33*8 12 7404a 34 7404b 56 7404c 98 7404d 1110 7404e 1312 7404f 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 33*8 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 33*8 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 33*8 vcc vcc vcc vcc 圖 3.3 16*16 點(diǎn)陣式 led 顯示電路

57、 3.3.1 led 結(jié)構(gòu)和參數(shù) led 是一種注入式電致發(fā)光器件，它由 p 型和 n 型半導(dǎo)體組合而成。其結(jié)構(gòu) 如圖 3.4 所示。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:19-jun-2005sheet of file:c:documents and settingsadministrator極極examplesmydesign2.ddbdrawn by: n p 極極 極極 圖 3.4 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖 多個(gè) led 可接成共陽(yáng)極或共陰極形式，如下圖 3.5 所示 led 共陽(yáng)極聯(lián)接，通 過驅(qū)動(dòng)器接

58、到系統(tǒng)的并行輸出口上，由 cpu 輸出適當(dāng)?shù)拇a來點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的 led。 18 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:9-jun-2005 sheet of file:c:documents and settingsadministrator極極examplesmydesign.ddbdrawn by: +5 圖 3.5 共陽(yáng)極連接 3.3.2 led 器件的恒流驅(qū)動(dòng)方式 由 led 的特性可知，其 pn 施加正向電壓時(shí)，流過的正向電流將使 led 發(fā)光。 且電流與光強(qiáng)基本成正比。在圖 3.6 中，表示用

59、三極管進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)的原理圖， 可以看出，led 的導(dǎo)通電流，與 led 無關(guān)，取決于外參數(shù)。 圖 3.6 led 的恒流驅(qū)動(dòng)原理 led 管的正向電流： i cccet f l vuu r 其中 cc v 為電源電壓， t u 為 led 開啟電壓 ce u 為三極管飽和壓降， l r 為負(fù)載電阻。 3.3.3 led 器件的脈沖驅(qū)動(dòng)方式 點(diǎn)亮 led 可以采用恒流靜態(tài)的方式，也可以采用脈沖方式的恒流驅(qū)動(dòng)。脈沖 19 驅(qū)動(dòng)的一個(gè)重要應(yīng)用就是用占空比來控制 led 亮度。led 顯示屏在采用脈沖恒流 方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，充分利用了人眼的視覺惰性和運(yùn)動(dòng)感覺。當(dāng)顯示穩(wěn)定的，連續(xù)的， 無閃爍的動(dòng)態(tài)圖象時(shí)，要求

60、幀刷新率要 v f =30hz，點(diǎn)亮頻率 f f =120hz。所以， 當(dāng) 30 幀刷新率時(shí)每幀時(shí)間內(nèi)至少要點(diǎn)亮 4 次。60 幀時(shí)，每幀時(shí)間內(nèi)至少點(diǎn)亮 2 次。新的打散算法則突破了之一概念，掃描次數(shù)是動(dòng)態(tài)的，大于 120 次/秒。 3.3.4 點(diǎn)陣式 led 顯示屏 led 顯示屏以發(fā)光二級(jí)管為像素，由 led 顯示單元拼接而成。最常見的 led 點(diǎn)陣顯示單元有 5*7, 7*9, 8*8 結(jié)構(gòu)，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一 種場(chǎng)用于顯示各種漢字字符，8*8 點(diǎn)陣式 led 的等效電路及外觀圖如圖 3.7，3.8 所示。 圖 3.7 8*8 點(diǎn)陣式 led 顯示單元 20 圖 3.8