本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)-單片機(jī)模擬交通燈的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、用單片機(jī)設(shè)計(jì)模擬交通燈 獨(dú)特的聲音我再次聲明，提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究成果。設(shè)計(jì)不含他人發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，但文中特別注明和注釋的除外。所有與研究成果相關(guān)的人所做的任何貢獻(xiàn)都已經(jīng)在設(shè)計(jì)中得到明確的解釋和表達(dá)。簽名:日期年月授權(quán)聲明我完全清楚學(xué)院關(guān)于保存和使用本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，即我有權(quán)保存和向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)寄送畢業(yè)設(shè)計(jì)的復(fù)印件和磁盤(pán)，并允許畢業(yè)設(shè)計(jì)被查閱和借閱。本人授權(quán)學(xué)院將畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部或部分內(nèi)容編入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮小或掃描的方式保存和編輯設(shè)計(jì)。我的設(shè)計(jì)中需要原始數(shù)據(jù)的部分是(如果沒(méi)有，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)“無(wú)”):簽名:日期年月講師簽名:日期年月摘要本設(shè)計(jì)基于數(shù)字集成

2、電路和單片機(jī)技術(shù)，采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C51作為控制器件，結(jié)合LED數(shù)字顯示電路和LED指示電路組成交通燈硬件電路，利用單片機(jī)定時(shí)中斷溢出產(chǎn)生1s實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。系統(tǒng)可以完成25s倒計(jì)時(shí)顯示。倒計(jì)時(shí)到5s時(shí)，綠燈開(kāi)始閃爍，提醒過(guò)往車(chē)輛和行人安全通行。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到達(dá)2s時(shí)，黃燈亮起。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；AT89C51紅綠燈目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954314 1緒論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954315 1.1研究背景1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293

3、954316 1.2單片機(jī)的概述1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954317 1.3單片機(jī)的應(yīng)用2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954318 1.4單片機(jī)的發(fā)展史2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954319 2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954320 2.1系統(tǒng)原理3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954321 2.2 AT89C51的介紹4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954322 2.3

4、 AT89C51的引腳說(shuō)明5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954323 2.4時(shí)鐘電路7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954324 2.5復(fù)位電路7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954325 2.6單片機(jī)的最小系統(tǒng)構(gòu)成8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954326 2.7 7405 TTL 集電極開(kāi)路六反相器8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954327 2.8指示電路8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2939543

5、28 2.9 LED數(shù)碼顯示器9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954329 3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954330 3.1系統(tǒng)整體程序流程圖11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954331 3.2設(shè)置定時(shí)，顯示初始化11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954332 3.3處理狀態(tài)、倒計(jì)時(shí)顯示13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954333 3.4路口紅綠燈狀態(tài)子程序14 HYPERLINK l _RefHeading_T

6、oc293954334 3.5 LED顯示子程序14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954335 4系統(tǒng)仿真16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954336 4.1仿真平臺(tái)介紹16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954337 4.1.1 Keil軟件介紹16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954338 4.1.2 Proteus仿真軟件介紹17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954339 4.2系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)19 HYPERLINK l _RefH

7、eading_Toc293954340 4.3系統(tǒng)仿真與分析19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954341 5總結(jié)22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954342 參考文獻(xiàn)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954343 附 錄24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc293954344 致301導(dǎo)言1.1研究背景如今，安裝在各個(gè)十字路口的交通燈已經(jīng)成為緩解交通的最常見(jiàn)和最有效的手段。但這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)在19世紀(jì)。1858年，英國(guó)倫敦主要街道安裝了以燃煤燃?xì)鉃楣庠吹募t藍(lán)機(jī)械扳手信號(hào)燈，指揮

8、馬車(chē)通行。這是世界上最早的交通信號(hào)。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師耐特在倫敦威斯敏斯特議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上安裝了世界上第一個(gè)氣體交通燈。它由紅色和綠色的燈籠和旋轉(zhuǎn)的方形玻璃組成。紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，打傷了警察，所以取消了。美國(guó)出現(xiàn)了電動(dòng)交通燈。這些交通燈由紅色、綠色和黃三色的圓形投影儀組成，于1914年安裝在紐約第五大街的一座塔上。紅燈表示“停止”，綠燈表示“通過(guò)”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。有控制的紅綠燈，一種是在地下安裝壓力檢測(cè)器，車(chē)輛一接近紅燈就變綠；另一種是用喇叭啟動(dòng)紅綠燈。當(dāng)司機(jī)遇到紅燈時(shí)，他按“嗶”的一聲，紅燈變成綠

9、燈。紅外紅綠燈當(dāng)行人踩在壓感路上時(shí)，可以察覺(jué)到有人在過(guò)馬路。紅外線光束可以延長(zhǎng)信號(hào)燈的紅燈一段時(shí)間，延緩汽車(chē)放行，避免交通事故的發(fā)生。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)可以有效地控制交通，對(duì)緩解交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯的作用。一般交通燈系統(tǒng)采用固定周期變燈的控制方式。大部分路口的紅綠燈只有紅、綠、黃三個(gè)指示燈。行人過(guò)路口，走到路中央會(huì)出現(xiàn)綠燈跳紅燈的情況。本著以人為本的設(shè)計(jì)理念，可以在路口安裝與信號(hào)燈同步的倒計(jì)時(shí)顯示器。行人和自行車(chē)可以根據(jù)綠燈結(jié)束的時(shí)間來(lái)決定是否過(guò)路口。在設(shè)計(jì)中，我們利用AT89C51單片機(jī)的并口連接LED來(lái)模擬交通燈的變化規(guī)律。八個(gè)謝妮管用于顯示第二個(gè)值，東、西、南、北

10、各兩個(gè)。12個(gè)led，東三個(gè)，西三個(gè)，南三個(gè)，北三個(gè)，分為紅、綠、黃三三種顏色。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，即組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括CPU(中央處理器)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、基本輸入/輸出接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等。，都制作在一個(gè)集成芯片上，形成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。1.3單片機(jī)的應(yīng)用(1)智能儀器儀表現(xiàn)代儀器儀表采用單片機(jī)，不僅提高了儀器儀表的功能和精度，而且使儀器儀表智能化，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減小了體積，降低了成本。(2)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于工業(yè)控制器采集和控制各種物理量。例如電流、溫度、電壓、

11、流量等物理參數(shù)的采集和控制?？梢杂脝纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。(3)家用電器現(xiàn)在所有的家用電器都在向智能化發(fā)展，單片機(jī)是智能家電的大腦和心臟。如洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、電視等。(4)信息和通信產(chǎn)品信息通訊產(chǎn)品的自動(dòng)化和智能化離不開(kāi)單片機(jī)的參與。典型的產(chǎn)品有打印機(jī)、電腦、考勤機(jī)、電腦等。1.4單片機(jī)的發(fā)展歷史單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，大致可以分為四個(gè)階段:第一階段(1976 1978):低性能單片機(jī)的探索階段。Intel公司的MCS-48是代表，它采用單片結(jié)構(gòu)，即一個(gè)芯片包含8位CPU、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第二階段(1978 1982):高性能

12、單片機(jī)階段。這種單片機(jī)有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線，16位地址線，最大可尋址64KB。它具有控制總線和豐富的指令系統(tǒng)。這種單片機(jī)應(yīng)用廣泛，并在不斷改進(jìn)和發(fā)展。第三階段(1982 1990): 16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除了16位CPU之外，還進(jìn)一步增加了RAM和ROM的容量，具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，體現(xiàn)了微控制器的特點(diǎn)。第四階段(1990 ):單片機(jī)全面發(fā)展階段。各公司產(chǎn)品盡量兼容，同時(shí)向高速、強(qiáng)運(yùn)算、大尋址面積、小尺寸、低價(jià)格方向發(fā)展。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)原理本設(shè)計(jì)主要以AT89C51單片機(jī)為核心，結(jié)合電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，與外圍倒計(jì)時(shí)顯示電路和指示電路一起構(gòu)

13、成單片機(jī)模擬交通燈系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體框圖如下圖2-1所示。電力網(wǎng)鐘脈沖電路重接電路AT89C51單片機(jī)顯示電路指示電路圖2-1系統(tǒng)總體框圖圖2-2系統(tǒng)示意圖2.2 at89c 51簡(jiǎn)介圖2-3單片機(jī)部門(mén)的整體結(jié)構(gòu)Atmel公司設(shè)計(jì)的89C51是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品。其主要結(jié)構(gòu)包括CPU、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三大總線。現(xiàn)在我們將分別解釋它們:(1)中央處理器(CPU)中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是一個(gè)8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，可以處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼。CPU負(fù)責(zé)控制、指

14、揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，完成計(jì)算和控制輸入輸出功能等操作。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括RAM(128*8)和RAM地址寄存器，用于存儲(chǔ)可讀/可寫(xiě)數(shù)據(jù)。實(shí)際上幾個(gè)部門(mén)有256個(gè)RAM單元，但后128個(gè)單元是專(zhuān)用寄存器，只有前128個(gè)單元可以作為用戶的常用RAM內(nèi)存。因此，所謂部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器是指前128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱(chēng)“部分RAM”。(3)程序記憶程序存儲(chǔ)器包括ROM(4K*8)和程序地址寄存器等。AT89C51有4KB的掩膜ROM，用來(lái)存儲(chǔ)程序和原始數(shù)據(jù)，所以叫程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)“部分ROM”。(4)計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器由于控制應(yīng)用的需要，89C51有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，分別用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定

15、時(shí)器/計(jì)數(shù)器1表示。它們用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)的功能，并根據(jù)其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果控制單片機(jī)。(5)并行輸入/輸出端口89C51有四個(gè)8位I/O端口(P0、P1、P2和P3)實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出。(6)串行端口89C51單片機(jī)具有全雙工串口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳輸。該串口功能強(qiáng)大，可用作全雙工異步通信收發(fā)器或同步移位器。(7)中斷控制電路89C51具有強(qiáng)大的中斷功能，可以滿足控制應(yīng)用的需要。有五個(gè)中斷源，即兩個(gè)外部中斷、兩個(gè)計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)中斷和一個(gè)串行中斷。所有中斷都分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí):高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)。(8)時(shí)鐘電路89C51芯片有時(shí)鐘電路，但需要外接應(yīng)時(shí)晶體和微調(diào)電容。時(shí)鐘電路為單片

16、機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。2.3 at89c 51的引腳描述圖2-4 at89c 51的引腳圖按其功能可分為電源、時(shí)鐘、控制和I/O接口四部分:(1)電源引腳Vcc:電源端，接+5v；Vss:接地端子。(2)時(shí)鐘引腳XTAL1和XTAL2:使用芯片時(shí)鐘時(shí)，XTAL1和XTAL2用于石英晶體諧振器和微調(diào)電容的外接；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，它用于訪問(wèn)外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。(3)控制銷(xiāo)RST/VPD:復(fù)位/掉電保護(hù)信號(hào)輸入。RST是復(fù)位信號(hào)輸入。Vcc斷電后，此引腳(VPD)可接入備用電源，在低功耗情況下保證部RAM中的數(shù)據(jù)。ALE/數(shù)據(jù)鎖存:控制信號(hào)/編程脈沖輸入端子允許ALE數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)MCU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，

17、此引腳的輸出信號(hào)ALE用于鎖存P0端口的低8位地址。ALE輸出的頻率是時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。對(duì)8751單片機(jī)的EPROM編程時(shí)，編程脈沖通過(guò)此引腳接入。:片外程序存儲(chǔ)器讀選通有效信號(hào)指令運(yùn)行時(shí)，的頻率為振蕩頻率的1/6；但是，如果在此期間有訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作，一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)的信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。/VPP:訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/編程電源輸入當(dāng)=0時(shí)，MCU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于8031 MCU，此引腳必須接地。=1，MCU訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于帶程序存儲(chǔ)器的8xx51 MCU，此引腳應(yīng)接高電平，但如果地址超過(guò)4KB (0FFFH)，MCU會(huì)自動(dòng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。在8751單片機(jī)的EPRO

18、M編程過(guò)程中，此引腳接21V編程電源Vpp。(4)輸入/輸出引腳P0.0P0.7: P0端口數(shù)據(jù)/低8位地址多路復(fù)用總線端口。P1.0P1.7: P1港為靜態(tài)通用港。P2.0p2.7: p2端口的高八位地址總線動(dòng)態(tài)端口。P3.0P3.7:具有第二功能的雙功能靜態(tài)端口。表2-1P3端口線第二個(gè)功能的描述口仙第二功能信號(hào)第二功能信號(hào)名稱(chēng)P3.0接收數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)接收P3.1數(shù)據(jù)發(fā)送串行數(shù)據(jù)傳送P3.2INT0外部中斷0請(qǐng)求P3.3INT1外部中斷1應(yīng)用程序P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5一種網(wǎng)絡(luò)的名稱(chēng)(傳輸率可達(dá)1.54mbps)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.6外部RAM寫(xiě)選通脈沖P3.

19、7外部RAM讀選通脈沖2.4時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘模式，定時(shí)元件外接X(jué)TAL1和XTAL2引腳，使振蕩器電路產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常是由應(yīng)時(shí)晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。晶體振蕩器為12MHz，電容為30pF。圖2-5時(shí)鐘電路2.5復(fù)位電路MCU的復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件處于某種初始狀態(tài)，并從這種狀態(tài)開(kāi)始工作。例如，復(fù)位后，PC = 0000h，MCU從第一個(gè)單元獲取指令。無(wú)論是單片機(jī)剛接通電源時(shí)，還是掉電或故障后都要復(fù)位，所以一定要搞清楚MCS-51單片機(jī)的復(fù)位條件、復(fù)位電路和復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位條件是RST/VPD或RST引腳必須加一個(gè)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期

20、(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。例如，如果時(shí)鐘頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)器周期為1us，則只需要超過(guò)2us的高電平，復(fù)位將在RST引腳的高電平出現(xiàn)后的第二個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行。本設(shè)計(jì)中使用的復(fù)位電路如圖2-5所示:英特爾的快速儲(chǔ)存技術(shù)圖2-6復(fù)位電路2.6單片機(jī)的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)和外圍電路組成，組成元件最少的單片機(jī)系統(tǒng)稱(chēng)為單片機(jī)最小系統(tǒng)。它主要由電源電路、晶振電路和復(fù)位電路組成。圖2-7單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.7 7405 TTL集電極開(kāi)路六路反相器745是六路反相器，由六個(gè)與非門(mén)組成。在設(shè)計(jì)中，7405逆變器的輸入端接單片機(jī)的P2.1P2.6，輸出端接LED的負(fù)極，從而控制LED處于不

21、同的狀態(tài)。比如單片機(jī)的I/O口輸出高電平時(shí)，7405逆變器輸出低電平點(diǎn)亮該路LED。圖2-87405一路反相2.8指示電路本設(shè)計(jì)中，四個(gè)紅、綠、黃三發(fā)光二極管通過(guò)7405反相器連接到單片機(jī)P2端口對(duì)應(yīng)的管腳上，不同的發(fā)光二極管在不同的狀態(tài)下點(diǎn)亮，控制道路。發(fā)光二極管(LED)是一種半導(dǎo)體二極管，可以將電能轉(zhuǎn)化為光能，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，由PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)向LED施加直流電壓時(shí)，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和從N區(qū)注入到P區(qū)的電子分別與PN結(jié)附近幾微米的N區(qū)和P區(qū)中的電子結(jié)合，導(dǎo)致熒光的自發(fā)發(fā)射。不同半導(dǎo)體材料中電子和空穴的能態(tài)是不同的。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)，釋放的能

22、量有些不同。釋放的能量越多，發(fā)射光的波長(zhǎng)就越短。圖2-9紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管2.9 LED數(shù)字顯示屏是發(fā)光二極管(Light Emiting Diode)的縮寫(xiě)，是一種能將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的發(fā)光器件。由條形發(fā)光二極管組成的“8”字形顯示器，又稱(chēng)數(shù)碼管。通過(guò)數(shù)碼管中LED的明暗組合，可以顯示各種數(shù)字、字母等符號(hào)。數(shù)碼管主要用于顯示單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)和狀態(tài)。LED是由發(fā)光二極管組成的顯示設(shè)備。常用的LED顯示器有兩種供電狀態(tài)，即共陰極LED和共陽(yáng)極LED。圖2-10 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖要使LED數(shù)碼管正常顯示，就需要用驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們想要的數(shù)字。所

23、以根據(jù)LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式的不同，分為靜態(tài)型和動(dòng)態(tài)型。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序:靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)為DC驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每個(gè)段碼都是由單片機(jī)的一個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)，或者由BCD碼等二進(jìn)制-十進(jìn)制器件驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序:動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8位段碼“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連接起來(lái)，為每個(gè)數(shù)碼管的共極COM增加一個(gè)位選通控制電路。位選通由獨(dú)立的I/O線控制。單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到的字形碼都一樣，但會(huì)顯示哪一個(gè)呢？設(shè)計(jì)中采用靜態(tài)顯示方式，每個(gè)方向有兩個(gè)數(shù)碼管與AT89C51的P1端口和P3端口相連，顯示倒計(jì)時(shí)的十位數(shù)字和一位數(shù)字。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體程序

24、流程圖設(shè)置，顯示初始化開(kāi)始處理狀態(tài)，顯示時(shí)間到了嗎？處理下一個(gè)狀態(tài)。目標(biāo)是不圖3-1系統(tǒng)總體程序流程圖3.2設(shè)置定時(shí)和顯示初始化。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般有以下三種方法實(shí)現(xiàn)定時(shí):(1)軟件計(jì)時(shí):讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序來(lái)延遲事件。這個(gè)程序段本身沒(méi)有其他的執(zhí)行目的，只是為了這個(gè)程序段的執(zhí)行需要一個(gè)固定的時(shí)間。通過(guò)正確選擇指令和安排循環(huán)次數(shù)，可以調(diào)整執(zhí)行該程序所需的時(shí)間長(zhǎng)度。它的特點(diǎn)是定時(shí)準(zhǔn)確，不需要額外的硬件電路，但是占用CPU時(shí)間。因此，軟件計(jì)時(shí)不宜過(guò)長(zhǎng)。(2)硬件定時(shí):定時(shí)是由硬件電路實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是不占用CPU時(shí)間，通過(guò)改變電路元件參數(shù)來(lái)調(diào)整時(shí)序，但使用起來(lái)不夠靈活方便。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)序，通常采用硬

25、件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。(3)可編程定時(shí)器:由專(zhuān)用定時(shí)器計(jì)數(shù)芯片實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間可以通過(guò)設(shè)置程序來(lái)改變，使用靈活方便。還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外脈沖計(jì)數(shù)的功能。當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)模式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳T0和T1的外部信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，外部信號(hào)的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。最高檢測(cè)頻率是振蕩頻率的四分之一。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平和低電平持續(xù)時(shí)間大于一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)設(shè)置并啟動(dòng)定時(shí)器的工作模式時(shí)，定時(shí)器按照設(shè)置的工作模式獨(dú)立工作，不再占用CPU的運(yùn)行時(shí)間。只有當(dāng)計(jì)數(shù)器滿并溢出時(shí)，才能中斷CPU的當(dāng)前操作。延時(shí)方法有兩種，一種是用MCS-5

26、1定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是用軟延時(shí)的方法。當(dāng)定時(shí)器工作時(shí)，它必須向計(jì)數(shù)器發(fā)送初始計(jì)數(shù)器值，計(jì)數(shù)器值被發(fā)送到TH和TL。它通過(guò)加法計(jì)數(shù)，可以自動(dòng)產(chǎn)生從全1到全0的溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以將計(jì)數(shù)器滿0所需的計(jì)數(shù)值設(shè)為C，初始計(jì)數(shù)值設(shè)為T(mén)C，得到如下一般公式:TC = MC(41)其中m是計(jì)數(shù)器的模數(shù)值，與計(jì)數(shù)器的工作模式有關(guān)。模式0下，m為8196；模式1中m的值是65536；模式2和模式3下為256。T=(M -TC)*或TC = M-c/(42)是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12倍；TC是定時(shí)初始值。比如單片機(jī)的主脈沖頻率，=12MHz，除以12。0模式(43)1模式(44)我們這

27、里用模式1，初始值TC=65536-50000。TH0 =(65536-50000)/256 TL0 =(65536-50000)% 256(45)很明顯，一秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大固定時(shí)間，所以只能通過(guò)定時(shí)器和軟件相結(jié)合的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。我們?cè)谥鞒绦蛑性O(shè)置一個(gè)初始值為1的軟件計(jì)數(shù)器，并將T0設(shè)置為50毫秒，這樣CPU就會(huì)響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，每隔T0到50毫秒就進(jìn)入它的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU首先將軟件計(jì)數(shù)器加1，然后判斷是否為20。值20表示已經(jīng)過(guò)了1秒，您可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。設(shè)置計(jì)時(shí)器:首發(fā):MOV TMOD，# 01H設(shè)置為工作模式1MOV TH0，#

28、3CH設(shè)置T0計(jì)時(shí)初始值50毫秒MOV TL0，#0B0HCLR TF0SETB TR0；開(kāi)始T0累加器清零3.3加工狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)顯示東西綠燈開(kāi)始25s倒計(jì)時(shí)。初始化是5s嗎？綠燈閃爍黃燈持續(xù)2秒是不綠燈轉(zhuǎn)向南北方向。圖3-2狀態(tài)處理流程圖當(dāng)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)被處理后，調(diào)用對(duì)應(yīng)的狀態(tài)子程序和顯示子程序，點(diǎn)亮該狀態(tài)下的led，表示是否允許通行，并使用LED數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。比較R3寄存器中的值，以確定是否進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。當(dāng)所有狀態(tài)都顯示時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。初始化后處理狀態(tài)1的程序:循環(huán):MOV R2，# 20；設(shè)置1s計(jì)數(shù)的初始值MOV R3，# 20；紅燈亮20秒MOV第二，第25名；

29、定時(shí)顯示初始值25s此處是為了防止掉顯LCALL狀態(tài)1；調(diào)用狀態(tài)1WAIT1: JNB TF0，wait 1；查詢(xún)50毫秒到否CLR TF0MOV TH0，# 3CHT0計(jì)時(shí)的初始值為50毫秒。MOV TL0，#0B0HDJNZ R2，等待1；1s對(duì)No？未達(dá)到持續(xù)狀態(tài)1。MOVR2，第20位；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值十二月第二次1；顯示時(shí)間減1LCALL顯示；呼叫顯示子程序DJNZ R3，等待13.4交叉路口交通燈狀態(tài)子程序這種狀態(tài)下的顯示效果是通過(guò)設(shè)置每個(gè)LED對(duì)應(yīng)的管腳的高低電平來(lái)滿足的，因?yàn)槊總€(gè)LED的陽(yáng)極連接到高電平，陰極通過(guò)7405反相器連接到單片機(jī)的管腳。例如，在狀態(tài)1中，東西方

30、向的綠燈和南北方向的紅燈亮，單片機(jī)的P2.1和P2.6的高電平被7405反相為低電平，點(diǎn)亮與之相連的LED。處于1種狀態(tài)的子程序:州1:SETB萊德_ G1；1個(gè)州CLR LED _ Y1東西路口綠燈亮了。CLR LED_R1CLR LED_G2CLR LED_Y2SETB LED _ R2；南北路口紅燈亮了。浸水使柔軟3.5 LED顯示子程序LED定時(shí)器應(yīng)該每秒刷新一次，所以當(dāng)定時(shí)器到達(dá)一秒時(shí)，存儲(chǔ)時(shí)間的定時(shí)器寄存器SECOND1應(yīng)該減一，然后送到LED顯示程序進(jìn)行顯示。接下來(lái)，10位和1位時(shí)間數(shù)據(jù)R4將被分別發(fā)送到P1和P0端口。先將R4除以10，整數(shù)即十位放在A中，余數(shù)即一位放在b中，設(shè)

31、置一個(gè)七段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的第一個(gè)地址，加上A中的偏移量，就可以指向這十位，然后發(fā)送。對(duì)于單比特顯示器也是如此。顯示子程序:顯示:MOV A，秒1；將計(jì)時(shí)值作為被除數(shù)發(fā)送到累加器a。MOV B，# 10；以10為除數(shù)。DIV AB兩者相除，商為A，余數(shù)為b。MOV DPTR，# LEDMAP取數(shù)據(jù)表的頭地址。MOVC A，A+DPTRMOVP1；顯示十位數(shù)MOV A，BMOVC A，A+DPTRMOVP3；顯示一點(diǎn)浸水使柔軟LEDMAP: DB 3FH、06H、5BH、4FH、66H、6DH、7DH、07H、7FH、6FH結(jié)束4系統(tǒng)模擬4.1仿真平臺(tái)介

32、紹Keil軟件簡(jiǎn)介單片機(jī)的發(fā)展除了必要的硬件外，還有賴(lài)于軟件。把我們寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序變成CPU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，一種是機(jī)器匯編。目前很少使用手工裝配。匯編就是通過(guò)匯編軟件把源程序變成機(jī)器碼。用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51。隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在從廣泛使用匯編語(yǔ)言向逐步使用高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展。Keil軟件是目前開(kāi)發(fā)MCS-51單片機(jī)最流行的軟件。Keil提供了完整的開(kāi)發(fā)方案，包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和強(qiáng)大的模擬調(diào)試器等。，它們通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(uVision)結(jié)合在一起。Keisoftware8051開(kāi)發(fā)工具，提供編譯

33、源程序，匯編源程序，連接和重定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件，創(chuàng)建。調(diào)試目標(biāo)程序的十六進(jìn)制文件。下面簡(jiǎn)單介紹一下使用過(guò)程。開(kāi)始新的Keil項(xiàng)目。選擇芯片創(chuàng)建新的匯編/C語(yǔ)言文件編譯文件，調(diào)試生成。十六進(jìn)制文件圖4-1使用4-1Keil軟件的流程圖Keil軟件的工作界面圖如下:圖4-2 Keil軟件工作界面圖4 . 1 . 2 Proteus仿真軟件介紹Proteus軟件是Labcenter電子公司的電路設(shè)計(jì)和仿真軟件。主要包括ISIS、ARES等軟件模塊。ARES模塊主要用于完成PCB設(shè)計(jì)，ISIS模塊用于完成電路原理圖布局和仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，可以將微處理器軟件應(yīng)用于處理器，并

34、與處理器的任何模擬和數(shù)字設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)。執(zhí)行目標(biāo)代碼就像運(yùn)行在真正的單片機(jī)系統(tǒng)上。VSM CPU模型可以完全模擬I/O端口、中斷、定時(shí)器、通用外設(shè)以及其他與CPU相關(guān)的外設(shè)，甚至可以模擬多個(gè)處理器。通過(guò)使用Proteus軟件，我們可以很容易地得到一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。該軟件的特點(diǎn)是:(1)集原理圖設(shè)計(jì)、仿真、PCB設(shè)計(jì)于一體，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整開(kāi)發(fā)工具。(2)具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，是一款獨(dú)特的支持處理器和外圍電路的協(xié)同仿真電路設(shè)計(jì)軟件。(3)具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等多種調(diào)試功能。(4)具有電路分析所需的各種信號(hào)源和虛擬儀器

35、，是電氣教學(xué)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新的最佳平臺(tái)。(5)支持Keil C51 uVision2、MTLAB等第三方軟件編譯調(diào)試環(huán)境。(6)具有強(qiáng)大的從原理圖到PCB設(shè)計(jì)的功能，可以輸出多種格式的電路設(shè)計(jì)報(bào)告。下面是它的使用方法:啟動(dòng)Proteus放置組件連接電器補(bǔ)充。十六進(jìn)制文件，仿真圖4-3 Proteus操作流程圖打開(kāi)Proteus啟動(dòng)界面，如下圖所示:圖4-4協(xié)議工作界面4.2系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)圖4-5單片機(jī)控制的交通燈硬件電路圖選擇一個(gè)單片機(jī)AT89C51，四個(gè)紅綠藍(lán)發(fā)光二極管，八個(gè)LED數(shù)碼管和一個(gè)7405芯片，根據(jù)電路原理圖在電路上連接幾個(gè)電阻和電容。4.3系統(tǒng)模擬和分析圖4-6系統(tǒng)初始化效果圖根據(jù)上圖

36、4-6的仿真效果圖，說(shuō)明系統(tǒng)初始化后東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，仿真結(jié)果正確。圖4-7 2s倒計(jì)時(shí)模擬圖從圖4-7的模擬效果來(lái)看，第一個(gè)周期倒計(jì)時(shí)到2s時(shí)，東西方向由綠燈閃爍變?yōu)辄S燈，說(shuō)明模擬是正確的。圖4-8南北方向25s倒計(jì)時(shí)根據(jù)圖4-8，當(dāng)東西方向25s倒計(jì)時(shí)結(jié)果轉(zhuǎn)向南北方向開(kāi)始25s倒計(jì)時(shí)時(shí)，南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，說(shuō)明模擬結(jié)果正確。通過(guò)以上仿真結(jié)果可以看出，該設(shè)計(jì)能夠正確轉(zhuǎn)換東西方向和南北方向的紅綠燈，倒計(jì)時(shí)5s時(shí)開(kāi)始綠燈閃爍，黃燈亮2s。但由于時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)在某些方面還需要改進(jìn)，比如根據(jù)各路段的車(chē)流量自動(dòng)調(diào)整紅綠時(shí)間和紅燈報(bào)警電路，以適應(yīng)社會(huì)的需要。5摘要本文是一個(gè)基于

37、AT89C51單片機(jī)的模擬交通燈。并用PROTEUS模擬。系統(tǒng)從東西方向的綠燈和南北方向的紅燈開(kāi)始，倒計(jì)時(shí)25秒。倒計(jì)時(shí)5s時(shí)，東西方向綠燈閃爍，提醒人們安全通過(guò)。倒計(jì)時(shí)2s時(shí)，黃燈亮起，禁止未通過(guò)路口的車(chē)輛通行。倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，南北方向的倒計(jì)時(shí)開(kāi)始依次循環(huán)。PROTEUS仿真實(shí)驗(yàn)表明，該交通燈的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用，且時(shí)間短，可用于狹窄路段。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)可以模擬成功，但是由于時(shí)間短，本人水平有限，這個(gè)設(shè)計(jì)還存在一些不足，需要進(jìn)一步研究和完善。參考1光帝，朱月秀，冷祖琪。單片機(jī)基礎(chǔ)M。:航空航天大學(xué)，2007年6月2吳京，周令斌主編。單片機(jī)原理、應(yīng)用及PROTEUS仿真M。:電子工業(yè)，2008年

38、8月3周潤(rùn)靜，袁維庭，景.Proteus在MCS-51和ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例M。:電子工業(yè)，2006年10月4高衛(wèi)東，辛友順，閻政. 51單片機(jī)原理與實(shí)踐M.:航空航天大學(xué)，2008年1月牛玉光。單片機(jī)原理與接口技術(shù)M。:電子工業(yè)，2008年2月6許。C51單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.:電子工業(yè)，2009年2月7焦玉泉，余，顧.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用M。:東南大學(xué)，2010年1月8惠萍，周?chē)?guó)雄?；赑roteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例M.:機(jī)械工業(yè)，2009年4月余修武。單片機(jī)原理及應(yīng)用M。:電子科技大學(xué)，2008年1月10余西村，。單片機(jī)原理與接口技術(shù)M。:電子科技大學(xué)，2000年

39、7月11朱清輝，馮瑞，.Proteus教程-電子電路設(shè)計(jì)，制版與仿真M。:清華大學(xué)，2008年9月12錢(qián)小潔。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)M。:電子工業(yè)，2003.6附加記錄交通燈光源程序:second 1 EQU 30H；定時(shí)寄存器DBUF EQU 40H；顯示代碼緩沖器1溫度EQU 44H；顯示代碼緩沖器2LED_G1位P2.1東西交叉路口綠燈LED_Y1位P2.2東西交叉路口黃燈LED_R1位P2.3東西交叉路口紅燈LED_G2位P2.4南北交叉路口綠燈LED_Y2位P2.5南北交叉口的黃燈LED_R2位P2.6南北交叉路口紅燈ORG 0000H跳轉(zhuǎn)到單片機(jī)的主程序組織0100H首發(fā):MOV TMO

40、D，# 01H設(shè)置為工作模式1MOV TH0，# 3CH設(shè)置T0計(jì)時(shí)初始值50毫秒MOV TL0，#0B0HCLR TF0SETB TR0；開(kāi)始T0累加器清零；*循環(huán):MOV R2，# 20；設(shè)置1s計(jì)數(shù)的初始值MOV R3，# 20；紅燈亮20秒MOV第二，第25名；定時(shí)顯示初始值25s此處是為了防止掉顯LCALL狀態(tài)1；調(diào)用狀態(tài)1WAIT1: JNB TF0，wait 1；查詢(xún)50毫秒到否CLR TF0MOV TH0，# 3CHT0計(jì)時(shí)的初始值為50毫秒。MOV TL0，#0B0HDJNZ R2，等待1；1s對(duì)No？未達(dá)到持續(xù)狀態(tài)1。MOVR2，第20位；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值十二月第二

41、次1；顯示時(shí)間減1此處是為了防止掉顯DJNZ R3，WAIT11狀態(tài)保持20秒。；*MOVR2，排名第五；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值MOV R3，# 3；綠燈閃爍3秒。MOVR4，排名第四；閃爍間隔200毫秒MOV第二，第五；顯示初始值5s此處是為了防止掉顯LCALL STATE2調(diào)用狀態(tài)2WAIT2: JNB TF0，wait 2；查詢(xún)50毫秒到否CLR TF0MOV TH0，# 3CHT0計(jì)時(shí)的初始值為50毫秒。MOV TL0，#0B0HDJNZ R4，等待2；200ms到?jīng)]有？不繼續(xù)狀態(tài)2。CPL LED _ G1；綠燈閃爍。MOVR4，排名第四；閃爍間隔200毫秒DJNZ R2，等待2；

42、1s對(duì)No？不繼續(xù)狀態(tài)2。MOVR2，排名第五；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值十二月第二次1；顯示時(shí)間減1此處是為了防止掉顯DJNZ R3，WAIT22保持狀態(tài)3s。；*MOVR2，第20位；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值MOV R3，# 2；黃燈閃爍2秒鐘。MOV第二，第二；顯示初始值2s此處是為了防止掉顯LCALL STATE3調(diào)用狀態(tài)3WAIT3: JNB TF0，wait 3；查詢(xún)100ms到否CLR TF0MOV TH0，# 3CHT0計(jì)時(shí)的初始值為100毫秒。MOV TL0，#0B0HDJNZ R2，等待3；1s對(duì)No？不繼續(xù)狀態(tài)3。MOVR2，第20位；設(shè)置100毫秒計(jì)數(shù)的初始值十二月第二次

43、1；顯示時(shí)間減1此處是為了防止掉顯DJNZ R3，WAIT33該狀態(tài)保持2秒鐘。；*MOVR2，第20位；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值MOV R3，# 20；紅燈亮20秒MOV第二，第25名；顯示初始值25s此處是為了防止掉顯LCALL狀態(tài)4；調(diào)用狀態(tài)4WAIT4: JNB TF0，wait 4；查詢(xún)100ms到否CLR TF0MOV TH0，# 3CHT0計(jì)時(shí)的初始值為100毫秒。MOV TL0，#0B0HDJNZ R2，等待4；1s對(duì)No？不繼續(xù)狀態(tài)4MOVR2，第20位；設(shè)置100毫秒計(jì)數(shù)的初始值十二月第二次1；顯示時(shí)間減1此處是為了防止掉顯DJNZ R3，WAIT44狀態(tài)保持20s。；*MOVR2，排名第五；設(shè)置50毫秒計(jì)數(shù)的初始值MOVR4，排名第四；紅燈亮20秒MOV R3，# 3；綠燈閃爍3秒鐘MOV第二，第五；顯示初始值5s此處是為了防止掉顯LCALL STATE5調(diào)用狀態(tài)5WAIT5: JNB TF0，wait 5；查詢(xún)100ms到否CLR TF0MOV T