交通紅綠燈的控制電路設(shè)計(jì)

1、交通紅綠燈的控制電路設(shè)計(jì)摘要近年來科技的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的日益發(fā)展已經(jīng)不斷的深入到人們的 R日常生活之中，的的電子產(chǎn)品扮演著越來越關(guān)鍵的角色。以單片機(jī)作為中心器件進(jìn)行處理，具有結(jié)構(gòu)簡單、低電壓,低功耗、性能好等優(yōu)點(diǎn)，再結(jié)合硬件設(shè)施，相輔相成，更是完美。城市的交通路口車輛，人群密集。然而，在道，不通紅綠燈起到了絕對作用。本設(shè)計(jì)涉及一種交通紅綠燈的控制電路設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)以 MSC-51 系列單片機(jī) AT89C51為中心來進(jìn)行交通紅綠燈的控制電路設(shè)計(jì)，設(shè)置紅燈燃亮 24s,綠燈燃亮 20s，黃燈閃爍 5s，構(gòu)建了交通燈的控制系統(tǒng)。最后，本設(shè)計(jì)用 Proteus 進(jìn)行了仿真操作，實(shí)現(xiàn)了紅、綠、閃亮，

2、本設(shè)計(jì)操作簡單，功能齊全，拓展性強(qiáng)。種燈的循環(huán)： 交通燈，單片機(jī)，AT89C51 ,Proteus。The Design of Traffic Light Control Electric CircuitABSTRACTThese years with the increasingly development of science,espelly electronictechnology,they have been ceaselessly going dento peoples daily life,more andmore electronic products are playing t

3、he key parts.Handling wiSCM as the centerdevice,whichhastheadvantagesofsimplestructure,lowvoltage,lowerconsumption and good performance.Incomplement each other.bing with hardware in order toThe urban crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling.However,on allways,they are going in order,traffic

4、 light takes absolute effect.This design involves traffic light control electric circuit, in this system, MSC-51 Series MCU AT89C51-centered design of traffic signal controller devi,the red light brightens 24s,thegreen brightens 20s and the yellow light twinkles 5s, this is a traffic light control e

5、lectric system.At last,this design takes a Simulation operation in the Proteus system,realizedcircrightening of red light,green light and yellow light.In his design,the operationis simpleness,the function is complete and the expansibility is favorable.Keywords: Traffic Light , SCM，AT89C51 , Proteus。

6、目錄第一章 緒論11.1引言11.2交通紅綠燈的發(fā)展史11.3單片機(jī)技術(shù)21.3.1 單片機(jī)的概述21.3.2 單片機(jī)的特點(diǎn)21.4 MSC-51 系列單片機(jī)31.4.1 MSC-51 系列單片機(jī)的概述31.4.2 MSC-51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)31.5 AT89C51 單片機(jī)的介紹31.5.1AT89C51 單片機(jī)的的概述31.5.2AT89C51 單片機(jī)的的結(jié)構(gòu)31.5.3AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)41.5.4AT89C51 單片機(jī)引腳6第二章 設(shè)計(jì)方案82.1電源提供方案82.2顯示界面方案82.3輸入方案82.4總體通行方案82.5基本及原理10第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)123.1 系統(tǒng)

7、的硬件設(shè)計(jì)123.1.1 硬件系統(tǒng)的器材123.1.2 硬件系統(tǒng)的電路123.2 系統(tǒng)的工作原理143.3 硬件系統(tǒng)的組成模塊143.3.1最小系統(tǒng)模塊143.3.2狀態(tài)燈顯示模塊143.3.3數(shù)碼管顯示模塊153.3.4驅(qū)動(dòng)模塊16第四章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.1 程序設(shè)計(jì)流程174.2 基本理論知識(shí)174.2.1定時(shí)器184.2.2延時(shí)184.2.3中斷系統(tǒng)184.3 子程序模塊184.3.1狀態(tài)燈顯示及判斷184.3.2數(shù)碼管顯示的判斷204.3.3數(shù)碼管交替顯示21第五章 系統(tǒng)的仿真225.1 程序的調(diào)試與仿真225.1.1 在 Keil Vi4 中生成 HEX 文件225.1.2 在 P

8、roteus 中調(diào)試仿真235.2 仿真結(jié)果23第六章 總結(jié)與展望26參考文獻(xiàn)27附錄. 28致謝. 35第一章緒論1.1 引言在車水馬龍、熙熙攘攘的現(xiàn)代交通社會(huì)，交通安全和秩序已成為極其熱門的話題，交通紅綠燈的出現(xiàn)和發(fā)展，為道車輛與行人的有序做出了極其重要的貢獻(xiàn)。從 19 世紀(jì)60 年代起發(fā)明的第一個(gè)交通信號(hào)燈，到迄今為止 200 年左右的時(shí)間里，交通燈的迅速發(fā)展讓人瞠目結(jié)舌，這不得不說是電子技術(shù)的及創(chuàng)新的有效產(chǎn)物?，F(xiàn)如今，用單片機(jī)控制交通燈的設(shè)計(jì)方案屢見不鮮，主要基于這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，超低功耗，功能強(qiáng)大，拓展性好等優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)閃亮，這種智能工作方式已經(jīng)遍及海、

9、陸、空各個(gè)領(lǐng)域，為人們的出行安全做著不可估量的現(xiàn)實(shí)意義，更是有待深入研發(fā)和不斷。1.2 交通紅綠燈的發(fā)展史1914 年，的克利夫蘭市率先創(chuàng)造了電氣信號(hào)燈，用以取締突然自滅的煤氣信號(hào)燈。這種電氣啟動(dòng)的紅綠燈由紅綠色圓形的投光器組成，紅色意為“停止”，綠色意為“通行”。而后在紐約和芝加哥等城市，先后重新出現(xiàn)了電氣信號(hào)燈。交通信號(hào)燈的實(shí)用規(guī)模才有了初步發(fā)展和擴(kuò)充。1918 年，隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，應(yīng)運(yùn)誕生了第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)，它是三色圓形四面投影器，其中，黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國的，黃色意為“準(zhǔn)備”。此時(shí)，城市交通得到了基本的

10、安全保障，也形成了一定的規(guī)章秩序，交通安全大為改善。1928 年，中國最早的交通紅綠燈出現(xiàn)在的英租界。1932 年，在燈取代。市 Park side 大街上的最后一個(gè)手動(dòng)控制的旗子也被電機(jī)控制信號(hào)從 1920 年到 1970 年近 50 年的時(shí)間里，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈占據(jù)了交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要市場。，英國機(jī)械師德哈特設(shè)于交通事故的擔(dān)憂和紅綠著裝的啟發(fā)，計(jì)出了了史上第一盞信號(hào)燈，驕傲的屹立于在倫敦議會(huì)的廣場上，其燈柱高7米，身染紅、綠兩色，這個(gè)首盞煤氣交通信號(hào)燈點(diǎn)亮了城市街道的安全道路。在 20 世紀(jì) 60 年代早期，計(jì)算機(jī)被引進(jìn)到交通信號(hào)控制系統(tǒng)中。在 1963 年，第一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)

11、控制系統(tǒng)在的多倫多市安裝。到 20 世紀(jì) 70 年代，微處理器被普遍使用，相應(yīng)的硬件和也越來越朝高科技領(lǐng)域發(fā)展。也開始起步，交通信號(hào)燈現(xiàn)在，交通控制更是趨向智能化、廣泛化，未來的交通一定是暢通而便捷的。1.3 單片機(jī)技術(shù)1.3.1 單片機(jī)的概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。處理器 CPU 隨機(jī)器 RAM、只讀器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器、顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路，集成到一塊硅片上的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過 1 代

12、、2 代、3 代的發(fā)展，現(xiàn)在正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，其 CPU 性能不斷增強(qiáng)，資源隨之增多，引角的多功能化，以及低電壓低功耗。1.3.2 單片機(jī)的特點(diǎn)(1) 結(jié)構(gòu)簡單，模塊化靈活處理可靠性高，長時(shí)間工作無故障效率高，質(zhì)量強(qiáng)低電壓低功耗，生產(chǎn)便攜式處理和控制能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)拓展性強(qiáng)單片機(jī)是一種集成電路，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的1.4 MSC-51 系列單片機(jī)1.4.1 MSC-51 系列單片機(jī)的概述MCS-51 系列單片機(jī)的產(chǎn)品類型可分為兩個(gè)子系列：51 子系列和 52 子系列。51 系列包括 8051、8751 和 8031，以及改進(jìn)的 80C51、87C51、80C

13、31 三個(gè)型號(hào)；52 系列有 5021、8752和 8032，以及改進(jìn)的 80C52、87C52、80C32 三個(gè)型號(hào)。即、 C51 與 8031。這兩個(gè)系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)基本無差異，CPU 處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，主要功能差異體現(xiàn)在 ROM的容量有所不同，具體反應(yīng)為：8051 內(nèi)設(shè) 4KB 的掩膜 ROM，8751 內(nèi)設(shè) 4KB 的 EPROM，89C51內(nèi)設(shè) 4KB 的 EPROM，8031 內(nèi)無 ROM。1.4.2 MSC-51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)內(nèi)存容量大，應(yīng)用更廣泛性價(jià)比高，開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化（3）集成度高，運(yùn)行速度快，性強(qiáng)功能完善，指令兼容，處理能力好超低功耗、超低電壓總線多樣，

14、易于擴(kuò)展1.5 AT89C51 單片機(jī)的介紹1.5.1 AT89C51 單片機(jī)的概述AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存 FPEROM 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器。此單片機(jī)與 MCS-51 兼容，F(xiàn)PEROM 可以進(jìn)行 1000 寫/擦循環(huán)操作，數(shù)據(jù)可保留長達(dá) 10 年時(shí)長，在0Hz-24MHz 頻率下全靜態(tài)工作，具有 1288 位時(shí)器/計(jì)數(shù)器和 5 個(gè)中斷源。AT89C51 單片機(jī)為很多廉的方案。RAM、32 個(gè)可編程 I/O 線、兩個(gè) 16 位定控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)1.5.2 AT89C51 單片機(jī)的的結(jié)構(gòu)在一塊小上，集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，每一個(gè)

15、單片機(jī)包括：（1）一個(gè) 8 位的微處理器（CPU）（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)器 RAM（128B/8KB）（3）片內(nèi)程序器 ROM/EPROM(4KB/8KB)四個(gè) 8 位并行 I/O 接口 P0-P3兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行 I/O 口（8)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路以上各部分通過數(shù)據(jù)總線相連接。AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框如圖 1.1 所示：圖 1.1 AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖1.5.3 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)AT89C51 單片機(jī)主要包括處理單元（CPU）、器、I/O 接口三部分，以下將具體介紹各部分功能特性。1、處理單元（

16、CPU）運(yùn)算器算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的單元 ALU(8 位)：可對 4 位（半字節(jié)）、8 位（一字節(jié)）、16 位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。累加器 ACC（8 位）：一個(gè)運(yùn)算數(shù)經(jīng)暫存器 2 進(jìn)入 ALU 的輸入端，與另一個(gè)來自暫存器 1的運(yùn)算數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又送回 ACC。程序狀態(tài)寄存器 PSW(8 位)：指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，其各位狀態(tài)供程序查詢和判別用。寄存器 B（ 8 位）：在乘、除運(yùn)算時(shí)，用來存放一個(gè)操作數(shù)；也用來存放運(yùn)算后的一部分結(jié)果；若不做乘除運(yùn)算時(shí)，則可作為作為通用寄存器使用。E.作。處理器：專門用于處理位操作的，以 PSW 中的 CY 為其累加器，專門用于處理位操F. 暫存器（

17、TMP1、TMP2，8 位）：ALU 的兩個(gè)（2）控制器。A. 程序計(jì)數(shù)器 PC（16 位）：由兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器 PCH、PCL 組成。PC 是程序的字節(jié)地址計(jì)數(shù)器，PC 內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。B. 指令寄存器 IR 及指令譯ID：由 PC 中的內(nèi)容指定 ROM 地址，取出來的指令經(jīng)IR 送至 ID，由 ID 對指令譯碼并送 PLA 產(chǎn)生一定序列的控制信號(hào)，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。C. 振蕩器和定時(shí)電路：89C51 單片機(jī)片內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（2 個(gè) 30pF 左右），其頻率范圍為 0MHz24MHz。2、器（1）程序器 ROM：89C51 片內(nèi)和表格常數(shù)。器容

18、量為 4KB，地址從 0000H-0H，用于存放程序（2）數(shù)據(jù)器 RAM:片內(nèi)容量 128B，地址為 00H7FH,用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。3、I/O 接口AT89C51 有四個(gè) 8 位并行 I/O 接口 P0P3。它們都是雙向端口，每個(gè)端口各有 8 條 I/O 線。P0-P3 口四個(gè)鎖存器同 RAM編址，可作為 SFR 來尋址。AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示：1.5.4 AT89C51 單片機(jī)引腳AT89C51 單片機(jī)引腳包含電源引腳、時(shí)鐘電路引腳、控制信號(hào)引腳和 I/O 端口四部分，以下將具體介紹各部分功能特性。1、電源引腳：Vcc 和 VssVcc

19、(40 腳)：電源端，為+5V。Vss(20 腳)：接地端。2、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1 和 XTAL2XTAL1（19 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。XTAL2（18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。3、控制信號(hào)引腳 RST、ALE、PSEN 和 EA（1）RST/VPD（9 腳）：A. RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，有效。B. VPD ：RST 引腳的第二功能，備用電源輸入端。ALE/PROG（30 腳）：ALE：地址鎖存允許信號(hào)端。以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖。PROG：是對片內(nèi)帶有 4KB EP

20、ROM 編程寫入時(shí)提供編程脈沖輸入。PSEN（29 腳）：程序器允許信號(hào)輸出端，其負(fù)載能力為 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。EA/Vpp（31 腳）：A. EA：外部程序器地址允許輸入端，接與低電平，CPU 工作內(nèi)容不同。B. Vpp：對 8751 片內(nèi) EPROM4、I/O 端口 P0、P1、P2 和 P3編程時(shí)，編程電壓輸入端（12-21V）。（1）P0 口（P0.0-P0.7，39-32 腳）：漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。（2）P1 口（P1.0-P1.7，1-8 腳）：帶LS 型 TTL 負(fù)載。（3）P2 口（P2.0-P2.7，

21、21-28 腳）：帶LS 型 TTL 負(fù)載。（4）P3 口（P3.0-P3.7，10-17 腳）：帶LS 型 TTL 負(fù)載。AT89C51 單片機(jī)引腳如圖 1.3 所示:上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口，每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口，每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口，每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)圖 1.3 AT89C51 單片機(jī)引腳圖第二章設(shè)計(jì)方案2.1 電源提供方案為使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，須有可靠電源。因此考慮了兩種電源方案：方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電

22、路電平。方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。綜上所述，故選擇方案一。2.2 顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)功能，因此考慮了二種方案：方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符，簡單，方便。方案二：采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。這種方案雖然功能強(qiáng)大，并可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的綜上所述，故選擇方案一。工作。2.3 輸入方案任務(wù)書要求系統(tǒng)能調(diào)節(jié)三色交通燈亮?xí)r間，因此研究了兩種方案：方案一：采用單片機(jī)擴(kuò)展 I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計(jì)數(shù)器。

23、若用該方案，可提供較多 I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。方案二： 直接在I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及 RAM 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。2.4 總體通行方案本設(shè)計(jì)方案設(shè)定紅燈燃亮 24s,綠燈燃亮 20s,黃燈燃亮 4s。首先，南北方向紅燈亮 24s，東西方向綠燈亮 20s，后轉(zhuǎn)為黃燈閃亮 4s；然后，東西方向紅燈亮 24s，南北方向綠燈亮 20s，轉(zhuǎn)為黃燈閃亮 4s。依此順序，南北方向與東西方向紅、綠、色燈循環(huán)閃亮。本設(shè)計(jì)的路通信號(hào)燈狀態(tài)如圖 2.1 所示：狀態(tài) 1狀態(tài) 2狀態(tài) 3狀態(tài) 4圖 2.1路通信

24、號(hào)燈狀態(tài)圖東西南北四個(gè)路口均有紅、綠、色燈和數(shù)碼顯示管 2 個(gè)，狀態(tài)燈指示通行情況，數(shù)碼管顯示狀態(tài)燈燃亮?xí)r間。在任一路口，遇紅燈通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈閃爍警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。本設(shè)計(jì)方案的各個(gè)狀態(tài)下紅、綠、表 2.1 所示，其中，黑色表示燈亮，白色表示燈滅。色燈的工作狀態(tài)及工作時(shí)間如表 2.1紅、綠、色燈的工作狀態(tài)及工作時(shí)間以下將結(jié)合表 2.1 具體說明各個(gè)狀態(tài)下紅、綠、色燈的工作狀態(tài)及工作時(shí)間。狀態(tài) 1：南北方向紅燈亮 20s,綠燈和黃燈滅；東西方向綠燈亮 20s，紅燈和黃燈滅。狀態(tài) 2：南北方向紅燈持續(xù)亮 4s,綠燈和黃燈滅；東西方向黃燈閃爍 4s，紅燈和綠燈滅。狀態(tài) 3：南北方向綠

25、燈亮 20s,紅燈和黃燈滅；東西方向紅燈亮 20s，綠燈和黃燈滅。狀態(tài) 4：南北方向黃燈閃爍 4s,紅燈和綠燈滅；東西方向紅燈持續(xù)亮 4s，綠燈和黃燈滅。繼續(xù)循環(huán)重復(fù)狀態(tài) 1-狀態(tài) 4。2.5 基本及原理單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更加人性化。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示例圖如圖 2.2 所示：紅燈綠燈黃燈狀態(tài)一20s南北方向東西方向狀態(tài)二4s南北方向東西方向狀態(tài)三20s南北方向東西方向狀態(tài)四4s南北方向東西方向圖 2.2 整體結(jié)構(gòu)示例圖據(jù)此，本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制，將 LED 模塊、數(shù)

26、碼管顯示模塊、最小系統(tǒng)模塊及驅(qū)動(dòng)模塊連結(jié)成一個(gè)整體的系統(tǒng)，并提供程序的輸入端口，由狀態(tài)燈顯示模塊和數(shù)碼管顯示模塊進(jìn)行輸出。單片機(jī)上電后，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到 LED 數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。紅黃綠信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路最小系統(tǒng) 接口電路單片機(jī)數(shù)碼管顯示第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1.1 硬件系統(tǒng)的器件本設(shè)計(jì)方案的硬件系統(tǒng)所需元器件如表 3.1 所示：表 3.1 系統(tǒng)所需元器件3.1.2 硬件系統(tǒng)的電路本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為，系統(tǒng)硬件電路由四部分組成：最小系統(tǒng)模塊，狀態(tài)燈顯示模塊，數(shù)碼管顯示模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。單片機(jī)引腳的具體連接

27、情況如下：時(shí)鐘電路引腳：XTAL1 和 XTAL2，接外部晶體和微調(diào)電容，接入晶振時(shí)鐘電路。RST 引腳，復(fù)位信號(hào)輸入端，接復(fù)位電路，有效。ALE：地址鎖存允許信號(hào)端；PSEN：程序器允許信號(hào)輸出端。接。P1.0-P1.5 口，AT89C51 單片機(jī)將狀態(tài)碼值送至 P1 口，控制紅綠黃發(fā)光二極管。P0.0-P0.7 口，AT89C51 單片機(jī)將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯 P0 口，控制兩片 LED 數(shù)碼管。P2.6 與 P2.7 口，接驅(qū)動(dòng)模塊，對數(shù)碼管進(jìn)行片選。其具體的硬件電路總圖如圖 3.1 所示：元器件型號(hào)數(shù)量共陽極數(shù)碼管2 個(gè)LED 發(fā)光二極管紅黃綠各 4 個(gè)1k 歐電阻4 個(gè)

28、10k 歐排組一排開關(guān)1 個(gè)20pF 電容2 個(gè)22nF 電容1 個(gè)晶體振蕩器1 個(gè)NPN 三極管2 個(gè)導(dǎo)線若干圖 3.1 硬件電路總圖3.2 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)經(jīng)初始化之后，首先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管。在 AT89C51 單片機(jī)中，將狀態(tài)碼值送至 P1 口，控制指示燈的亮滅情況；將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯 P0 口，在此同時(shí)用刷新 LED 數(shù)碼管。方法計(jì)時(shí) 1s，到達(dá) 1s 就要將時(shí)間值減 1，當(dāng)時(shí)間值到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所設(shè)置的時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，。南北向黃燈閃爍倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，系統(tǒng)重新循環(huán)。3.3 硬件系統(tǒng)的主要組成模塊3.3.1

29、 最小系統(tǒng)模塊最小系統(tǒng)模塊由 AT89C51 單片機(jī)、晶振電路及復(fù)位電路組成。AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的部分，將 LED 模塊、數(shù)碼管顯示模塊、最小系統(tǒng)模塊及驅(qū)動(dòng)模塊連結(jié)成一個(gè)整體的系統(tǒng)，并提供程序的輸入端口；晶振電路提供時(shí)鐘激勵(lì)，保證單片機(jī) 和外部電路的時(shí) 序邏輯電路協(xié)調(diào)動(dòng)作；復(fù)位電路在上電或復(fù)位的過程中，控制 CPU 的復(fù)位狀態(tài)，這段時(shí)間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，防止 CPU 發(fā)出錯(cuò)誤的指令或執(zhí)行錯(cuò)誤的操作。最小系統(tǒng)模塊如圖 3.2所示：圖 3.2 最小系統(tǒng)模塊3.3.2 狀態(tài)燈顯示模塊狀態(tài)燈顯示模塊由 12 個(gè) LED 燈組成，其中，D1 和 D4 為南北方向黃燈，D2 和

30、D5 為南北方向紅燈，D3 和D6 為南北方向綠燈，D7 和 D10 為東西方向綠燈，D8 和 D11 為東西方向紅燈，D9 和 D12 為東西方向黃燈。每組 LED 燈對應(yīng)接入 AT89C51 單片機(jī)的 P1.0-P1.5 口。其中，當(dāng)南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮?xí)r，南北方向通行，東西方向可以通行；東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮?xí)r，東西方向通行，南北方向可以通行；黃燈閃爍時(shí)，提醒即將進(jìn)入通行狀態(tài)。狀態(tài)燈顯示模塊如圖 3.3 所示：圖 3.3 狀態(tài)燈顯示模塊3.3.3 數(shù)碼管顯示模塊八段共陽極二極管有 8 個(gè)發(fā)光二極管(比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 dop，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陽極連

31、在一起，這樣，一個(gè) LED 數(shù)碼管就有 1 根位選線和 8 根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。LED 數(shù)碼管的表示如圖 3.4 所示:程序上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后進(jìn)行顯示。數(shù)碼管顯示模塊如圖 3.5 所示：圖 3.5 數(shù)碼管顯示模塊3.3.4 驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)模塊由 2 個(gè) NPN 三極管、2 個(gè) 1k 歐電阻及 1 個(gè) 10k 歐排阻組成。數(shù)碼管的段碼端口 通過排阻與單片機(jī)的 P0 口相連，此處電阻起到限流作用。而數(shù)碼管的位選端口與 NPN 型三極管的集電極相連，發(fā)射極接電源，為數(shù)碼管提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，三極管的基極

32、通過 1k 歐電阻與單片機(jī)的 P2.6 和 P2.7 相連，通過單片機(jī)端口的電位變化控制三極管的導(dǎo)通與截止，有效，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管穩(wěn)定顯示的功能。驅(qū)動(dòng)模塊如圖 3.6 所示：圖 3.6 驅(qū)動(dòng)模塊ab第四章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)流程整個(gè)所示：程序方面主要分兩大部分：主程序部分和中斷處理程序。系統(tǒng)總流程圖如圖 4.1開始圖 4.1 系統(tǒng)總流程圖本設(shè)計(jì)旨在：該智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。智能交通燈控制系統(tǒng)在正常工作的情況下，每 24s 循環(huán)變化一次。每個(gè)循環(huán)周期在正在通行路口的黃燈開始閃爍，以提醒路人上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變化。4s 時(shí)，4.2 基本理論

33、知識(shí)東西，南北方向換向調(diào)顯示子程序（動(dòng)態(tài)顯示）東西亮綠燈，南北亮紅燈系統(tǒng)初始化4.2.1 定時(shí)器單片機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，采用工作方式 1， 工作方式 1 的定時(shí)時(shí)間為：t=(216-T 初值 )振蕩周期12其定時(shí)器最大定時(shí)時(shí)間為 65.536ms，顯然達(dá)不到 1s，所以，本設(shè)計(jì)方案采用定時(shí)器與軟件相結(jié)合的方式進(jìn)行定時(shí)計(jì)算。在程序中設(shè)定計(jì)數(shù)器初值為 50，定時(shí)器 T0 定時(shí) 20ms，這樣，可以定時(shí)時(shí)間為 1s。當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開啟 T0 中斷，進(jìn)入其中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，設(shè)置定時(shí)時(shí)間，CPU 首先使計(jì)數(shù)器值減 1，然后判斷其值是否為 0。若為 0，則表示已經(jīng)達(dá)到定時(shí)

34、時(shí)間可以返回主程序繼續(xù)進(jìn)行。4.2.2延時(shí)MCS-51 的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12 倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（1/12MHZ）=1us?？梢灾w每條指令的周期數(shù)，這樣就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。4.2.3 中斷系統(tǒng)本系統(tǒng)主要使用了 T0 中斷和T1 中斷。其中T0 中斷的兩個(gè)作用為：（1）交通燈狀態(tài)的改變。設(shè)置定時(shí)時(shí)間，CPU 首先使是否為 0。直至為 0 時(shí)，交通燈狀態(tài)改變。計(jì)數(shù)器值減 1，然后判斷其值（2）數(shù)碼管顯示的判斷。數(shù)碼管的顯示并不在 T0 中斷中體

35、現(xiàn)，T0 中斷僅僅是說明了在狀態(tài)燈進(jìn)行顯示時(shí)伴隨著數(shù)碼管的顯示。T1 中斷的作用為：進(jìn)行數(shù)碼管顯示。由于 T1 定時(shí)器中斷時(shí)間很短，刷新速度就很快，所以兩個(gè)數(shù)碼管交替顯示的效果在人眼看來，是同時(shí)顯示的。4.3 子程序模塊4.3.1 狀態(tài)燈顯示及判斷在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有 6 組，即：東西綠燈，東西黃燈，東西紅燈，南北綠燈，南北黃燈，南北紅燈。定義 IO 端口如下，均是低電平有效。（1）定義指示燈與 IO 端口連接子程序：sbit RED_A= P10;/東西向指示燈sbit YELLOW_A= P11;sbit GREEN_A=P12;sbit RED_B=P13;/南北向指示燈sbit

36、 YELLOW_B =P14;sbit GREEN_B=P15;（2）東西向綠燈與南北向紅燈亮 20S 子程序：RED_A=1;YELLOW_A=1;GREEN_A=0;RED_B=0;YELLOW_B=1;GREEN_B=1;if(+LED_Count=50)/1sif(+Time_Count!=1000)return;/狀態(tài) 1 延續(xù)時(shí)間 20sTime_Count=0;LED_Count=0;LED_Sec=0;LED1=0;LED2=0;Operation_Type=2;break;（3）東西向黃燈閃爍 4s 子程序：if(+Time_Count!=20) return;/黃燈狀態(tài)改變

37、間隔 400msTime_Count=0;YELLOW_A=!YELLOW_A;GREEN_A=1;/黃燈狀態(tài)改變if(+Flash_Count!=10)return;/黃燈狀態(tài)改變 10 次，閃爍 4 次Flash_Count=0;LED_Count=0;LED_Sec=0;LED1=0;LED2=0;Operation_Type=3;break;4.3.2 數(shù)碼管顯示的判斷在 T0 中斷中，設(shè)置數(shù)碼管等待時(shí)間，每隔一秒等待時(shí)間減一。直至為 0，中斷結(jié)束，繼續(xù)執(zhí)行主程序。（1）數(shù)碼管選通端口子程序：sbit LED1_SEL=P26;/數(shù)碼管 1 選通端口sbit LED2_SEL=P27;

38、/數(shù)碼管 2 選通端口（2）數(shù)碼管顯示 20S 子程序：if(+LED_Count=50)/1sLED_Count=0;LED_Sec+;LED1=(20-LED_Sec)/10;/20sLED2=(20-LED_Sec)%10;（3）數(shù)碼管顯示 4s 子程序：if(+LED_Count=50)/1sLED_Count=0;LED_Sec+;LED1=(4-LED_Sec)/10;/4sLED2=(4-LED_Sec)%10;4.3.3 數(shù)碼管交替顯示在 T1 中斷中，進(jìn)行數(shù)碼管交替顯示。由于T1 定時(shí)器中斷時(shí)間很短，刷新速度很快，所以兩個(gè)數(shù)碼管交替顯示的效果在人眼看來，是同時(shí)顯示的。數(shù)碼管交

39、替顯示子程序：if(flag=1)/數(shù)碼管 1 顯示，數(shù)碼管 2 不顯示flag=0;LED1_SEL=1;LED2_SEL=0;P0=DSY_CED1;else/數(shù)碼管 1 不顯示，數(shù)碼管 2 顯示flag=1;LED1_SEL=0;LED2_SEL=1;P0=DSY_CED2;第五章 系統(tǒng)的仿真5.1 程序的調(diào)試與仿真5.1.1 在 KeilVi4 中生成 HEX 文件Keil Vi4 的調(diào)試頁面如圖 5.1 所示：圖 5.1 Keil Vi4 的調(diào)試頁面本設(shè)計(jì)方案所采用的生成 HEX 文件調(diào)試與運(yùn)行Vi4，其具體執(zhí)行過程如下：是單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) Keil（1）首先，打開 Keil Vi4，

40、在“Vi4”頁面的菜單欄，點(diǎn)擊“Project”，進(jìn)而點(diǎn)擊所出現(xiàn)的“New Project”，頁面會(huì)彈出“Create New Project”新項(xiàng)目名稱。（2）然后，在輸入所見的新項(xiàng)目名稱后，點(diǎn)擊“OK”，頁面會(huì)彈出“Select Device”框，在此框中輸入所建的框，在此框中選擇本設(shè)計(jì)方案的單片機(jī)AT89C51。（3）其次，在“Vi4”頁面的菜單欄，點(diǎn)擊“New”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空白的窗口用來編輯文本，在此窗口輸入本設(shè)計(jì)方案的程序，同時(shí)創(chuàng)建新的源程序“交通燈.c”文件。（4）接著，在頁面左側(cè)的“Project”窗口點(diǎn)擊文件組，同時(shí)按鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出一個(gè)界面，在此界面選擇“Add Files

41、to Group Source Group 1”選項(xiàng)，將“交通燈.c”程序載入到“SourceGroup1”中。（5）最后，在“Project”的文件組中，點(diǎn)擊“Rebuild all功，則生成“交通燈.HEX”文件。5.1.2 在 Proteus 中調(diào)試仿真Files”選項(xiàng)，編譯程序，若成本設(shè)計(jì)方案所采用的模擬仿真為Proteus Pro 7.8 SP2，具體仿真過程如下：在 ISIS 仿真圖界面，按照圖 3.2.8 畫出本系統(tǒng)電路圖。用鼠標(biāo)雙擊 AT89C51 單片機(jī)，界面會(huì)彈出“Edit Component”框，找到此框的“Clock Frequency”欄，在其中將單片機(jī)晶振頻率設(shè)置為

42、 12MHz,在“Program File”欄中，單擊新建圖標(biāo)，選擇之前用“Vi4” 生成的“交通燈.HEX”文件。(3)完成操作后，單擊 proteus 下方界面運(yùn)行仿真按鈕，進(jìn)行仿真。5.2 仿真結(jié)果本系統(tǒng)四個(gè)狀態(tài)下的指示燈顯示和數(shù)碼管顯示的仿真效果圖如下：（1）當(dāng) proteus 開始仿真時(shí)，進(jìn)入狀態(tài) 1，如圖 5.2 所示,圖 a 為狀態(tài)燈顯示模塊的仿真效果圖，南北方向紅燈（D2/D5）與東西方向綠燈（D7/D10）亮，圖 b 為數(shù)碼管顯示模塊仿真效果圖，顯示時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)（20s）：00、19、18、17.00。ab圖 5.2 狀態(tài) 1（20s)（2）狀態(tài) 1 結(jié)束時(shí)，數(shù)碼管顯示 0

43、0，進(jìn)入狀態(tài) 2，如圖 5.3 所示，圖 a 為狀態(tài)燈顯示模塊的仿真效果圖，南北方向紅燈(D2/D5)亮，東西方向黃燈（D9/D12）閃爍，圖 b 為數(shù)碼管顯示模塊仿真效果圖，顯示時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)（4s）：00、03、02、01、00。ab圖 5.3 狀態(tài) 2（4s)（3）狀態(tài) 2 結(jié)束時(shí)，數(shù)碼管顯示 00，進(jìn)入狀態(tài) 3，如圖 5.4 所示，圖 a 為狀態(tài)燈顯示模塊的仿真效果圖，南北方向綠燈(D3/D6)與東西方向紅燈(D8/D11)亮，圖 b 為數(shù)碼管顯示模塊仿真效果圖，顯示時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)（20s）：00、19、18、17.00。圖 5.4 狀態(tài) 3（20s)（4）狀態(tài) 3 結(jié)束時(shí)，數(shù)碼管顯示

44、 00，進(jìn)入狀態(tài) 4，如圖 5.5 所示，圖 a 為狀態(tài)燈顯示模塊的仿真效果圖，南北方向黃燈(D1/D4)閃爍,東西方向紅燈(D8/D11)亮，圖 b 為數(shù)碼管顯示模塊仿真效果圖，顯示時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)（4s）：00、03、02、01、00。圖 5.5 狀態(tài) 4（4s)狀態(tài) 4 結(jié)束時(shí)，數(shù)碼管顯示 00，重新進(jìn)入狀態(tài) 1，此后，會(huì)繼續(xù)循環(huán)重復(fù)狀態(tài) 1-狀態(tài) 4。第六章總結(jié)與展望本次設(shè)計(jì)的交通燈控制電路實(shí)現(xiàn)了兩組紅、綠、色燈的循環(huán)閃亮。本系統(tǒng)充分利用了 MSC-51 系列單片機(jī) AT89C51 為中心器件，由 P1 口顯示紅、綠、色燈的燃亮狀態(tài)；由P0 口顯示各個(gè)信號(hào)燈的燃亮?xí)r間。需要，還可以根據(jù)本

45、系統(tǒng)通過擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)其他功能。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更加深入的學(xué)習(xí)了單片機(jī)的知識(shí)，充分運(yùn)用了單片機(jī)的使用方法，不僅合理的結(jié)合了硬件與，而且完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。本次設(shè)計(jì)涵蓋知識(shí)面廣，理論與實(shí)踐相結(jié)合，任務(wù)量頗大，實(shí)際遇到也很多，為了全面學(xué)習(xí)理論知識(shí)，實(shí)際進(jìn)行仿真操作，花費(fèi)了大量時(shí)間，也克服了很多難關(guān)。通過查閱相關(guān)資料，將交通紅綠燈的工作原理，設(shè)計(jì)出完整的系統(tǒng)，在 Proteus 中進(jìn)行反復(fù)調(diào)試與仿真，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的要求，掌握了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。的專業(yè)技能，提高了設(shè)計(jì)技巧，為將來成為優(yōu)秀的應(yīng)用型奠定了參考文獻(xiàn)123456789.單片機(jī)C 語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 100 例.：電子工業(yè)，2009

46、.單片機(jī)原理及接術(shù)（第 3 版）.：航空航天大學(xué)，2005. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo).：航空航天，2005，2007.電子技術(shù)實(shí)踐與訓(xùn)練.：高等教育坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)，1998. 數(shù)字電子技術(shù).單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)：.高等教育：，2002，1997.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版）.：高等教育，1991，2004，2006.數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù).西安：西北工業(yè)大學(xué)10劉華東.單片機(jī)原理與應(yīng)用（第 2 版）.：電子工業(yè)1112 趙 13 1415,曹國華.單片機(jī)原理及接.單片機(jī)原理與應(yīng)用.單片機(jī)原理及應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)術(shù).陜西:西安電子科技大學(xué),2000：機(jī)械工業(yè)：高等

47、教育，2009，2008，2005：高等教育PEOTEUS 在 MSC-51ARM7 系統(tǒng)中的應(yīng)用百例：電子工業(yè)，2006附錄系統(tǒng)程序：#include#define uchar unsigned char#define uunsignedsbit RED_A=P10;/東西向指示燈sbit YELLOW_A=P11;sbit GREEN_A=P12;sbit RED_B=P13;/南北向指示燈sbit YELLOW_B =P14;sbit GREEN_B=P15;sbit LED1_SEL=P26;/數(shù)碼管 1 選通端口sbit LED2_SEL=P27;/數(shù)碼管 2 選通端口uTime_C

48、ount=0,Flash_Count=0,Operation_Type=1,LED_Count=0,LED_Sec=0;/延時(shí)倍數(shù)，閃爍次數(shù)，操作類型，數(shù)碼管狀態(tài)改變延時(shí)倍數(shù)，等待時(shí)間uLED1=0,LED2=0;/數(shù)碼管初始狀態(tài)均顯示 0uflag=0;/兩個(gè)數(shù)碼管輪流選通標(biāo)志uchar code DSY_CODE=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;/數(shù)碼管段碼表void main()TMOD=0X11;/定時(shí)器 0,1 工作方式為 1；IE=0X8A;/允許定時(shí)器 0,1 中斷TH0=-20000/256;TL0=-20000%256;