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)

PAGEiii基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制器的設(shè)計(jì)THEDESIGNOFTRAFFICLIGHTS’ANALOGCONTROLLERBASEDONSINGLE-CHIPMICROCOMPUTER

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(lái)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)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(lái)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(guò)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(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大部分功能，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(yǔ)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(wèn)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：AT89S51；LED顯示；交通燈AbstractHasanalyzedthemodernmunicipaltransportationcontrolandthemanagementquestionpresentsituation,unifiedthecityandcountrysidetransportationtheactualsituationtoelaboratethetrafficlightcontrolsystemprincipleofwork,hasproducedonekindofsimplepracticalcitytrafficlightcontrolsystemhardwarecircuitdesignplan.Alongwiththesocialeconomydevelopment,themunicipaltransportationquestionmoreandmorearousespeople'sinterest.Theperson，thevehicle,theroadthreerelations

coordinations,havebecomeoneofimportantquestionswhichthetrafficcontroldepartmentneedstosolve.Themunicipaltransportationcontrolsystemisusesinthecomputersynthesismanagementsystemmanagementsystemwhichthemunicipaltransportationdatamonitor,thestreet-trafficcontrollightscontrolandthetransportationunblocks,itisinthemodernmunicipaltransportationmonitoringcommandsystemthemostimportantconstituent.Alongwiththecityvehiclequantityunceasingincrease,manybigcitieslikeBeijing,Shanghai,Nanjingandsoonhadthetransportationexcessloadmovementsituation,therefore,fromthe80'slaterperiods,thesecitiesconstructsthecityspeed-wayinabundance,completestheinitialperiodinthespeed-wayconstruction,theyalsoonceeffectivelyimprovedthetransportationcondition.However,andlacksalongwiththevolumeoftrafficfastgrowthtothespeed-waysystemresearchandthecontrol,thespeed-waynotfullyplaystheanticipatedrole.Butcityspeed-wayinstructurecharacteristic,alsohaddecidedthecityspeed-waytransportationconditioninevitablyreceivesthespeed-wayandtheordinarypathcouplingplacetransportationconditionrestriction.Therefore,howusestheappropriatecontrolmethod,maximumlimitusesthegoodconsumptionlargeamountofmoneyconstructionthecityspeed-way,alleviatesbranchwithRamp,thecitysupportswiththeperipherallocalitytransportationstopsupthecondition,moreandmorebecomesthemainquestionwhichthetransportationmanagementandtheurbanplanningdepartmenturgentlyawaitstobesolved.Therefore,appliedtheknowledgethroughmewhichstudiedtodesignasetoftrafficlightscontrolcircuitplan.Thetrafficlightcontrolsystemmainlybythetimingcircuit,thehostcontrolstheelectriccircuit,thesignallightswitch,thepulsesignalgeneratingdevicescomposed.Keyword:TheAT89S51;LEDshow;transportationlightPAGEII目錄TOC\o"1-3"\u第1章緒論 11.1引言 11.2課題研究的背景 11.2.1單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展 11.2.2LED技術(shù)的應(yīng)用 21.2.3交通信號(hào)燈的發(fā)展 41.3課題研究的主要內(nèi)容 51.4課題研究的目的及意義 6第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 72.2硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識(shí) 72.2.1AT89S51芯片簡(jiǎn)介 82.2.28255芯片簡(jiǎn)介 102.2.374LS164芯片簡(jiǎn)介 112.2.474LS273芯片簡(jiǎn)介 13第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 143.1單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 143.1.1AT89S51最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 143.2按鍵控制電路設(shè)計(jì) 153.3LED顯示電路設(shè)計(jì) 163.3.1LED結(jié)構(gòu)和參數(shù) 163.3.2LED器件的恒流驅(qū)動(dòng)方式 173.3.3LED器件的脈沖驅(qū)動(dòng)方式 183.3.4點(diǎn)陣式LED顯示屏 183.4以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì) 193.5電源設(shè)計(jì) 21第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 234.1單片機(jī)開發(fā)流程 234.2KeiluVision2軟件的仿真調(diào)試 234.2.1Keil的介紹 234.2.2KeiluVision2軟件的操作 244.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程 244.3.1定時(shí)電路設(shè)計(jì) 264.3.2倒計(jì)時(shí)電路流程圖設(shè)計(jì) 284.3.3按鍵電路流程圖設(shè)計(jì) 294.3.4圖形顯示電路和字形顯示電路流程圖設(shè)計(jì) 294.4工作原理分析 30第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 325.1總結(jié) 325.2系統(tǒng)主要特點(diǎn) 335.3展望 33結(jié)論 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄一控制源程序清單 37附錄二電路原理圖 43PAGEPAGE45第1章緒論1.1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(lái)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(lái)的。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車輛的增多，交通擁擠問(wèn)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?；谝陨峡紤]，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。1.2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、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MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)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，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來(lái)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)镸CS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(guò)來(lái)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(lái)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(lái)市場(chǎng)的重要角色，有著廣闊的應(yīng)用前景。[1～5]1.2.2LED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、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，給信號(hào)燈產(chǎn)品帶來(lái)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)長(zhǎng)ED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(lái)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(wèn)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12VA~25VA之間，白熾燈泡光源的信號(hào)燈單個(gè)發(fā)光單元的功率一般在80W~100W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40VA~60VA之間。由此可見(jiàn)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1000h，低壓鹵鎢燈泡的平均壽命是2000h，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(guò)5年，LED未有損壞。單管LED的理論壽命為100000h，由此推斷LED信號(hào)燈的實(shí)際使用壽命大于50000h。4、存在的一些問(wèn)題。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14887－2003《道路交通信號(hào)燈》實(shí)施以來(lái)，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(wèn)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(méi)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?？?，為L(zhǎng)ED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)燈的發(fā)展有以下幾方面的趨勢(shì)：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(wèn)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(wèn)題。[6～8]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)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(wú)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(lái)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(lái)，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。[9～11]1.3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。北西北西東南圖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(guò)，急救車的通行時(shí)間為10秒，急救車過(guò)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、16×16點(diǎn)陣式LED能夠顯示行人“禁止通行”與“允許通行”的圖案。1.4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(lái)越高，而且對(duì)交通信號(hào)燈功能的要求也越來(lái)越多，交通信號(hào)燈已不僅僅是一種用來(lái)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(guò)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。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1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(jiàn)圖2.1。按鍵控制電路按鍵控制電路定時(shí)控制電路ＡＴ單８９片Ｓ５機(jī)１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2.2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。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74HC164，74HC273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。2.2.1AT89S51芯片簡(jiǎn)介AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)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ISPFlash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。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes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(guò)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)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：?8031CPU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2．管腳說(shuō)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，P2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)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。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（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）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(guò)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(lái)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(lái)讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問(wèn)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(wèn)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(guò)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(wú)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(wèn)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-FFFFH），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。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。2.2.28255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PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。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／Ｂ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(shuō)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(shuō)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(shuō)明下表所示：D7D6D5D4D3D2D1D0D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。D6、D5：A口方式選擇00—方式001—方式11×—方式2D4：A口功能（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(shuō)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)。方式2：雙向總線方式。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)。2.2.374LS164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/bit74系列工作溫度：0°CtoVcc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2.274LS164引腳圖圖2.374LS164邏輯符號(hào)2.2.474LS273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)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。圖2.474LS273管腳圖74LS273管腳功能：1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q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3章系統(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：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購(gòu)性；③軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④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。3.1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(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的基本功能。3.1.1AT89S51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(méi)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。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(guò)外部復(fù)位電路的22uF電容的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣只要電源VCC的上升時(shí)間不超過(guò)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(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。3.2按鍵控制電路設(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(guò)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。圖3.2按鍵與單片機(jī)接口電路3.3LED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，此外，還用到了74LS164和74LS273兩塊譯碼芯片，如圖3.3所示。圖3.316*16點(diǎn)陣式LED顯示電路3.3.1LED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。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(guò)驅(qū)動(dòng)器接到系統(tǒng)的并行輸出口上，由CPU輸出適當(dāng)?shù)拇a來(lái)點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的LED。圖3.5共陽(yáng)極連接3.3.2LED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(guò)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(wú)關(guān)，取決于外參數(shù)。圖3.6LED的恒流驅(qū)動(dòng)原理LED管的正向電流：其中為電源電壓，為L(zhǎng)ED開啟電壓為三極管飽和壓降，為負(fù)載電阻。3.3.3LED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)。脈沖驅(qū)動(dòng)的一個(gè)重要應(yīng)用就是用占空比來(lái)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(jué)惰性和運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。當(dāng)顯示穩(wěn)定的，連續(xù)的，無(wú)閃爍的動(dòng)態(tài)圖象時(shí)，要求幀刷新率要>=30Hz，點(diǎn)亮頻率>=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(jiàn)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3.78*8點(diǎn)陣式LED顯示單元圖3.88*8點(diǎn)陣式LED本設(shè)計(jì)中的圖案顯示部分利用AT98S51的4片8*8點(diǎn)陣式LED組成一片16*16點(diǎn)陣式LED實(shí)現(xiàn)。其工作原理主要是利用了8255進(jìn)行外部擴(kuò)展，所以要進(jìn)行地址編址。在程序中顯示部分剛開始的時(shí)候就要對(duì)8255寫控制字的地址，程序中用的地址是8003H；縱向輸送字型碼的地址分別為8000H(XPA)、8002H(XPC)，行掃描的地址分別為8001H(XPB)、A000H(X273)。其工作時(shí)是縱向送字型碼，橫向從上往下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，顯示完一個(gè)圖案所用的字型碼為32個(gè)字節(jié)。接線方法如下：LED點(diǎn)陣顯示區(qū)8255CS插孔接譯碼輸出插孔Y0，273CS插孔接譯碼輸出Y2，WR插孔接X(jué)WR，RD插孔接X(jué)RD，A0插孔接X(jué)A0，A1插孔接X(jué)A1，RESET插孔接RST，用8芯排線將LED顯示區(qū)D0~D7連接到XD0~XD7。3.4以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì)圖3.9所示以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路是由單片機(jī)、顯示控制電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路組成。單片機(jī)及相應(yīng)軟件，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序等。圖3.9以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路框圖根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，LED大屏幕顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種。靜態(tài)顯示是指將一幅畫面輸入以后要保持到下一幅畫面的輸入；動(dòng)態(tài)顯示是指將畫面分為若干部分分別進(jìn)行刷新。靜態(tài)顯示每一個(gè)像素需要一套驅(qū)動(dòng)電路，如果顯示屏為n×m個(gè)像素屏，則需要n×m套驅(qū)動(dòng)電路；動(dòng)態(tài)掃描顯示則采用多路復(fù)用技術(shù)，如果是P路復(fù)用的話，則每P個(gè)像素需要一套驅(qū)動(dòng)電路，n×m個(gè)像素僅需n×m/P套驅(qū)動(dòng)電路。另外，對(duì)于靜態(tài)顯示方式，需要較多的譯碼驅(qū)動(dòng)裝置，需要的引線也比較多；對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，可以避免以上不足，但是容易造成顯示亮度低、屏幕閃爍等問(wèn)題。在實(shí)際的LED大屏幕顯示中，很少有采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的。顯示數(shù)據(jù)通常以字節(jié)的形式順序存放在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。在行掃描列控制顯示時(shí)，把顯示數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中取出傳送到每一行對(duì)應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器上，這就存在一個(gè)列數(shù)據(jù)傳輸方式的問(wèn)題。從控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并行方式或串行方式，它們各有優(yōu)缺；數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)乃俣缺容^快，但是隨著屏幕的增大，點(diǎn)陣模塊數(shù)量的增多，線路會(huì)越來(lái)越復(fù)雜；數(shù)據(jù)傳行傳輸?shù)乃俣缺容^慢，但它可以大大簡(jiǎn)化傳輸線路，對(duì)于大屏幕來(lái)說(shuō)，采用串行傳輸方式比較合適。采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到一行的各列數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)轿缓?，才能并行地進(jìn)行顯示。對(duì)于串行傳輸來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)并行到串行和串行到并行兩次變換，因此列數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時(shí)間就少一些，以至影響到LED的亮度。倒計(jì)時(shí)顯示用于顯示倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元里的數(shù)據(jù)。調(diào)用程序后，先把倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)存入顯示存儲(chǔ)器中，顯示用十進(jìn)制BCD碼數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)段碼存放在ROM表中，顯示時(shí)先取出顯示存儲(chǔ)器某一地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對(duì)應(yīng)的顯示用段碼，并寫入發(fā)送寄存器，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。圖3.10倒計(jì)時(shí)以及交通信號(hào)燈顯示圖3.5電源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。本設(shè)計(jì)的電源電路主要由以下器件組成：220V轉(zhuǎn)9V的變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器LM7805。電源電路如圖3.11所示，通過(guò)變壓器把220V交流電轉(zhuǎn)換為9V交流電，然后再通過(guò)整流橋得到9V直流電，再經(jīng)過(guò)濾波電容后輸入到三端穩(wěn)壓器LM7805，就可以從LM7805的輸出端得到穩(wěn)定的+5V直流電。圖3.11電源電路第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)開發(fā)流程1、建立一個(gè)工程項(xiàng)目，選擇芯片類型，確定選項(xiàng)；2、建立ASM源文件；3、用項(xiàng)目管理器生成各種應(yīng)用文件；4、檢查并修改源文件中的錯(cuò)誤；5、編譯連接通過(guò)后進(jìn)行軟件模擬仿真；6、用編譯器或用軟件把程序載入單片機(jī)；7、硬件測(cè)試。4.2KeiluVision2軟件的仿真調(diào)試4.2.1Keil的介紹KeilμVision2集成開發(fā)環(huán)境是KeilSoftware，Inc/KeilElektronikGmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是匯編工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)：μVision2forWindows：是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中；C51國(guó)際際準(zhǔn)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊；A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊；BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對(duì)目標(biāo)模塊；LIB51庫(kù)管理器：從目標(biāo)模塊生成連接器可以使用的庫(kù)文件；6、OH51目標(biāo)文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器，從絕對(duì)目標(biāo)模塊生成IntelHex格式的文件；RTX-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡(jiǎn)化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。4.2.2KeiluVision2軟件的操作以下假定在“D：\JTXHD”目錄下1、建立一個(gè)工程項(xiàng)目選擇芯片確定選項(xiàng)（1）在工程菜單下選新建工程一項(xiàng)（2）鍵入工程文件名JTXHD然后保存（3）CPU選擇SST公司的89E564RD，按確定鍵（4）接著設(shè)置晶振頻率及生成HEX文件等操作：工程目標(biāo)Target1屬性在目標(biāo)Target1屬性選項(xiàng)中，可以更改CPU晶振頻率在輸出選項(xiàng)中，選擇生成HEX。2、建立ASM源文件（1）文件新建彈出源文件編輯窗口，進(jìn)入編輯源文件窗口（2）在文件窗口中編輯源程序（3）將文件以“JTXHD.asm”源文件保存在“D：\交通信號(hào)燈”目錄下。3、用項(xiàng)目管理器生成各種應(yīng)用文件點(diǎn)擊Target1之前的“+”號(hào)，出現(xiàn)SourceGroup1點(diǎn)擊它，按鼠標(biāo)右鍵會(huì)彈出下拉菜單，出現(xiàn)一個(gè)編譯文件窗口，選擇增加文件到組SourceGroup1，向項(xiàng)目中添加JTXHD.asm源文件在SourceGroup1前會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“+”號(hào)，點(diǎn)擊之后彈出JTXHD.asm文件名，點(diǎn)擊該文件名主窗體中會(huì)出現(xiàn)該文件的編輯窗口。編譯（Project->ReBuildalltargetfiles）就會(huì)生成一系列的文件如OBJ文件、LST文件、HEX文件等。4、檢查并修改源文件中的錯(cuò)誤。如果在源文件中存在錯(cuò)誤，那么在輸出窗口中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示信息。由此可以在源文件中修改后存盤，然后重新編譯（Build）觀察錯(cuò)誤提示信息，直到?jīng)]有錯(cuò)誤。5、編譯連接通過(guò)后，進(jìn)行軟件模擬仿真。點(diǎn)擊“開始/停止調(diào)試”進(jìn)入軟件模擬的仿真窗口。對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)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。4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程軟件是硬件的靈魂，只有正確的軟件編程才能充分挖掘硬件的性能。通過(guò)需求分析，搭建好系統(tǒng)硬件平臺(tái)后，在此基礎(chǔ)上還需要軟件驅(qū)動(dòng)和優(yōu)化才能使硬件得以正常工作，成分發(fā)揮其應(yīng)有的功能。硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是系統(tǒng)的靈魂。在硬件電路的基礎(chǔ)上，軟件設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，運(yùn)用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、按鍵控制、倒計(jì)時(shí)顯示、交通信號(hào)燈指示標(biāo)志顯示和人通行指示標(biāo)志顯示等。軟件程序的設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件電路圖的連接和各個(gè)元器件的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在編寫軟件時(shí)，可以按各個(gè)程序的功能將軟件細(xì)分為各個(gè)功能模塊，再通過(guò)主程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據(jù)事前所用的流程圖來(lái)編寫的，而且流程圖中也包含了對(duì)設(shè)計(jì)所得結(jié)果的要求，因此，流程圖的設(shè)計(jì)直接影響到源程序的設(shè)計(jì)。主程序是軟件設(shè)計(jì)的總體框架，因此主程序流程圖的設(shè)計(jì)決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是由單片機(jī)讀取程序，讀取的程序體現(xiàn)在模擬交通信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)顯示，紅、黃、綠的控制和16*16點(diǎn)陣顯示器對(duì)行人通行與禁止通行標(biāo)志的顯示上。再判斷是否有按鍵按下，從而進(jìn)行交通指揮、緊急情況控制。主程序流程圖如圖。顯示子程序是總體框架中的子部件，對(duì)主程序中倒計(jì)時(shí)，定時(shí)與紅、黃、綠交通信號(hào)燈顯示時(shí)間的細(xì)化。該程序在模擬交通信號(hào)燈中起著非常重要的作用，沒(méi)有顯示程序，交通信號(hào)燈就如同失去了大腦，起不到指揮交通的作用。顯示子程序流程圖如下。緊急中斷程序軟件設(shè)計(jì)的外加部件，實(shí)現(xiàn)的是通過(guò)人對(duì)按鍵的控制，可以及時(shí)處理發(fā)生的交通事故，能有效緩解交通，使交通更便利，更通暢。圖4.1系統(tǒng)總體方案流程圖4.3.1定時(shí)電路設(shè)計(jì)定時(shí)電路主要靠定時(shí)中斷來(lái)控制。它是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的外圍電路，本設(shè)計(jì)的定時(shí)電路有：1、定時(shí)器T0用于0.5S時(shí)間計(jì)時(shí)。定時(shí)溢出中斷周期為25ms，累計(jì)中斷20次時(shí)，控制黃燈閃爍一次，累計(jì)中斷40次時(shí)，對(duì)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行減1操作，然后調(diào)用倒計(jì)時(shí)顯示程序把倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元里的數(shù)據(jù)送到七段數(shù)碼管上顯示。2、定時(shí)器T1用于1S時(shí)間計(jì)時(shí)。定時(shí)溢出中斷周期為25ms，累計(jì)中斷40次時(shí)，對(duì)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行減1操作，然后調(diào)用倒計(jì)時(shí)顯示程序把倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元里的數(shù)據(jù)送到七段數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其工作流程圖如圖4.2、4.3所示。圖4.2T0中斷服務(wù)程序流程圖圖4.3T1中斷服務(wù)程序流程圖4.3.2倒計(jì)時(shí)電路流程圖設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)部分利用AT89S51的串行口實(shí)現(xiàn)。串行口工作在方式0時(shí)，可通過(guò)外接移位寄存器實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。在這種方式下，數(shù)據(jù)為8位，只能從RXD端輸入輸出，TXD端總是輸出移位同步時(shí)鐘信號(hào)，其波特率固定為晶振頻率的1/12。由軟件置位串行控制寄存器后，立即啟動(dòng)發(fā)送。PUSH03HPUSH03H把欲顯示的時(shí)間值R3中的數(shù)變BCD碼POP03HBCD碼屏蔽高4位查表送串行口TI為1？TI清零BCD碼屏蔽低4位查表送串行口返回YNN圖4.4倒計(jì)時(shí)服務(wù)程序流程圖待8位數(shù)據(jù)輸完后，硬件將SCON寄存器的TI位置1，TI必須由軟件清零，其工作流程圖如圖4.4所示。4.3.3按鍵電路流程圖設(shè)計(jì)按鍵控制電路在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)K0、K1、K2三個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)人工對(duì)交通不暢通的緊急調(diào)整，是交通更為便利。在本設(shè)計(jì)中，按鍵電路是通過(guò)按鍵對(duì)定時(shí)器中斷控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行的，操作簡(jiǎn)單，方便，其流程圖如圖4.5所示。中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)返回執(zhí)行指令延時(shí)5秒K0、K1、K按鍵操作圖4.5按鍵控制服務(wù)程序流程圖4.3.4圖形顯示電路和字形顯示電路流程圖設(shè)計(jì)圖案顯示部分利用AT98S51的4片8*8點(diǎn)陣式LED組成一片16*16點(diǎn)陣式LED實(shí)現(xiàn)。其工作原理主要是利用了8255進(jìn)行外部擴(kuò)展，所以要進(jìn)行地址編址。在程序中顯示部分剛開始的時(shí)候就要對(duì)8255寫控制字的地址，程序中用的地址是8003H；縱向輸送字型碼的地址分別為8000H(XPA)、8002H(XPC)，行掃描的地址分別為8001H(XPB)、A000H(X273)。其工作時(shí)是縱向送字型碼，橫向從上往下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，顯示完一個(gè)圖案所用的字型碼為32個(gè)字節(jié)。接線方法如下：LED點(diǎn)陣顯示區(qū)8255CS插孔接譯碼輸出插孔Y0，273CS插孔接譯碼輸出Y2，WR插孔接X(jué)WR，RD插孔接X(jué)RD，A0插孔接X(jué)A0，A1插孔接X(jué)A1，RESET插孔接RST，用8芯排線將LED顯示區(qū)D0~D7連接到XD0~XD7，其流程圖如圖4.6、4.7所示。82558255初始化調(diào)用字型顯示DEL121H為1？20H送R0調(diào)用字型顯示DEL1返回PUSH00H查表送數(shù)到8002H、8003H80H取反后送到8001H、A000H一個(gè)字完成？返回YYNN圖4.6圖形顯示子程序流程圖圖4.7DEL1字型顯示流程圖4.4工作原理分析 信號(hào)燈的控制由單片機(jī)的P1.0~P1.5控制，6只信號(hào)燈以共陰極方式連接，當(dāng)P1口輸出為高電平時(shí)，信號(hào)燈點(diǎn)亮，為實(shí)現(xiàn)上述控制要求，P1口共輸出四種控制碼,東西向、南北向的紅燈、綠燈、黃燈利用AT89S51的I/O口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5實(shí)現(xiàn)，P1口共輸出四種控制碼，如表4.1所示。表4.1交通燈信號(hào)控制碼空空B道綠燈B道黃燈B道紅燈A道綠燈A道黃燈A道紅燈控制碼P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0狀態(tài)說(shuō)明000011000CHA道放行、B道禁止000010100AHA道警告、B道禁止0010000121HA道禁止、B道放行0001000111HA道禁止、B道警告按鍵K0、K1、K2分別由I/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，如表4.2所示。表4.2交通燈信號(hào)按鍵控制碼按鍵空空B道綠燈B道黃燈B道紅燈A道綠燈A道黃燈A道紅燈控制碼空P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0狀態(tài)說(shuō)明K00000100109HA道禁止、B道禁止K1000011000HA道通行、B道禁止K0010000121HA道禁止、B道放行倒計(jì)時(shí)部分利用AT89S51的串行口實(shí)現(xiàn)。串行口工作在方式0時(shí)，可通過(guò)外接移位寄存器實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。在這種方式下，數(shù)據(jù)為8位，只能從RXD端輸入輸出，TXD端總是輸出移位同步時(shí)鐘信號(hào)，其波特率固定為晶振頻率的1/12。由軟件置位串行控制寄存器后，立即啟動(dòng)發(fā)送。待8位數(shù)據(jù)輸完后，硬件將SCON寄存器的TI位置1，TI必須由軟件清零。圖案顯示部分利用AT89S51的LED16*16的點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)。其工作原理主要是利用了8255進(jìn)行外部獷展，所以要進(jìn)行地址編址。在程序中顯示部分剛開始的時(shí)候就要對(duì)8255寫控制字的地址，程序中用的地址是8003H；縱向輸送字型碼的地址分別為8000H(XPA)、8002H(XPC)，行掃描的地址分別為8001H(XPB)、A000H(X273)。其工作時(shí)是縱向送字型碼，橫向從上往下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，顯示完一個(gè)圖案所用的字型碼為32個(gè)字節(jié)。接線方法如下：LED點(diǎn)陣顯示區(qū)8255CS插孔接譯碼輸出插孔Y0，273CS插孔接譯碼輸出Y2，WR插孔接X(jué)WR，RD插孔接X(jué)RD，A0插孔接X(jué)A0，A1插孔接X(jué)A1，RESET插孔接RST，用8芯排線將LED顯示區(qū)D0~D7連接到XD0~XD7。第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望5.1總結(jié)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分析和研究，在同學(xué)的配合以及指導(dǎo)老師的幫助下，終于順利完成了這次設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使自己對(duì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)以及LED有了全面的認(rèn)識(shí)。作為電子行業(yè)中日益普遍的電子器件，它們代表了這個(gè)行業(yè)新的發(fā)展方向，尤其是交通信號(hào)燈被廣泛用于交通、航空和生產(chǎn)等領(lǐng)域，使得我們的生活更加有序，更加便利。LED體現(xiàn)了節(jié)約能源、提高效率的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)的出現(xiàn)則是大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，而交通信號(hào)燈與單片機(jī)相結(jié)合更是擴(kuò)展了LED的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。在基于十字路口模擬交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要解決的問(wèn)題是如何選用器件。因?yàn)樾盘?hào)燈需要選擇穿透性要好，可控性強(qiáng)，能耗低，使用壽命長(zhǎng)、高敏感度、高精度的器件，而LED發(fā)光器件有兩類：數(shù)碼管和點(diǎn)陣。在本設(shè)計(jì)中，我們選擇的是數(shù)碼管和點(diǎn)陣系統(tǒng)。點(diǎn)陣系統(tǒng)以8*8點(diǎn)陣式LED為基本單元，用4片這樣的基本單元構(gòu)成本設(shè)計(jì)的顯示部分，通過(guò)行掃描和列掃描來(lái)達(dá)到顯示的目的。第二個(gè)需要解決的問(wèn)題是程序中突發(fā)事件產(chǎn)生時(shí)，按鍵電路控制得設(shè)計(jì)。在這里，我先對(duì)設(shè)計(jì)到編程的軟硬件知識(shí)做了整體的復(fù)習(xí)。在硬件方面，我先了解了AT89S51等芯片的功能和原理，然后針對(duì)這些功能和原理對(duì)LED8*8點(diǎn)陣式LED做了了解，特別是它的顯示控制和掃描部分。在軟件方面，我對(duì)碼的串行口的編制和顯示做了系統(tǒng)的了解，獲得了有關(guān)編制LED屏上數(shù)字顯示程序的有用的信息。第三個(gè)需要解決的是程序的合理組織問(wèn)題，在這里我先做了一個(gè)初步的程序出來(lái)，然后在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，使主程序不斷的完善，最后得以成功。在模擬交通信號(hào)燈上加上按鍵控制，對(duì)于突發(fā)事件和交通不暢可以得到有效的控制，對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活中得交通信號(hào)燈起到了一個(gè)改進(jìn)和提高得作用，對(duì)今后模擬交通信號(hào)燈的研究和擴(kuò)展提供了參考。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(guò)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。5.2系統(tǒng)主要特點(diǎn)1、本設(shè)計(jì)以硬件和軟件相結(jié)合為指導(dǎo)思想，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大部分功能，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)控制靈活、穩(wěn)定性高，能很好地滿足本設(shè)計(jì)的基本要求和擴(kuò)展要求。2、本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51來(lái)設(shè)計(jì)完成,由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件編程來(lái)完成,那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性,減小了電磁干擾和因元器件精度不夠引起的誤差，而且其成本也有所降低。AT89S51是低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB在系統(tǒng)編程（ISP）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)8051指令系統(tǒng)及引腳。3、信號(hào)燈選用LED作為光源，與以前專用燈泡相比，具有發(fā)光強(qiáng)度大、使用壽命長(zhǎng)、耗電量低、沒(méi)有顏色幻想效果，工作溫度：-40℃～74℃，壽命>50000小時(shí)，可視角≥30°，可視距離≥300m4、本設(shè)計(jì)中采用了點(diǎn)陣式LED來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示電路的功能。LED具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。5、本設(shè)計(jì)中，加入了按鍵控制，實(shí)現(xiàn)了人工與智能操作一體化。5.3展望本設(shè)計(jì)中，還存在好多的不足，還應(yīng)進(jìn)一步的改善和提高。本設(shè)計(jì)中，按鍵電路在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中未加入去抖功能，假使在設(shè)計(jì)過(guò)程中加入了去抖功能，能進(jìn)一步提高這套模擬交通信號(hào)燈的精度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)中還能加入紅燈倒計(jì)時(shí)，當(dāng)有車輛闖紅燈時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，3S后然后恢復(fù)正常。同時(shí)，增加每次綠燈時(shí)間車流量檢測(cè)的功能，雙位數(shù)碼管顯示車流量。這樣的話，這個(gè)模擬交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)就更加完善了。相信在不久的將來(lái)，交通信號(hào)燈會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，而且其規(guī)模也會(huì)越來(lái)越大，控制功能也會(huì)更加完善。高科技的交通信號(hào)燈得開發(fā)也將迅速發(fā)展，運(yùn)用于更多領(lǐng)域。交通信號(hào)燈控制器必須具備高可靠性、功能性強(qiáng)的特點(diǎn)。所以在今后的設(shè)計(jì)中，可以向多時(shí)段、多方案和多相位燈色控制。結(jié)論通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)自己專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和研究能力、自學(xué)能力以及各種綜合能力進(jìn)行了檢驗(yàn)，使自己進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)專業(yè)基本知識(shí)的掌握和基本技能訓(xùn)練。同時(shí)，培養(yǎng)和鍛煉了自己理解問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下一定的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)芯片AT89S51作為核心控制器，通過(guò)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)。該系統(tǒng)包括了定時(shí)電路、按鍵控制電路、顯示電路等幾部分的設(shè)計(jì)。主要硬件有：AT89S51單片機(jī)、16*16點(diǎn)陣式LED、七段數(shù)碼管和若干按鍵等。軟件采用匯編語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)，并依據(jù)程序應(yīng)用Keil軟件進(jìn)行了仿真測(cè)試，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)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)燈控制器能達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。能夠模擬控制交通信號(hào)燈，并具可以顯示行人通行與禁止通行的標(biāo)志，同時(shí)可以顯示通行的時(shí)間，此外，還具有人工控制功能，實(shí)現(xiàn)了人工與智能一體化。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)體積小、功耗低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以廣泛應(yīng)用在生活的各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)然，這個(gè)系統(tǒng)仍然是屬于比較簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，要設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)更復(fù)雜的系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與研究。致謝首先要深深感謝我的指導(dǎo)老師。這篇論文的完成得益于撰寫過(guò)程中與老師一次次的討論和老師不厭其煩地反復(fù)修改。從論文的立意到結(jié)構(gòu)，甚至文字的表達(dá)，蒙導(dǎo)師的耐心指教，受益頗多，是我研究生生活中鍛煉最大的一個(gè)過(guò)程。研究學(xué)習(xí)階段，老師悉心的指導(dǎo)、親切的鼓勵(lì)和春風(fēng)化雨的關(guān)心，令我終身難忘。在此向老師表示衷心的感謝！還有在同組成員們給予的幫助，也使自己在設(shè)計(jì)中認(rèn)識(shí)到團(tuán)體合作的重要性。其間愉快相處的情景、互幫互助的經(jīng)歷，是我腦海中永遠(yuǎn)愉快的記憶。正是由于老師們的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，才能使本設(shè)計(jì)順利完成。在畢業(yè)之際，我由衷的向老師們說(shuō)聲：謝謝你們的細(xì)心栽培，向同學(xué)們說(shuō)聲：愿你們前程似錦，創(chuàng)造美好人生。參考文獻(xiàn)[1]靳桅，鄔芝權(quán)，潘育山.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西南交通大學(xué)出版社，2004[2]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材.清華大學(xué)出版社，2004.3[3]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001.7[4]朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn).北方交通大學(xué)出版社，2002.1[5]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程（應(yīng)用與設(shè)計(jì)）.北京航空航天大學(xué)出版社，2000[6]王軍華．淺析LED道路交通信號(hào)燈的光、色、電測(cè)量、照明．2006年第3期[7]朱秋東，安連生，黃一帆等．LED光學(xué)設(shè)計(jì)，LED信號(hào)燈科技研討會(huì)專題報(bào)告文集，2002[8]劉宇光發(fā)．光二極體LED驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)介，LED信號(hào)燈科技研討會(huì)專題報(bào)告文集．2002[9]何峰．基于VerilogHDL設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2005[10]孫凌翔，陳世和等．順序控制法在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2006[11]王成勇．智能交通燈控制系統(tǒng)[J]．廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006附錄一控制源程序清單XPA EQU 8000XPB EQU 8001HX27EQU0A000HXPC EQU 8002HXPCTLEQU 8003HORG 0000H LJMPMAIN ORG 000BH LJMP T0SER ORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0DCH MOV TH0,#0BH;定時(shí)間隔為125ms/次 MOV SCON,#00H ;置串口模式0 MOV IE,#82H ;開EA與ET0CLR TI ;發(fā)送標(biāo)志位清零 MOV R5,#00H ;1秒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 MOV R3,#1EH ;欲顯示的倒計(jì)時(shí)數(shù)30秒MOVR4,#00H ;0.5秒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器CLR20H ;0.5秒標(biāo)志位SETB TR0HL: MOVA,#0AH MOV P1,A ;東西向綠燈亮，南北向紅燈亮SETB 21H ;允許通行標(biāo)志 LCALL START ;圖形顯示LCALL DISP ;倒計(jì)時(shí)顯示 CJNE R3,#03H,HLHUA: MOVA,#0CH MOV P1,AJNB20H,HUA ;0.5秒到？CLR20H XRL P1,#04H ;東西向黃燈閃爍，南北向紅燈仍亮SETB 21H LCALL STARTLCALL DISP CJNE R3,#00H,HUA MOV R3,#14H ;欲顯示的倒計(jì)時(shí)20秒HL0:MOV A,#11H MOV P1,ACLR 21H ;禁止通行 LCALL STARTLCALL DISP CJNE R3,#03H,HL0 ;東西向紅燈亮，南北向綠燈亮HUA0: MO