模拟交通灯控制毕业设计

毕业设计（论文） 模 拟 交 通 灯 控 制Simulation of traffic light control 班 级 ： 电 子1012 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 课 题 名 称 ： 模拟交通灯控制 指 导 教 师 ： 导 师 单 位 ： 论文提交日期 ： 2013 年 4 月30 日 一选题意义及背景 现代城市生活中，交通显得日渐重要。车辆的逐渐增多、城市道路的拥挤不 堪都需要良好的城市道路交通管理，信号灯控制非常重要，本课题针对十字路口 的交通情况设计相应的控制时间和控制流程， 利用单片机良好的控制功能来进行 设计，实用性强。本课题主要利用红、绿、黄三种颜色的发光二极管做信号指示 灯，通过编写程序控制信号灯的颜色显示和保持时间，让学生增强动手能力，并 进一步了解单片机的工作原理。 二毕业设计（论文）主要内容 交通灯控制系统主要包括硬件部分设计制作和软件程序设计两大部分。 要求 设计的系统能对东西方向和南北方向的车流进行控制， 按照设定的时间准确进行 显示部分的剩余时间的显示和切换。应完成的主要工作包括单片机的选型、硬件 电路设计、电路图绘制、软件程序的设计、实物电路制作等。熟练使用 Proteus 软件和伟福仿真软件编写程序，模拟电路运行，并完成毕业论文。 利用单片机丰富的 IO 端口，及其控制的灵活性，实现基本的信号切换和时间显 示。 三计划进度： 第8周 确定分组以及在小组中的分工，通过各种途径查阅资料，确定总体 系统设计，购买原材料 第 9 周第 10 周 系统设计，电路板制作，开始撰写论文 第 11 周 硬件系统基本完成，调试修缮。论文初稿完成 第 12 周 论文修改完善，准备答辩 第 13 周 答辩 四毕业设计（论文）结束应提交的材料： 1、毕业设计实物 2、毕业设计论文 3、任务书 4、教师评阅书 指导教师： 林蒙丹 2011 年 10 月 17 日 教研室主任 年 月 日 论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已 经注明引用的内容外， 本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发 现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切 后果。 毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学 生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学 术不端行为。 指导教师签名 日 期：目录 摘要 .01 ABSTRACT .02 前 言 . 02第一章 单片机的概述 . 04 1.1 单片机的简介 .04 1.2 单片机的发展史 . .05 1.3 单片机的硬件特性 .061.4 单片机的应用 .06第二章 单片机芯片和两位数码管的简介 .082.1 MSC-51 芯片的简 .082.2 两位数码管的简介 . 10 第三章 交通灯的总体设计方案 . 12 3.1 设计思想 . .12 3.2 实现方法 . .12 3.3 交通灯的管理方案论证 . 12 第四章 交通灯系统的设计流程 . .13 4.1 系统的硬件设计 . 13 4.1.1 总体框图 . 13 4.1.2 设计实现功能流程图 . 14 4.1.3 单片机的最小系统 . 15 4.1.4 信号灯的显示 . 16 4.2 系统的软件设计 .17 4.2.1 计数器的初值计算 . 17 4.2.2 计算公式 . 17 4.2.3 1 秒的方法 . 17 4.2.4 软件延时 . 18 4.2.5 主功能实现程序流程图 . 19 4.2.6 显示功能流程图 . 20 第五章 设计感想 .21 参考文献 . 22 附 录 .23 致 谢 . 26 摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检 测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为 核心器件来使用。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不 紊。交通信号灯控制方式很多，本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT9S51 和可编程 并行 I/O 接口芯片 89S51 位中心器件来设计交通灯控制器， 实现了能根据实际车 流量通过 89S51 的 P1 口设置红绿灯点亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时 剩 5 秒时黄灯闪烁警告，本系统实用性强，操作简单，扩展功能强。交通的亮灭 规则为：初始状态南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，延迟 50s 后，东西方向黄 灯亮。延迟 10s 后，南北方向绿灯亮，同时东西方向红灯亮，延迟 40s 后，南北 黄灯亮，延迟 10s 后，南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮，重复上述过程。关键词:交通灯 AT89S51 单片机 01ABSTRACTWith the rapid development of science and technology in recent years, microcontroller applications are deepening, and detection technology is increasingly driven by traditional control updates. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, single-chip devices are often used as a core. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers lanes, people walkways, orderly. A lot of traffic signal control, this system uses MSC-51 Series MCU AT9S51 and programmable parallel I / O interface chip center 89S51-bit devices to design traffic light controller, realized according to the actual traffic flow through the traffic light 89S51 point P1 port settings function of time, light, traffic light cycle light, yellow light flashes when countdown warning seconds left, the system is practical, simple, powerful extensions. Traffic light off rules: the initial state of north-south direction the red light, green light east-west direction, delay 50s, the east-west direction yellow light. Delay 10s, the north-south direction the green light, red light while east-west direction, delay 40s, the north and south yellow light, delay 10s, the north-south direction of the red light, yellow light east-west direction, repeat the process. Keywords: traffic light AT89S51 SCM 02 前 言当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这个技术在 19 世纪就已经出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械 般手势信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上， 安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成， 红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，是 警察受伤，遂被取消！ 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组 成，1914 年始装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿 灯亮表示“通行” 。 信号灯的出现，使得交通得以有效的管理，对于疏导交通流量、提高 道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和 道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯， 面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某一种 转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的 行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停 车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆 已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口！ 03 第一章单片机的简介 1.1 单片机的简介 单片机的概述 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器 （Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最 早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而 来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使 计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专 用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因 为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随 着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理 想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技 术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应 用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而 传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了 数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年 代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落04至 1 美元，最高端的型 号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用， 大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌 上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的 应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的 几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家 用电器、 电子玩具、 掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。 而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单 片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片 机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。 相当于一个微型的计算机， 和计算机相比， 单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的 体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时， 学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线， 还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部 05 件性能都相对我们 的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可,用它来做 一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗 衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控 制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有 4 较强的抗干扰能力， 较低的成本， 这也是和离线式计算机的 （比如家用 PC） 的主要区别。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功 能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做 到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美 国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定 的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市 场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程 序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的， 所以目前占统治地位的软件还是最低级汇 编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，单片机没有家用计 算机那样的 CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言 编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十 K 的尺寸！对于家用 PC 的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能06接受的。 单片机在硬件 资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。 一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来 运行，家用 PC 的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和 现已进入的电脑时代。 不过， 这种电脑， 通常是指个人计算机， 简称 PC 机。 它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟 悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾 名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算 和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装 置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在， 这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、 导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升 级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗 衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产 品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就 卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。07 1.2 单片机的发展史 1971 年 intel 公司研制出世界上第一个 4 位的微处理器；Intel 公司的 霍夫研制成功世界上第一块 4 位微处理器芯片 Intel 4004，标志着第一代 微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被 英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的 7 位科学家”之一 。 1971 年 11 月，Intel 推出 MCS-4 微型计算机系统（包括 4001 ROM 芯 片、4002 RAM 芯片、4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器 ）其中 4004 包含 2300 个晶体管， 尺寸规格为 3mm4mm， 计算性能远远超过当年的 ENIAC， 最初售价为 200 美元。 5 1972 年 4 月，霍夫等人开发出第一个 8 位微处理器 Intel 8008。由于 8008 采用的是 P 沟道 MOS 微处理器，因此仍属第一代微处理器。 1973 年 Intel 公司研制出 8 位的微处理器 8080；1973 年 8 月，霍夫等 人研制出 8 位微处理器 Intel 8080，以 N 沟道 MOS 电路取代了 P 沟道，第 二代微处理器就此诞生。 主频 2MHz 的 8080 芯片运算速度比 8008 快 10 倍， 可存取 64KB 存储器， 使用了基于 6 微米技术的 6000 个晶体管，处理速度为 0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 1975 年 4 月，MITS 发布第一个通用型 Altair 8800，售价 375 美元， 带有 1KB 存储器。这是世界上第一台微型计算机。 1976 年 Intel 公司08研制出 MCS-48 系列 8 位的单片机， 这也是单片机的 问世。 ZILOG 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器，广泛用于微型计算机和工 业自动控制设备。当时，ZILOG、Motorola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎 立。 20 世纪 80 年代初， Intel 公司在 MCS-48 系列单片机的基础上， 推出了 MCS-51 系列 8 位高档单片机。MCS-51 系列单片机无论是片内 RAM 容量，I/O 口功 能，系统扩展方面都有了很大的提高。1.3 单片机的硬件特性 1、单片机集成度高。单片机包括 CPU、4KB 容量的 ROM（8031 无） 、 128 B 容量的 RAM、 2 个 16 位定时/计数器、4 个 8 位并行口、全双工串 口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化; 3、单片机可靠性高，可工作到 106 107 小时无故障; 4、处理功能强，速度快。1.4 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单 片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通 讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种 智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，09 录像机、摄像机、全自动洗衣 机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用 说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因 此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科 学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用 设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用：单片机具有体积小、功耗低、控制功能 6 强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合 不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、 速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片 机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数 字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数 据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警 系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用：可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单 片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器 材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用：现代的单片机普10遍具备通信接口， 可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应 用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控 制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无 线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对 讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用：单片机在医用设备中的用途亦相当 广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫 系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用：某些专用单片机设计用于实现特定 功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部 结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别 于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以 数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音 乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了 体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 7.单片机在汽车设备领域中的应用：单片机在汽车电子中的应用非常广 泛，例如汽车中的发动机控制器，基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控 制器，GPS 导航系统，abs 防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工 商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 11第二章 单片机芯片和两位数码管的简介2.1 MCS-51 芯片简介 CS- AT89S51 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行研 究使用。 AT89S51 图 1 AT89S51 单片机实物图 图 2AT89S51 针脚图 8 40 个引脚按引脚功能大致可分为 4 个种类： 电源、 时钟、 控制和 I/O 引脚。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 注：用万用表测试单片机引脚电压一般为 0v 或者 5v，这是标准的 TTL 电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介 于 0v-5v 之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间 单片机引脚电压仍保持在 0v 或者 5v。 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有 4 根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入 编程脉冲。 PSEN:外 ROM 读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电 源 Vpp。 12 I/O 线 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。 P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总 线） 5. P3 口第二功能 P30 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 9 P32 INT0 外部中断 0（低电平有效） P33 INT1 外部中断 1（低电平有效） P34 T0 定时计数器 0 P35 T1 定时计数器 1 P36 WR 外部数据存储器写选通（低电平有效） P37 RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）2.2 LED 数码管简介 LED 数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起 组成“8”字型的器件， 引线已在内部连接完成， 只需引出它们的各个笔划， 公共电极。led 数码管常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种 是类似于 3 位“+1”型。位数有半位， 1，2， 4， 3， 5，6， 10 位等等.， 8， led 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类， 了解 LED 的这些特性， 对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异 外，编程方法也是不同的。它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极 性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led 数码管广泛用于仪表，时 钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，13亮度，波长 等。 共阳极就是把所有 LED 的阳极连接到共同接点 com， 而每个 LED 的阴极 分别为 a,b,c,d,e,f,g 及 dp（小数点）；共阴极则是把所有 LED 的阴极连 接到共同接点 com，而每个 LED 的阳极分别为 a,b,c,d,e,f,g 及 dp（小数 点），如下图所示。途中的 8 个 LED 分别与上面的那个图中的 ADP 各段相 对应，通过控制各个 LED 的亮灭来显示数字。 图 3 共阳极数码管原理图 图 4 共阴极数码管原理图 10 图 5 LED 数码管实物正面图图 6LED 数码管实物侧面图 图 7LED 数码管原理图 SM220501K 是一个两位数共阴极的数码管,a,b,c,d,e,f,g,就是数码管 的段码 dip 就是数码管的小数点，11、10 为位选信号。例如:如果给 b,c 送高电平,11 接地,左边的数码管会显示 1，在本次设计中 11 为十位的位选 信号。如果 b,c 送高电平,10 接地,右边的数码管会显示 1，在本次设计中 为个位的位选信号。 14第三章 交通灯的总体设计方案3.1 设计思想 设计 思想 交通灯的总体设计方案 (1 )通过交通信号灯控制系统的设计，掌握 80S51 并行口传输数据的方法, 以控制发光二极管的亮与灭； (2)用 80S51 作为输出口,控制十二个发光二极管熄灭,模拟交通灯管理； (3)通过单片机控制设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系 到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力； (4)完成控制系统的硬件设计、软件设计、仿真调试。 (5)由于对面对的两个交通灯现象一样，同时合为一个，所以设计中控 制 6 个灯就可以了。 3.2 实现方法 （1）在设计中利用软件程序延时的方法来控制红（绿）的亮的时间。考虑延时 时间较长所以先用 T0 产生终端然后通过计数的方法来实现延时。利用口的 P1.1、P1.2、P1.3 作为红绿灯控制端口。 （2）南北向的绿灯连在一块，东西向的红灯连在一块，他们一块与 P1.1 相连。同样南北向的红灯连在一块，东西向的绿灯连在一块，他们一块与 P1. 2 相连，四个黄灯连在一块与 P1.3 相连。 153.3 交通灯的管理方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示 灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示 人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共 停车时间。设东西道方向为主干道南北方向为从干道， 四个路口安装红，黄，绿，灯各一盏。指示灯燃亮的方案如下： 将所选用的 12 个发光二极管分成两组，每一组中各有一个红、黄、绿发光二极 管， 分别代表东西南北四个方向。 交通的亮灭规则为： 初始状态南北方向红灯亮， 东西方向绿灯亮， 延迟 50s 后， 东西方向黄灯亮。 延迟 10s 后， 南北方向绿灯亮， 同时东西方向红灯亮， 延迟 40s 后， 南北黄灯亮， 延迟 10s 后， 南北方向红灯亮， 东西方向黄灯亮，重复上述过程。 16第四章 交通灯系统的设计流程4.1 系统的硬件设计本次设计主要由硬件部分和软件部分组成，其中硬件部分由单片机最小系统 部分和显示部分组成。 4.1.1 总体框图 振荡电路 南北发光二极管 2 组 东西发光二极管 2 组 AT89S51 复位电路 两位数码管 4 组 图 8 硬件设计总体框图 4.1.2 设计实现功能流程图 图 9 设计实现功能流程图 4.1.3 单片机的最小系统 单片机系统包括单片机、振荡电路、复位电路。 （1） 振荡电路让单片机活起来的心脏 AT89S51 是内部具有振荡电路的单片机，只需在 18 脚和 19 脚之间接上石 英晶体，给单片机加上工作所需的直流电源，振荡器就开始振荡起来。振荡电 路就为单片机工作提供了所需的时钟脉冲信号，使单片机的内部电路、单片机 的内部程序开始工作。振荡电路不工作，整个单片机电路都不能正常工作。 AT89S51 常外接 6MHz、12MHZ、的石英晶体，最高可接入 33MHz 石英晶体。18 脚和 19 脚分别接了一个 20pF 的电容，目的是防止单片机自激。 （2） 复位电路恢复初始状态 复位电路就是在 RST 端（9 脚）17外界的一个电路，目的是使单片机上电开始工作 时，内部电路从初始状态开始工作，或者工作中人为让单片机重新从初始状态开 始工作。在时钟工作的情况下，只要复位引脚高电平保持两个机器周期以上的时 间，AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器的内容均 被设置成已知状态，并且从地址 000H 处开始读入程序代码而执行程序。 图 10 单片机最小系统部分 4.1.4 信号灯的显示 显示原理： 当定时器定时为 1 秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次 信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒， 在信号灯的下一个时间， 这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计 数器赋初值重新进入循环。 图 11 显示部分外部接线图 4.2 系统的软件设计4.2.1 计数器的初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH 和 TL 中的。他是以 加法记数的，并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计 数器记满为零所需的计数值设18定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式： TC=M-C 式中，M 为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 M 为 213 ；在 方式 1 时 M 的值为 216；在方式 2 和 3 为 284.2.2 计算公式 T=（MTC）T 计数 或 TCMTT 计数 T 计数是单片机时钟周期 TCLK 的 12 倍；TC 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 TCLK12MHZ ，经过 12 分频 方式 0 TMAX213 1 微秒8192 毫秒 方式 1 TMAX216 1 微秒65536 毫秒 显然 1 秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件 相结合的办法才能解决这个问题 4.2.3 1 秒的方法采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒。这样每 当 T0 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在 中断服务子程序中，CPU 先使软件计数器减 1，然后判断他是否为零。为零表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序。 软件延时 MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ， 选用的 80S51 的单片机的工作频率为 12MHZ。机械周期与主频有关。机械周期是 主频的 12 倍，所以一个机器周期的时19间为 12*（1/6M）=2US。可以知道具体每 条指令的周期数，这种既可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间。以下是相 应程序代码 （1）主程序 定时器需定时 50 毫秒，故 T0 工作于方式 1。 初值： TCMT T 计数 21650ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令 TO 为定时器方式 1 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H ;开 T0 中断 SEBT TRO ；启动 T0 计数器 MOV RO, #14H ;软件计数器赋初值 LOOP: SJMP $ ；等待中断 （2）中断服务子程序 ORG 000BH AJMP BRT0 ORG 00BH BRTO：DJNZ R0，NEXT 17 AJMP TIME ; 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ：MOV RO，14H ；恢复 R0 值 MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H RET1 END4.2.4 软件延时 MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ，我们选用的 AT89S51 单片机的工作频率为 6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的 12 倍，所以一个机器周期的时 间为 12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以 通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间。 204.2.5 主功能实现程序流程图 图 12 主功能实现程序流程图 4.2.6 显示功能流程图 图 13 显示功能流程图 21第五章 设计感想这是第一次真正完整的从设计到实物的尝试， 虽然只是一个简单的交通灯控制系统，却在其中遇到了许多困难，从中真正体会到了将想法变为实物是一个多么艰辛的过程。 在电子设计的实践中相互的配合十分重要，资料的收集与整理，流程的分析与程序设计，电路的软件模拟与修改，元件的功能测试与实验，电路板的焊接直到实际测试与分析都离不开一个团队的紧密的配合。简单的交通灯系统设计尚且如此，复杂的电子设计更需要许多人紧密的配合，每个人都能在其中发挥自己的作用。本次交通灯系统设计的主体功能是利用单片机的编程实现的。在学习单片机理论课时候就感觉到内容很多，知识点很复杂很繁琐。老师在课堂上的讲解使我们对单片机的功能有了初步的了解。 通过本次交通灯系统设计过程中理论结合实际，对课堂上老师讲述的内容有了更深刻的体会。单片机在实现简单的控制方面 有着很大的优势。价格低廉，设计简便，单片机编程技术是一门实践性与应用性很强的技术。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。 虽然这只是一次的交通灯系统设计制作，可是平心而论，也耗费了我不少的心血，这就让我不得不佩服开发技术的前辈，才意识到老一辈 对我们社会的付出， 为了人们的生活更美好， 他们为我们社会所付出多22少心血啊！ 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次的课程设计我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，以为现在学的知识用不上就加以怠慢， 等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后应该努力学好专业知识，让自己拥有更多的知识，才能解决更多的问题！23参考文献1谢维成.杨加国.编著 .单片机原理与应用及 C51 程序设计北京：清 华大学出版社，2006.8 2余锡存.曹国华.编著.单片机微机原理及接口技术M 西安：西安电 子科技出版社，2000.1214 3张毅坤.编著.单片微型计算机原理及应用 西安：西安电子科技出版 社 1998 年 4何立民.编著.单片机应用系统设计 北京:北京航空航天大学出版社 1990 年 5梅丽凤.编著.单片机原理及接口技术 北京:清华大学出版社 2004 年 6李全利.编著. 单片机原理和应用技术 北京： 高等教育出版社 2001 年 7朱芙菁.田影.编著.单片机原理及应用技术 南京:航空工业出版社 2010 年 06 月 8赵建领.编著.51 单片机开发与应用技术详解 甘肃:电子工业出版社 2009 年 01 月 9刘焕成。编著。工程背景下的单片机原理及系统设计北京：清华大 学出版社 2011 年 10 月 10温子祺 .编著.51 单片机 C 语言创新教程 北京:北京航空航天大学 出版社 2011 年 4 月 24附录原始程序ORG SJMP ORG MAIN: 0000H MAIN 0040H MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0 MOV DPTR,#TAB START: MOV P1,#0EDH;东西绿，南北红 MOV 33H,#05H；东西十位数,显示 4 MOV 32H,#04H；南北十位数，显示 5 MOV R5,#5，十位的控制数 L1: ACALL DLY DJNZ R5,L1 MOV P1,#0E7H;东西黄，南北红 MOV 33H,#09H；黄灯的十位数字，显示 0 MOV R5,#1 L2: ACALL DLY DJNZ R5,L2 MOV P1,#0DEH;东西红，南北绿 MOV 33H,#05H；东西十位数，显示 4 MOV 32H,#06H，南北十位数，显示 3 MOV R5,#4 L3: ACALL DLY DJNZ R5,L3 23 MOV P1,#0DBH;东西红，南北黄 MOV 32H,#09H MOV R5,#1 L4: ACALL DLY DJNZ R5,L4 LJMP START DLY: MOV 31H,#00H MOV R7,#10 DLY1: DLY2: MOV R6,#20；1S 延迟程序 JBC TF0,DLY3 MOV A,31H MOVC A,A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FEH；输出个位数字 MOV A,32H； MOVC A,A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FDH；输出南北方向的十位数 MOV A,33H MOVC A,A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FBH；输出东西方向的十位数 SJMP DLY2 DLY3: MOV TL0,#0B0H 24 MOV TH0,#3CH DJNZ R6,DLY2 INC 31H DJNZ 25R7,DLY1 INC 32H INC 33H RET TAB: DB 6FH,7FH,07H,7DH,6DH,66H,4FH,5BH,06H,3FH； 软件译码程 序，分别代表 9，8，7，6，5，4，3，2，1，0 END