畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、鄭州華信學(xué)院畢業(yè)論文 論文題目 基于51單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師 專業(yè) 班 級(jí) 姓名 學(xué) 號(hào) 2012年4月1日目 錄1. 單片機(jī)介紹及主控電路21.1 單片機(jī)的發(fā)展及元器件介紹.21.1.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 .21.1.2 單片機(jī)的概述及特點(diǎn) 41.2 管腳結(jié)構(gòu)說(shuō)明.81.3 系統(tǒng)模擬下的交通情況 91.4 設(shè)計(jì)思路.92. 電源電路.92.1 主要元器件介紹.102.2 電源電路工作原理.113. 軟件編程設(shè)計(jì)過(guò)程 114. 控制系統(tǒng)需改進(jìn)的地方135. 結(jié)束語(yǔ).14 基于51單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 由于現(xiàn)在單機(jī)片系統(tǒng)的一個(gè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)就是外圍電路最簡(jiǎn)化，最

2、終實(shí)現(xiàn)單片系統(tǒng)，某些高檔單片機(jī)已經(jīng)集成了很多的外部設(shè)備功能，所以對(duì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行足夠的探討尤為重要。通過(guò)總體設(shè)計(jì)交通燈原理接線圖，綜合應(yīng)用單片機(jī)原理、微機(jī)原理、微機(jī)接口技術(shù)等方面的知識(shí)，結(jié)合單片機(jī)仿真系統(tǒng)的使用方法，通過(guò)軟硬件結(jié)合，使用89c52單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)出符合要求的交通燈控制系統(tǒng)。完成由單片機(jī)89c52、發(fā)光二極管、led數(shù)字顯示器、開(kāi)關(guān)、部分電阻及電容組成的交通燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、顯示時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、led信息顯示、時(shí)間可以根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。從而提高交通燈控制系統(tǒng)的總體能力和綜合應(yīng)用能力。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 交通燈 闖紅燈 led

3、abstractour single-chip design principle according to the traffic lights and requirements, through the overall design principles of traffic lights, wiring diagram, integrated application microcontroller theory, computer theory, computer interface technology, knowledge, combined with microcontroller

4、use the simulation system by combining software and hardware , using 89c52 microcontroller to design to meet the requirements of the traffic light control system. completed by the mcu 89c52, light-emitting diode, led digital display, switches, resistors and capacitors composed of some of the traffic

5、 light control system. in addition to basic traffic light system functions, but also has a countdown to show time setting, emergency handling, led information display, time, manual control according to the specific circumstances and other functions. and thus can improve the machines overall capabili

6、ties and integrated application ability.key words: scm traffic lights red light led引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)私家車、公交車的需求越來(lái)越大。相應(yīng)地，我國(guó)進(jìn)入wto以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易與世界接軌，汽車業(yè)關(guān)稅大大降低，使很多人都能負(fù)擔(dān)得起，買私家車不再是夢(mèng)想。但是，私家車、公交車的大增無(wú)疑會(huì)對(duì)我國(guó)交通系統(tǒng)帶來(lái)沉重的壓力。放眼現(xiàn)在的中國(guó)，如廣州、香港、上海等大都市，無(wú)不受到交通堵塞的困擾。中國(guó)要發(fā)展，交通事業(yè)決不能停步不前。有及于此，我國(guó)交通管制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)以人性化、智能化為目的，作出相應(yīng)的改善。本論文正是以此為出發(fā)

7、點(diǎn)，對(duì)單片機(jī)控制的交通信號(hào)燈模型作了較詳盡的介紹。單片機(jī)無(wú)線收發(fā)控制的交通信號(hào)燈模型可以分為電源電路、單片機(jī)主控電路、無(wú)線收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成。 由于顯示部分都是采用三色led和數(shù)碼管模擬，比較簡(jiǎn)單，所以在此不作詳盡敘述。下面主要敘述單片機(jī)主控電路、直流電源的組成及其原理。 1. 單片機(jī)介紹及主控電路1.1 單片機(jī)的發(fā)展及元器件介紹1.1.1 單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 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(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和i

8、/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)的發(fā)展分為4個(gè)階段： 第一階段（197476年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因?yàn)槭芄に囅拗?，單片機(jī)采用單片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。例如美國(guó)仙童公司生產(chǎn)的f8單片機(jī)，實(shí)際上只包括了8位cpu，64個(gè)字節(jié)的ram和2個(gè)并行接口， 第二階段（197678年）：低性能單片機(jī)階段。以intel公司生產(chǎn)的mcs48系列單片機(jī)為代表，該系列單片機(jī)片內(nèi)集成有8位cpu，8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并行i/o接口，ram和rom等，但是最大的缺點(diǎn)就是無(wú)串行接口，中斷處理比較簡(jiǎn)單而且片內(nèi)ram和rom容量較小，且尋址范圍不大與4kb。

9、第三階段（197883）高性能單片階段這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行接口。多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)rom，ram容量加大，且尋址范圍可達(dá)64kb，有的片內(nèi)還帶有a/d轉(zhuǎn)換器。8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。intel公司推出的mcs 96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著mcs 51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80c51為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道a/d轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了

10、智能控制的特征第四階段（1983年至今）8位單片機(jī)鞏固發(fā)展以及16位單片機(jī)，32 位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展16位單片機(jī)，32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，增加片內(nèi)器件。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。以滿足不同的客戶要求單片機(jī)的應(yīng)用原理單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫

11、下來(lái)，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問(wèn)題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要

12、知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器pc（包含在cpu中），在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，給pc賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，pc在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量由本條指令長(zhǎng)度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦

13、用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效。產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器

14、人、智能儀表、醫(yī)療器械了?？梢?jiàn)單機(jī)片的運(yùn)用給我們的日常生產(chǎn)和生活帶來(lái)了極大地方便！單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：在工業(yè)控制中的應(yīng)用：用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無(wú)所不在。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便

15、地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就

16、需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。 單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于can總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，gps導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。單片機(jī)發(fā)展方向此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途從單片機(jī)的發(fā)展歷程看，未來(lái)單片機(jī)技術(shù)將向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、外圍電路內(nèi)裝化及片

17、內(nèi)儲(chǔ)存器容量增加的方向發(fā)展。 1.1.2 單片機(jī)概述及特點(diǎn)單機(jī)片又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過(guò)程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來(lái)，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作，概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)

18、的軟件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。元器件介紹： at89c51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) at89c51是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 at89c51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：中央處理器： 中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)

19、寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram) at89c51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(rom)：at89c51共有4096個(gè)8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：at89c51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷

20、用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：at89c51共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：at89c51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：at89c51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。時(shí)鐘電路：at89c51內(nèi)置最高頻率達(dá)12mhz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但at89c51單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

21、器分開(kāi)的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mcs-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖1：圖1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)主控電路的主要元件是at89c51，其外型如圖2： 圖2 89c51結(jié)構(gòu)圖 at89c51是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用at

22、mel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89c51提供了高性價(jià)比的解決方案。 at89c51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，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，at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。單片機(jī)特點(diǎn)及控制性存儲(chǔ)器rom和ram是嚴(yán)格分工的。rom用作程序存儲(chǔ)器，只存放程序、常數(shù)

23、和數(shù)據(jù)表格，而ram用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放臨時(shí)數(shù)據(jù)和變量。這樣的設(shè)計(jì)方案更適合于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。配置較大的程序存儲(chǔ)空間rom,將已調(diào)試好的程序固化其中。不僅斷電時(shí)程序不會(huì)丟失，還避免程序被破壞，從而保障了程序的安全性。實(shí)時(shí)控制僅需要容量較小的ram,用于存放少量的隨身數(shù)據(jù)，這樣有利于提高單片機(jī)的操作速度。采用面向控制的指令系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)控制方面，尤其在“位”操作方面單片機(jī)表現(xiàn)突出。應(yīng)用注重現(xiàn)場(chǎng)工程，因此體積小。品種規(guī)格系列化。屬于同一種產(chǎn)品系列的、不同型號(hào)的單片機(jī)，通常具有相同的內(nèi)核、相同或者兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅是在片內(nèi)配置一些不同種類或不同數(shù)量的功能部件，以適應(yīng)不同的被控對(duì)象。單片機(jī)的硬

24、件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機(jī)用在不同的系統(tǒng)中。功耗低，價(jià)格便宜。單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)開(kāi)的相應(yīng)軟件系統(tǒng)單片機(jī)控制硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。包括單片機(jī)與pc標(biāo)準(zhǔn)鍵盤及液晶顯示器的硬件接口及周圍相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)；單片機(jī)控制軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。包括單片機(jī)對(duì)pc標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的初始化及控制、對(duì)液晶顯示器控制以及控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的軟件設(shè)計(jì)。電路板設(shè)計(jì)軟件（如protle等），并在此基礎(chǔ)上完成電路板的設(shè)計(jì)、加工、焊接工作。進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟硬件綜合測(cè)試，在仿真器環(huán)境下把軟、硬件兩部分有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)pc鍵盤和液晶顯示在所設(shè)計(jì)的單片機(jī)環(huán)境下正常運(yùn)行。1.2 管腳結(jié)構(gòu)說(shuō)明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0

25、口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門流。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

26、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

27、平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1） p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 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)。 st：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

28、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/v

29、pp：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。1.3 系統(tǒng)模擬以下的交通情況 （1）正常情況下，a、b道（a、b道交叉組成十字路口，a是主道，b是支道）輪流放行，a道放行60秒（兩個(gè)數(shù)碼管從60秒開(kāi)始倒數(shù)，其中5秒用于警告），b道放行30秒（兩個(gè)數(shù)碼管從30秒開(kāi)始倒數(shù)，其中5秒用于警告）

30、。 （2）一道有車而另一道無(wú)車（用按鍵開(kāi)關(guān)s1、s2模擬）時(shí)，使有車車道放行。 （3）有緊急車輛通過(guò)（用按鍵開(kāi)關(guān)s0模擬）時(shí)，a、b道均為紅燈（兩個(gè)數(shù)碼管顯示00）。1.4 設(shè)計(jì)思路 （1）正常情況下運(yùn)行主程序，采用0.5秒延時(shí)子程序的反復(fù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種定時(shí)時(shí)間； （2）一道有車而另一道無(wú)車時(shí)，采用外部中斷1方式進(jìn)入與其相適應(yīng)的中斷服務(wù)程序，并設(shè)置該中斷為低 優(yōu)先級(jí)中斷； （3）有緊急車輛通過(guò)時(shí)，采用外部中斷0方式進(jìn)入與其相適應(yīng)的中斷服務(wù)程序，并設(shè)置該中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。2. 電源電路 從硬件結(jié)構(gòu)圖可知，無(wú)論是at89c51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到+5v的

31、直流電源，所以，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的+5v直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要。本系統(tǒng)運(yùn)用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，為各部分電路提供恒定的+5v直流。模擬部分和數(shù)字部分分別采用一個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓管供電，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾，其電路如圖5。 圖5 穩(wěn)壓供電電路2.1 電源的主要器件介紹 db為全波整流電橋，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6 其工作原理如下：電橋1、3端接交流電源，2、4為支直流輸出端。當(dāng)某一時(shí)刻，交瞬時(shí)值為上+下-（即1端為+，3端為-），電流從1端輸入，經(jīng)1、2間的二極管到2端，再經(jīng)2、4端的負(fù)載流到4端，然后經(jīng)3、4間的二極管流圖6 全波整流電路回交流負(fù)端；同理，電流從3端流入，從1端流回交流負(fù)端。

32、2.2 電源電路工作原理 從接口j1輸入的9v左右的交流電壓（波形如圖7所示），經(jīng)全波整流電橋db整流后，得到一幅值為0-8v左右的波動(dòng)直流（如圖8所示）。這一波動(dòng)的直流經(jīng)c1、c2、c3濾波后，得到一較平穩(wěn)的直流，再經(jīng) lm7805穩(wěn)壓為+5v，c4再次濾波后，得到穩(wěn)定的+5v直流電流（如圖9所示），為系統(tǒng)無(wú)線電接收發(fā)模塊和解碼芯片pt2272路供電。q1為繼電器驅(qū)動(dòng)管，當(dāng)其基極接收到解碼芯片的高電平時(shí)，繼電器吸合，k1接通，電壓經(jīng)7805穩(wěn)壓后為at89c51開(kāi)機(jī)供電。 3. 軟件編程設(shè)計(jì)過(guò)程： 開(kāi)始 初始化p1.2綠 p1.3紅 延時(shí)75sp1.1黃 p1.3紅 延時(shí)5sp1.2紅 p1

33、.3綠 延時(shí)55sp1.4黃 p1.3紅 延時(shí)5s主程序采用查詢方式定時(shí)，由r2寄存器確定調(diào)用0.5s延時(shí)子程序的次數(shù)，從而獲取交通燈的各種時(shí)間。子程序采用定時(shí)器1方式1，查詢式定時(shí)，定時(shí)器定時(shí)50ms，r3寄存器確定循環(huán)10次，從而獲取0.5s的延時(shí)時(shí)間。 一道有車而另一道無(wú)車的中斷服務(wù)程序首先要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，因而需用到延時(shí)子程序和p1口，故需保護(hù)的寄存器有r3、p1、th1和tl1。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)還需關(guān)中斷，以防止高優(yōu)先級(jí)中斷（緊急車輛通過(guò)所產(chǎn)生的中斷）出現(xiàn)時(shí)導(dǎo)致程序混亂。然后，關(guān)中斷，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，再開(kāi)中斷，返回主程序。 緊急車輛出現(xiàn)是的中斷服務(wù)程序也需要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，但無(wú)需關(guān)中斷（因其為高優(yōu)先級(jí)中斷）

34、，然后執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)，待交通燈信號(hào)出現(xiàn)后延時(shí)20s，確保緊急車輛通過(guò)交叉路口。然后，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，返回主程序。 交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)主程序及中斷服務(wù)程序的流程圖如圖7所示。 圖7軟件流程圖 延時(shí)75s交通信號(hào)燈的軟件設(shè)計(jì)參考如下： org 0000hljmp start ；指向主程序；主程序org 0030h start： mov p1 #00h setb p1.2 ；亮東西向綠燈，東西向放行 setb p1.3 ；亮南北向紅燈，南北向禁止通行 mov r4 #96h ；延時(shí)75s lp1 lcall dl djnz r4, lp1 clr p1.2 ；熄滅東西向綠燈 setb p1.1 ；點(diǎn)亮

35、東西向黃燈 mov r4, #10h ；延時(shí)5s lp2 lcall dl djnz r4, lp2a mov p1, #00h setb p1.0 ；東西向紅燈亮，禁止東西向通行 setb p1.5 ；亮南北向綠燈，南北向放行 mov r4, #64h ；延時(shí)55s lp3 lcall dl djnz r4, lp3 clr p1.5 ；熄滅南北向綠燈 setb p1.4 ；點(diǎn)亮南北向黃燈 mov r4, #10h ；延時(shí)5s lp4 lcall dl djnz r4, lp4 mov p1 #00h ljmp start ；重新開(kāi)始下一個(gè)周期 dl mov r7, #05h ；0.5s軟件

36、延時(shí)子程序 dl1： mov r6, #0c8h dl2： mov r5, #0fah djnz r5, $ djnz r6, dl2 djnz r7, dl1 ret end4. 控制系統(tǒng)需改進(jìn)的地方 1、系統(tǒng)可加裝熱能探測(cè)器，探測(cè)出車輛內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)輻射出的熱量，從而能使單片機(jī)判斷出哪條道有車，哪條道無(wú)車，能對(duì)路面交通狀況作出迅速反應(yīng)，從而提高交通效率； 2、系統(tǒng)應(yīng)裝置紅外線接收器，相應(yīng)地，緊急車輛（如消防車、救護(hù)車等）上應(yīng)當(dāng)裝置紅外線放射器。這樣，在離交通信號(hào)燈遠(yuǎn)處，緊急車輛就可以開(kāi)紅外線放射器使交通信號(hào)燈全部顯示紅燈，避免因交通問(wèn)題導(dǎo)致不必要的人命傷亡和金錢損失； 3、系統(tǒng)可裝置一點(diǎn)陣式l

37、ed中文顯示屏，用以顯示溫度、天氣情況、空氣指數(shù)等，方便司機(jī)對(duì)外界情況的了解。 多加了這些功能后，無(wú)疑會(huì)使成本增加，但是這樣確實(shí)可以提高交通效率，疏通交通堵塞和避免不必要的損失。 單片機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的背景及意義近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)許多機(jī)電產(chǎn)品，特別涉及到控制方面的設(shè)備，有很多是pc機(jī)或工控機(jī)來(lái)完成起控制功能的，這僅僅的利用了計(jì)算機(jī)很小的一部分功能，這樣就勢(shì)必造成了資源的巨大浪費(fèi)，并且成本提高，占用空間較大，另外，在一些工作環(huán)境相對(duì)較差的場(chǎng)合，如灰塵較多、溫度較高的地方，顯然不適合pc機(jī)和工控機(jī)的正常工作，會(huì)大大較低系統(tǒng)的可靠性以及縮短機(jī)器的壽命，在一定程度上影響了用戶的正常生產(chǎn)，給經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)不必要的損失，而加大對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研究有著重要的意義，因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，體積小，可靠性高；這樣既可以節(jié)約成本，充分利用資源，又可以提高標(biāo)牌機(jī)工作的可靠性，最大限度的使工作環(huán)境對(duì)控制性能的影響降到最小，同時(shí)，從單機(jī)片發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，單機(jī)片的網(wǎng)絡(luò)功能和儲(chǔ)存功能也在不斷的得到完善，能夠滿足以后產(chǎn)品的升級(jí)和換代適應(yīng)企業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化和大型化發(fā)展的需求，所以對(duì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有建設(shè)性意義。具有較高的應(yīng)用價(jià)值。5. 結(jié)束語(yǔ) 如果我國(guó)交通管