基于AT89S52的交通燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、 本科畢業(yè)論文題 目： 基于at89s52的交通燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn)姓 名： 專 業(yè)： 自動化班 級： 院 系： 工學(xué)院入學(xué)年度： 指導(dǎo)教師: 日 期: 摘要：目前隨著人民生活水平的提高，很多家庭都有了私家車，城市道路交通問題也與人們的日常生活更加息息相關(guān)，因此在現(xiàn)代化快速發(fā)展的今天，城市交通問題顯得日益重要。同時伴隨著科技的飛速發(fā)展，我們正在用技術(shù)改善我們的生活環(huán)境和解決我們生活中的問題，而目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。本設(shè)計的目標(biāo)就是依靠flash單片機系列at89系列為核心設(shè)計交通控制器來解決交通擁堵的問題，使十字路口處的交通井然有序，方便人們

2、出行，保障道路安全暢通。 本系統(tǒng)采用at89系列單片機ats52為控制單元來設(shè)計交通燈控制器通過ats52芯片的端口（p1.0p1.5）設(shè)置紅,綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮,倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，外圍電路由車數(shù)采集模塊、led 顯示模塊組成。要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，在交叉路口中相對兩個方向上能根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)通行時間，當(dāng)一道有車而另一道無車時，交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車的車道放行。同時考慮到特殊車輛情況，設(shè)計緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)。本系統(tǒng)實用性強,操作簡單,擴展功能強。關(guān)鍵詞: 單片機；交通燈；車流量； abstract：now with the improvem

3、ent of living standards, many families have a private car, urban traffic problems and is more closely related to peoples daily lives, so todays rapid development in the modern, urban transport issues become increasingly important.accompanied by the rapid development of science and technology, we are

4、 using technology to improve our living environment and solve our problems in life, and the current single-chip permeate all areas of our lives, which is difficult to find areas of almost no traces of the microcontroller.the design goal is to rely on family at89 series flash mcu as the core design o

5、f traffic controller to solve traffic congestion problems, the crossroads of traffic orderly, convenient for people to travel, road safety flow. the system uses the at89 series microcontrollers ats52 control unit designed for the traffic light controller chip by ats52 port (p1.0 p1.5) set the red, g

6、reen, gave the time of the function; traffic light cycle light, countdown 5 seconds left flashing yellow warning, the external circuit by the number of vehicle acquisition module, led display modules.required north-south direction and east-west intersection of two alternately operating the vehicle i

7、n the intersection in both directions relative to traffic flow can be adjusted automatically according to the passage of time, when a road without a car and another car, traffic light control system can immediately driveway so that cars release. taking into account the special condition of the vehic

8、les, the design of emergency switch. the system is practical, simple, powerful extensions.keywords: microcontroller； traffic； light； traffic；目 錄一引 言1二設(shè)計方案的選擇論證4方案介紹4方案一4方案二5方案三6論證總結(jié)6三系統(tǒng)的硬件設(shè)計73.1單片微型計算機發(fā)展概述73.1.1 單片機簡介73.1.2 mcs51和at89系列單片機73.2 所選器件的硬件結(jié)構(gòu)83.2.1 at89s52單片機的硬件結(jié)構(gòu)特點83.2.2 at89s52單片機的引腳功能8

9、3.2.3 74ls373的引腳功能143.2.4 發(fā)光二極管硬件特點163.2.5 lm7805的硬件結(jié)構(gòu)特點173.3 控制單元設(shè)計173.3.1 控制流程分析173.3.2 控制板設(shè)計183.4 控制電路模塊和電路設(shè)計183.4.1 控制電路模塊193.4.2 控制電路設(shè)計19四 系統(tǒng)軟件設(shè)計214.1軟件設(shè)計說明21五 總結(jié)25六 參考文獻26附錄28引 言 嵌入式系統(tǒng)被定義為:以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這

10、一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為32 位處理器外,大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制器(mcu) ,嵌入式系統(tǒng)是計算機應(yīng)用的另一種形態(tài),正如前所述它與通用計算機應(yīng)用不同:嵌入式計算機是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之中的一種軟硬件高度專業(yè)化的特定計算機系統(tǒng)。目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀,嵌入式計算機可以分成下面幾類:(1) 嵌入式微處理器(embedded microprocessorunit , empu) 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機中的cpu。在應(yīng)用中,將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上,只保留和嵌入式

11、應(yīng)用有關(guān)的母板功能,這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。(2) 嵌入式微控制器(microcontroller unit , mcu) 嵌入式微控制器又稱單片機。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心,芯片內(nèi)部集成rompeprom、ram、總線、總線邏輯、定時p計數(shù)器、watchdog、ipo、串行口、脈寬調(diào)制輸出、apd、dpa、flash ram、e2prom 等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,一般一個系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品,每

12、種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的,不同的是存儲器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應(yīng)用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和成本。和嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高。(3) 嵌入式dsp 處理器( embedded digital signalprocessor , edsp)dsp 處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計,使其適合于執(zhí)行dsp 算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、fft、譜分析等方面dsp 算法正在大量進入嵌入式領(lǐng)域,dsp 應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)dsp 功能,過渡到采用

13、嵌入式dsp 處理器。(4) 嵌入式片上系統(tǒng)(system on chip)隨著edi 的推廣和vlsi 設(shè)計的普及化,及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展,在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨, 這就是system on chip(soc) 。各種通用處理器內(nèi)核將作為soc 設(shè)計公司的標(biāo)準(zhǔn)庫,和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣,成為vlsi 設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件,用標(biāo)準(zhǔn)的vhdl 等語言描述,存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個應(yīng)用系統(tǒng),仿真通過后就可以將設(shè)計圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外,整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔,對于減小體

14、積和功耗、提高可靠性非常有利。嵌入式計算機在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機,一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5 - 10 個嵌入式微處理器。在制造工業(yè)、過程控制、網(wǎng)絡(luò)、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。進入21世紀(jì)，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的dvb（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（dab）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所

15、有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。像前途無可計量的維納斯。嵌入式系統(tǒng)是這個后pc時代的擎天之柱。我們有理由相信，未來的電子技術(shù)就是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的天下。二 設(shè)計方案的選擇論證主要功能和技術(shù)指標(biāo)：本系統(tǒng)的設(shè)計目的，是利用單片機實現(xiàn)根據(jù)十字路口處待通行車的數(shù)量來確定南北、東西兩個方向通行的時間，而且要考慮特殊車輛情況來設(shè)置交通信號燈的緊急轉(zhuǎn)換。（1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，基本要求是東西方向和南北方向兩個交叉路口的車輛交替運行，設(shè)計重點是東西方向和南北方向的放行時間均為60s；綠燈放行，紅燈停止；綠燈轉(zhuǎn)紅燈時，黃燈亮5s； （2）兩個方向能根據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)通行時間，當(dāng)一道有車而另一

16、道無車時，交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車的車道放行。（3）考慮到特殊車輛如救護車、消防車等緊急情況，此系統(tǒng)因而設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開頭，能禁止普通車輛通行，路口的信號燈全部變紅，以便讓緊急車輛通過。假定緊急車輛的通過的時間為5s，緊急車輛通過后，交通恢復(fù)先前狀態(tài)。方案介紹 （1） 具有十字路口交通固定通行時間自動控制功能；（2） 可以人工干預(yù)，通過預(yù)置通行時間，實現(xiàn)預(yù)置控制功能；（3） 車流量較小或暫無車輛通行以及有急車通行的情況下，實現(xiàn)強行通行的功能。方案一采用標(biāo)準(zhǔn)atc89s52單片機作為整個控制核心；通行倒計時顯示采用3位led數(shù)碼管；左拐、右拐、直行及行人4種通行指示燈采用雙色高亮發(fā)光二極管；le

17、d顯示采用動態(tài)掃描，以節(jié)省端口數(shù)。特種車輛通行采用實時中斷完成，識別方法采用紅外線發(fā)射及接收方案。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計，單片機端口資源滿足要求。該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計方便，顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點。整個電路組成框圖如圖1.1所示。 p1 p2at89s52 p0int1 p3 p3南北通行燈（2組）東西通行燈（2組）3位led顯示器（4組）列掃描驅(qū)動串口通信119、120車輛監(jiān)測自動/手動鍵盤上電復(fù)位圖1.1：采用led動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng)方案二 采用at89c2051單片機作為控制器，通行倒計時顯示采用1616點陣led發(fā)光管，左拐、右拐、直行及行人4種通行指示燈也采用161

18、6點陣雙色led發(fā)光管。該系統(tǒng)設(shè)計框架如圖所示。列驅(qū)動采用74ls595以實現(xiàn)串行端口擴展，行驅(qū)動采用4/16譯碼器74ls154動態(tài)掃描，譯碼器74ls154生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。每條行線上需要較大的驅(qū)動電流，應(yīng)選用大功率三極管作為驅(qū)動管。這種設(shè)計方案的圖案顯示逼真，單片機占用端口資源少；缺點是需要大量的硬件，電路復(fù)雜，耗電量大，在模型制作中較少采用。如圖1.2所示：rxdtxd單片機i/o口電源行驅(qū)動器雙色led顯示點陣（每個路口7個）列驅(qū)動器74ls595圖1.2：采用1616點陣led發(fā)光管設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)方案三 采用at89c2051單片機作為控制器

19、，通行倒計時及左拐、右拐、直行、行人通過指示采用單塊lcd液晶點陣顯示器。這種方案設(shè)計占用單片機的端口最少，硬件也少，耗電也最小；雖然顯示圖案也很精美，但由于亮度太暗，晚上還得開背光燈，所以很少采用。論證總結(jié) 通過以上綜合分析可以看出，方案一具有綜合設(shè)計優(yōu)點，因此城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用方案一設(shè)計。 三 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1單片微型計算機發(fā)展概述3.1.1 單片機簡介單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、i/o接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行口通信接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。1971

20、年研制單片機的序幕拉開，經(jīng)歷四次更新?lián)Q代，經(jīng)過四十年的發(fā)展，單片機已從開始的4位發(fā)展到32位，目前正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強i/o功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。3.1.2 mcs51和at89系列單片機mcs-51 是單片機的典型代表，是指由美國 intel 公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱。這一系列單片機包括了好些品種，如 8031，8051，8751 等，其中 8051 是最典型的產(chǎn)品，該系列單片機都是在 8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用 8051 來稱呼 mcs51 系列單片機。intel 公司將 mcs51 的核心技術(shù)授權(quán)給了

21、很多其它公司，所以有很多公司在開發(fā)以 8051為核心的單片機，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求。其中較典型的一款單片機 at89c51（簡稱 c51）是由美國 atmel 公司以 8051 為內(nèi)核開發(fā)生產(chǎn)的。at89系列單片機和mcs-51單片機在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于at89系列單片機繼承了mcs-51的原有功能，內(nèi)部含有大容量的flash存儲器，又增加了新的功能，如看門狗定時器、isp及spi串行接口技術(shù)等，因此在電子產(chǎn)品開發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用。at89s51相對于at89c51增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變

22、，甚至比89c51更低！ - isp在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 - 最高工作頻率為33mhz，大家都知道89c51的極限工作頻率是24m，就是說s51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 - 內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像89c51那樣外接看門狗計時器單元電路。 - 全新的加密算法，這使得對于89s51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89c51等等早期mcs-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)

23、絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89c51還是mcs-51等等），在89s51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 本文使用的 at89s52 單片機是在at89s51的基礎(chǔ)上改進而來。at89s52 是一種高性能、低功耗的 8 位單片機，內(nèi)含 8k字節(jié) isp（in-system programmable，系統(tǒng)在線編程）可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs51 指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)用中，功能強大的 at89s52 已成為許多高性價比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方

24、案。3.2 所選器件的硬件結(jié)構(gòu)3.2.1 at89s52單片機的硬件結(jié)構(gòu)特點振蕩器和時序電路程序存儲器（8kb）數(shù)據(jù)存儲器（256b）可編程串行口at89s52 cpu中斷控制總線擴展控制器并行可編程 i/o 兩個16位定時器/計數(shù)器外部時鐘源txd rxd外部中斷內(nèi)部中斷控制 p0 p1 p2 p3外部事件計數(shù)at89s52 單片機內(nèi)總體結(jié)構(gòu)主要由9個部件組成，分別是：一個8位中央處理器；8k字節(jié)flash存儲器；256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器ram， 32 位i/o 口線，特殊功能寄存器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個具有6個中斷源、4個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；全雙工串行口，；片內(nèi)晶振

25、及時鐘電路。其基本硬件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1 at89s52 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2.2 at89s52單片機的引腳功能 圖 2.2是單片機 at89s52 的引腳定義圖，這是一個標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片。圖 2.2 單片機 at89s52 的引腳定義圖如圖2.2所示，at89s52 共有 40 根引腳，其中 32 根是 i/o 端口引腳。在這 32 根引腳中，有 29 根具備兩種用途（用圓括號寫出），既可作為 i/o 端口，也可作為控制信號或地址及數(shù)據(jù)線。各引腳的功能如下：（1）電源與晶振 vcc接+5v電壓 vss接地 xtal1接外部晶體的一個引腳，是振蕩器反相放大

26、器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端 xtal2接外部晶體的另一個引腳，是振蕩器反相放大器的輸出端 當(dāng)使用外部振蕩器時，xtal1接地，xtal2接受振蕩器信號。（2）i/o ：p0、p1、p2、p3四個口，共32根 p0 口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏 輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， p0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉

27、電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 此外，p1.0和p1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： p1.0 t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 p1.1 t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用）

28、 p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用） p2 口：p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr） 時，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程

29、和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用， 在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能： p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 into(外中斷0) p3.3 int1(外中斷1) p3.4 to(定時/計數(shù)

30、器0) p3.5 t1(定時/計數(shù)器1) p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 此外，p3口還接收一些用于flash閃存編程和程序校驗的控制信號。（2） 控制線：共4根 rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。ea /vpp外部訪問允許，欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許

31、電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。 psen 程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)at89s52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次psen信號。 ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈

32、沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無效。3.2.3 74ls373的引腳功能 八d鎖存器(3s,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) 簡要說明: 373為三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器,共有 54s373 和 74ls373 兩種線路結(jié)構(gòu)型式， 其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別): 型號 tpd pd 54s373/74s373 7ns 525mw 引腳圖54ls373/74ls373 17ns

33、120mw 373 的輸出端 o0o7 可直接與總線相連。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) oe 為高電平時，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 le 為高電平時，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當(dāng) le 為低電平時，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) le 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mv。 引出端符號： d0d7 數(shù)據(jù)輸入端 oe 三態(tài)允許控制端（低電平有效） le 鎖存允許端 o0o7 輸出端 真值表： dnleoeonhhlhlhllxllq

34、0xxh高阻態(tài)3.2.4 發(fā)光二極管硬件特點發(fā)光二極管簡稱為led。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通

35、過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示09十個數(shù)目字。 3.2.5 led發(fā)光數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)特點led數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。led數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也

36、有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8v左右，電流不超過30ma。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用led數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f。led數(shù)碼管（led segment displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的

37、另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解led的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。led數(shù)碼管引腳定義3.2.6 lm7805的硬件結(jié)構(gòu)特點三端穩(wěn)壓集成電路lm7805。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78 系列和負(fù)電壓輸出的lm79系列。顧名思義，三端ic是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，to- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有l(wèi)m90

38、13樣子的to-92封裝。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓ic型號中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6v，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9v。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。3.3控制單元設(shè)計3.3.1流程分析由表1分析可知，東西方向和南北方向信號燈控制是中心對稱的， 即無論是主干道還是支干道兩側(cè)系統(tǒng)對同方向的信號燈控制是同步的，當(dāng)南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向綠燈亮。交通燈與單片機之間

39、的控制關(guān)系1r1y1g1r1y1gp1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0南北紅燈南北黃燈南北綠燈東西紅燈東西黃燈東西綠燈3.3.2 控制板設(shè)計本論文設(shè)計的交通信號燈控制系統(tǒng)方案以at89s52單片機為控制核心，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由電源轉(zhuǎn)換電路、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵選擇工作模式電路、道路顯示電路組成。如圖3.1所示。at89s52單片機復(fù)位電路晶振電路按鍵電路驅(qū)動電路驅(qū)動電路a道顯示電路道顯示電路電源電路圖3.1 基于at89s52單片機的交通燈控制系統(tǒng)框圖3.4 控制電路模塊和電路設(shè)計3.4.1 控制電路模塊1. 主控制系統(tǒng)主控制器是at89s52，p1口控制南北及東西的通行燈，p0口

40、及p2.0p2.3口用于四組3位led計時器的控制，特種車輛通過時使用外中斷1口（p3.2）。2. 通行燈輸出控制道口交通燈指示采用高亮度紅綠雙色發(fā)光二極管。3. 時間顯示模塊道口通行剩余時間采用7段led發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陽數(shù)碼管，如用單片機吸收電流驅(qū)動，列掃描驅(qū)動使用三極管。4. 特種車輛自動通行控制模塊自動道口燈在特種車輛到來時能自動關(guān)閉所有綠燈，讓特種車通過。設(shè)計中采用紅外發(fā)生器作為特種車的發(fā)信器，使用實時中斷來響應(yīng)特種車的通行要求。5. 電源電路由于整個系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5v電壓，所以采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件，用常用的lm7805就可以滿足系統(tǒng)的電源要求。3.4.2 控制電

41、路設(shè)計本論文中設(shè)計了四種工作模式:正常情況、恢復(fù)模式、南北方向忙模式、東西方向忙模式、緊急情況模式，分別對應(yīng)按鍵sl、按鍵s2、按鍵s3、按鍵k2。用12只發(fā)光二極管模擬交通信號燈，以at89s52單片機的p1口控制這12只發(fā)光二極管， 由于單片機帶負(fù)載能力有限， 因此，在p1口與發(fā)光二極管之間用74ls373作驅(qū)動電路，p1口輸出低電平時，信號燈亮；輸出高電平時，信號燈滅。在正常情況和交通繁忙時，a、b兩車道的6只信號燈的控制狀態(tài)有5種形式，即p1口控制功能及相應(yīng)控制碼如表1-1所示。這里可以分別以按鍵s1、s2模擬a、b道的車輛檢測信號，開關(guān)s1按下時，a車道放行；開關(guān)s2按下時，b車道放

42、行；按下開關(guān)k2后，產(chǎn)生中斷請求信號（低電平有效）,通過外部中斷0向cpu發(fā)出中斷請求；因此產(chǎn)生外部中斷0中斷的條件應(yīng)是：=s1+s2采用中斷加查詢擴展法，可以判斷出要求放行的是a車道（按下開關(guān)s1）還是b車道（按下開關(guān)s2）。以按鍵k2模擬緊急車輛通過開關(guān)，當(dāng)k2為高電平時屬正常情況，當(dāng)k2為低電平時，屬非正常情況，直接將k2信號接至int1（p3.3）腳即可實現(xiàn)外部中斷0中斷。 控制狀態(tài)p1口控制碼p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0未用未用b道綠燈b道黃燈b道紅燈a道綠燈a道黃燈a道紅燈a道放行，b道禁止f3h11110011a道警告，b道禁止f5h11110

43、101a道禁止，b道放行deh11011110a道禁止，b道警告eeh11101110a道禁止，b道禁止f6h11110110 表3.2交通信號燈與控制狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系四 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件設(shè)計說明此系統(tǒng)采用自上而下的設(shè)計方法、進行程序設(shè)計；對緊急車輛通過的處理，則采用中斷的方法，由中斷處理程序處理。說明:p1.6=0表示a（東西）道有車通過；p1.6=1，表示a（東西）道無車通過，p1.7=0表示b（南北）道有車通過；p1.7=1，表示b（南北）道無車通過。主程序采用查詢方式定時，由r1寄存器確定調(diào)用5s延時子程序的次數(shù)，從而獲取交通燈的黃燈閃爍時間和緊急情況下特殊車輛的通過時間。其中a（東

44、西）道和b（南北）道總延時時間分別采用r4和r5寄存器，從而獲取60s的延時時間。 有車車道放行的中斷服務(wù)程序首先要保護現(xiàn)場，因需用到延時子程序和p1.6口和p1.7口，故需保護的寄存器有r3、p1、c，保護現(xiàn)場時還需關(guān)中斷，以防止高優(yōu)先級中斷（緊急車輛通過所產(chǎn)生的中斷）出現(xiàn)導(dǎo)致程序混亂。 開中斷，由軟件查詢p1.6口和p1.7口，判別哪一道有車，再根據(jù)查詢情況執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)。待交通燈信號出現(xiàn)后，保持5s的延時，然后，關(guān)中斷，恢復(fù)現(xiàn)場，再開中斷，返回主程序。緊急車輛出現(xiàn)時的中斷服務(wù)程序也需保護現(xiàn)場，但無須關(guān)中斷（因其為高優(yōu)先級中斷），保護累加器acc，標(biāo)志寄存器psw，p1口。然后執(zhí)行相應(yīng)的服

45、務(wù)，待交通燈信號出現(xiàn)后延時5s，確保緊急車輛通過交叉路口，然后，恢復(fù)現(xiàn)場，返回主程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示：ynnnn 開始允許外部中斷a道放行時間送r4計數(shù)器a道亮綠燈，b道亮紅燈設(shè)置f0=0延時5秒判斷r4-1=0a道有車b道有車a道亮黃燈，b道仍亮紅燈延時5秒b道放行時間送r5計數(shù)器b道亮綠燈，a道仍亮紅燈設(shè)置f0=0延時5秒判斷r4-1=0a道有車b道有車a道亮黃燈，b道仍亮紅燈延時5秒yynnyyy中斷流程圖如圖4.2所示開始p0為0b道亮黃燈延時5sb道亮紅燈中斷處理完p0為0b道亮綠燈返回a道亮綠燈延時5sa道亮紅燈a道亮黃燈yyynnn五 總結(jié)經(jīng)過幾個月的辛勤工作,終

46、于完成了自己的畢業(yè)設(shè)計。在本次的設(shè)計中我主要完成了以下的工作：（1）完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。（2）掌握了電子系統(tǒng)設(shè)計的流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。（3）理解了單片機的各部分組成及特性。（4）熟悉使用了各種計算機鋪助設(shè)計工具完成設(shè)計，充分掌握了這些工具的使用。通過本次的畢業(yè)設(shè)計，受益匪淺，充分意識到自己所學(xué)的東西還是非常有限的，不過通過設(shè)計，還是學(xué)到了一些書本上沒有學(xué)到的東西，為自己以后的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。在撰寫本文的過程中，深切地體會到當(dāng)今科技技術(shù)飛速的發(fā)展，特別是單片機的發(fā)展使得許多技術(shù)難題迎刃而解，我堅信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機技術(shù)的應(yīng)用將是前途無量。由于本設(shè)計涉

47、及到的知識面比較廣，再加上本人的相關(guān)領(lǐng)域知識的缺乏，所以本設(shè)計的性能指標(biāo)還是有待改善的。由于本人水平有限，文中難免有不妥或錯誤之處，懇請指導(dǎo)老師批評指正。六 參考文獻1胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).m清華大學(xué)出版，1996年.12-301.2蔡美琴.mcs-51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用.高等教育出版社 2004年.45-99.3付家才.單片機控制工程實踐技術(shù)m.化學(xué)工業(yè)出版社，2004年.87-107.4潘新民.微型計算機控制技術(shù) m.人民郵電出版社，1999年.45-98.5余錫存.單片機原理及接口技術(shù)m.西安電子科技大學(xué)出版社,2000年.33-78.6雷麗文.微機原理與接口技術(shù)m.電子工業(yè)出版社，1997年.32-56.7周立功.增強型80c51單片機速成與實戰(zhàn).北京航空航天大學(xué)出版社2004年.23-45.8何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社2004年.13-76.9何立民.mcs-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航