【畢業(yè)論文】基于51單片機的交通燈控制（WORD檔）P52

1、.大學畢業(yè)設計（論文）題 目 基于51單片機的交通燈控制學生姓名 . 指導老師 . 所 屬 系 電子工程學院 專 業(yè) 電子工程 年 級 .級 學 號 基于51單片機的交通燈控制摘 要十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，那么靠什么來實現(xiàn)著井然有序呢，靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)，在日常生活中交通信號燈的使用，使交通得以有效管理，對于疏導交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈控制系統(tǒng)由stc90c58ad單片機，鍵盤，led顯示，交通燈延時組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時間設置，led顯示功能，使交通實現(xiàn)有效控制,從而提高交通燈控制系統(tǒng)的總體

2、能力和綜合應用能力。交通燈的使用從某種程度上也反映了一個城市的文明程度，和經(jīng)濟實力，以及綜合實力。關鍵詞 交通信號燈/stc90c58ad/單片機/led/有效控制traffic lights control based on51single chip micro computerabstract crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers lane, people walkways, everything in good order and well arranged, so what to achieve i

3、n order? is the traffic lights on the automatic command system, the use of traffic lights in everyday life, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. the traffic light control system consists of

4、 stc90c58ad single-chip microcomputer, keyboard, led display, traffic lights delay. the system in addition to the basic traffic lights function, but also with the time setting, led display function, realize the effective control of traffic, so as to improve the overall capability of traffic light co

5、ntrol system and comprehensive application ability. the use of traffic lights in some extent also reflects the degree of civilization of a city, and the economic strength, and the comprehensive strength.key words traffic signal lamp, stc90c58ad, mcu, led, effective control 目 錄 摘 要iabstractii1 前言11.1

6、 選題背景11.2 交通燈的分類11.3 交通燈功能簡介21.4 路口交通簡介21.5 單片機的發(fā)展41.5.1 單片機的發(fā)展歷史41.6 單片機的發(fā)展趨勢51.6.1 cmos化51.6.2 低功耗化51.6.3 低噪聲與高可靠性51.6.4 高性能化61.6.5 小容量、低價格化61.6.6 外圍電路內裝化61.6.7 串行擴展技術61.6.8 集成化62 芯片簡介82.1 mcs-51單片機內部結構82.1.1 中央處理器82.1.2 數(shù)據(jù)存儲器(ram)82.1.3 程序存儲器(rom)92.1.4 定時/計數(shù)器(rom)92.1.5 并行輸入輸出(i/o)口92.1.6中斷系統(tǒng)92.

7、1.7 時鐘電路92.2 單片機的結構92.2.1 mcs-51整體說明102.2.2 mcs-51的引腳說明102.3 8255芯片簡介122.3.1 8255可編程并行接口芯片簡介122.3.2 8255可編程并行接口芯片工作方式說明132.4 74ls373簡介132.4.1 74ls373管腳示意圖132.4.2 8051單片機引腳圖及引腳功能介紹143 系統(tǒng)硬件設計153.1 交通燈狀態(tài)153.2 硬件設計圖153.2.1 硬件設計框圖153.2.2 整個系統(tǒng)的的電路圖163.2.3 最小系統(tǒng)163.2.4 交通燈電路圖173.2.5 控制電路圖183.2.6 倒計時電路圖193.3

8、 硬件設計203.3.1 單片機結構203.3.2 單片機的選擇203.4 單片機最小系統(tǒng)233.5 led顯示電路264 軟件結構及說明274.1 系統(tǒng)流程圖274.2 定時器原理284.3 軟件定時原理294.4 硬件定時原理294.5 程序設計模塊294.6 t0中斷子程序304.7 int0中斷子程序315 調試與功能說明325.1 調試與分析325.2 調試故障分析326 結束語346.1 全文總結346.2 工作展望34致謝36參考文獻37附錄1 系統(tǒng)部分源程序38附錄2 系統(tǒng)整體電路圖44附錄3 系統(tǒng)仿真電路圖451 前言1.1 選題背景隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起

9、人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分，隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況

10、的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。，當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設備都與計算機密切 相連。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技 術革新。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊?？渴?么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。單片機技術的出現(xiàn)給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一次技術革命。目前，單片機仍以其高可靠性、高性價比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能畫儀器儀表、智能家電

11、等諸多領域得到了廣泛的應用,本文就是利用單片機完成一個簡易的交通燈控制系統(tǒng)，本設計方案的這種十字路口控制器較為簡單，用紅、黃、 綠三種顏色的led燈代替了交通燈，加上一個倒計時顯示計時器來控制，只能完成一些簡單的交通燈控制。1.2 交通燈的分類 交通燈包括交通信號燈、交通工具信號燈和交通工具照明燈三類。 交通信號燈：它是為管理交通工具和行人的動向，傳達一種命令而設置的一類固定不動的燈具。交通信號包括用燈光的顏色、閃爍和排列組合成的燈光信號和能顯示發(fā)光文字、符號的燈光標志兩種。后者只用于陸上道路交通中，起指示限速、導向和表示道路情況等的作用。交通信號燈可按交通的種類分為：用于陸上交通的鐵路信號燈

12、、道路交通信號燈，用于水上交通的航標燈（大型的稱燈塔）和用于空中交通的機場燈、障礙燈等。 交通工具信號燈：它是安裝在交通工具上以顯示其存在和運動狀態(tài)的一類燈具。包括飛機燈、船燈、火車燈和汽車燈。 交通工具照明燈：它是安裝在交通工具內部或外部起照明作用的燈具。其中照明前方或搜索目標的一類燈具稱強光照明燈，它們有規(guī)定的光分布，如火車和汽車上的前照燈、船用探照燈、蘇伊士運河燈和飛機的著陸滑行燈等。 不同類型的交通燈的外形、結構、光源、光分布和供電方式等有所不同，但光色和外殼防護性能基本相同。1.3 交通燈功能簡介本方案的交通燈就是一個簡易的交通指示燈控制系統(tǒng)，萬用電路板，led燈，單片機，電阻等構成

13、。 開機時，系統(tǒng)為顯示狀態(tài)，四個路口數(shù)碼管從默認的倒計時時間（本系統(tǒng)四個路口都為30s）開始倒計時； 顯示狀態(tài)時，led板數(shù)碼管開始倒計時顯示南北紅燈亮30秒，東西綠燈亮25秒，南北黃燈亮5秒，之后轉為南北綠燈亮25秒，東西紅燈亮30秒，東西黃燈亮5秒，依次循環(huán)往復。1.4 路口交通簡介十字路口交通情況如圖1.1所示: 圖1.1 路口交通示意圖（注：r表示車輛右拐 l：表示車輛左拐 s:表示車輛直行 p:表示人行 數(shù)字1、2、3、4表示路口1、2、3、4）圖1.1中，常規(guī)交通燈的綠燈亮狀態(tài)（通行）順序如圖1.2所示: 圖1.2 常規(guī)交通燈的綠燈亮狀態(tài)（通行）順序示意圖其中，“1-2p”表示1p

14、和2p可以通過路口2通行；“2-3”表示2p和3p可以通過路口3通行；“3-4p”表示3p和4p可以通過路口4通行；“4-1p”表示4p和1p可以通過路口1通行。1.5 單片機的發(fā)展 單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發(fā)展很快。自單片機誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機種。 1.5.1 單片機的發(fā)展歷史如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段（1）第一階段（1976-1978）：單片機的控索階段。以intel公司的mcs 48為代表。mcs48的推出是在工控領域的控索，參與這一控索的公司還有motorola 、zilog等，都取得了滿意的效果

15、。這就是scm的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。 （2）第二階段（1978-1982）單片機的完善階段。intel公司在mcs48 基礎上推出了完善的、典型的單片機系列mcs 51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。 完善的外部總線。mcs-51設置了經(jīng)典的8位單片機的總線結構，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 cpu外圍功能單元的集中管理模式。 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 （3）第三階段（1982-1990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階

16、段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。intel公司推出的mcs96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。隨著mcs51系列的廣應用，許多電氣廠商競相使用80c51為內核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術、接口技術、多通道a/d轉換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。（4）第四階段（1990至今）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領域全面深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 1.6 單片機的發(fā)展趨勢

17、目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。1.6.1 cmos化 近年，由于chmos技術的進小，大大地促進了單片機的cmos化。cmos芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以80c51取代8051為標準mcu芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用cmos（金屬柵氧化物）半導體工藝生產。cmos電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導體工藝的ttl電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的

18、提高，又出現(xiàn)了hmos（高密度、高速度mos）和chmos工藝。chmos和hmos工藝的結合。目前生產的chmos電路已達到lsttl的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于ttl電路。因而，在單片機領域cmos正在逐漸取代ttl電路。1.6.2 低功耗化 單片機的功耗已從ma級，甚至1ua以下；使用電壓在36v之間，完全適應電池工作。低功耗化的效應不僅是功耗低，而且?guī)砹水a品的高可靠性、高抗干擾能力以及產品的便攜化。低電壓化，幾乎所有的單片機都有wait、stop等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在36v范圍內工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達12v。目前0.8

19、v供電的單片機已經(jīng)問世。1.6.3 低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內部電路中都采用了新的技術措施。大容量化 以往單片機內的rom為1kb 4kb，ram為64128b。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應這種領域的要求，須運用新的工藝，使片內存儲器大容量化。目前，單片機內rom最大可達64kb，ram最大為2kb。 1.6.4 高性能化 主要是指進一步改進cpu的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（risc）結構和流水線技術，可以大幅度

20、提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達100mips（million instruction per seconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出10倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其i/o功能，由此引入了虛擬外設的新概念。1.6.5 小容量、低價格化 與上述相反，以4位、8位機為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。這類單片機的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產品。1.6.6 外圍電路內裝化 這也是單片機發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件

21、集成在片內。除了一般必須具有的cpu、rom、ram、定時器/計數(shù)器等以外，片內集成的部件還有模/數(shù)轉換器、dma控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅動器、彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。1.6.7 串行擴展技術 在很長一段時間里，通用型單片機通過三總線結構擴展外圍器件成為單片機應用的主流結構。隨著低價位otp（one time programble）及各種類型片內程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進入片內，推動了單片機“單片”應用結構的發(fā)展。特別是i c、spi等串行總線的引入，可以使單片機的引腳設計得更少，單片機系統(tǒng)結構更加簡化及規(guī)范化。1.6.8 集成化隨著半導體集成工藝的不斷發(fā)

22、展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中，80c51系列是其中的佼佼者，加之intel公司將其mcs 51系列中的80c51內核使用權以專利互換或出售形式轉讓給全世界許多著名ic制造廠商，如philips、 nec、atmel、amd、華邦等，這些公司都在保持與80c51單片機兼容的基礎上改善了80c51的許多特性。這樣，80c51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80c51系列。80c51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認為，雖然世界上的mcu品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80c51可能最終形成事實上的標準mcu

23、芯片。2 芯片簡介2.1 mcs-51單片機內部結構8051是mcs-51系列單片機的典型產品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051內部結構如圖2.1所示：圖2.1 8051內部結構示意圖8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、定時/計數(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)在分別加以說明：2.1.1 中央處理器 中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2.1.2

24、數(shù)據(jù)存儲器(ram)8051內部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。2.1.3 程序存儲器(rom)8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。2.1.4 定時/計數(shù)器(rom8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產生中斷用于控制程序轉向。2.1.5 并行輸入輸出(i/o)口8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的

25、傳輸。全雙工串行口：8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。2.1.6中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。2.1.7 時鐘電路8051內置最高頻率達12mhz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。2.2 單片機的結構單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結

26、構，即普林斯頓(princeton)結構。intel的mcs-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品16位的mcs-96系列單片機則采用普林斯頓結構。mcs-51系列單片機的內部結構示意如圖2.2所示。 圖2.2 mcs-51單片機內部結構示意圖2.2.2 mcs-51的引腳說明mcs-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖2.3：圖2.3 mcs-51單片機引腳示意

27、圖reset/vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見圖2.4。此外，reset/vpd還是一復用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部ram的數(shù)據(jù)不丟失。 圖2.4 8051復位

28、圖和時鐘電路圖/ale 當訪問外部程序器時，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時，ale端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ale會跳過一個脈沖。如果單片機是eprom，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。/ea/vpp程序存儲器的內外部選通線，8051和8751單片機，內置有4kb的程序存儲器，當ea為高電平并

29、且程序地址小于4kb時，讀取內部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內部無程序存儲器的8031,ea端必須接地。在編程時，ea/vpp腳還需加上21v的編程電壓。2.3 8255芯片簡介2.3.1 8255可編程并行接口芯片簡介8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即a口、b口和c口，對應于引腳pa7pa0、pb7pb0和pc7pc0。其內部還有一個控制寄存器，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，每個端口包含一個4位鎖

30、存器。它們分別與端口a/b配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:8255有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是c口按位置位/復位控制字。其中c口按位置位復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。方式控制字格式說明如表2.1：表2.1 方式控制字格式d7d6d5d4d3d2d1d0 d7：設定工作方式標志，1有效。 d6、d5：a口方式選擇 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 d4：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

31、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）2.3.2 8255可編程并行接口芯片工作方式說明 方式0：基本輸入/輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個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a口或b口的8位外設線用作輸入或輸出，c口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡信號和中斷請求信號。 方式2 ：雙向總線方式。只有a口具備雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸出，此時c口的5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。2.4 74ls373簡介2.4.1 74ls373管腳示意圖

32、74ls373 是一種帶三態(tài)門的8d鎖存器，其管腳示意如圖2.5所示。其中：1d-8d為8個輸入端。 1q-8q為8個輸出端。 le為數(shù)據(jù)打入端：當le為“1”時，鎖存器輸出 輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當le由“1”變“0”時，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 oe為輸出允許端：當oe=0時，三態(tài)門打開； 當oe=1時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。圖2.5 74ls373管腳示意圖2.4.2 8051單片機引腳圖及引腳功能介紹8051單片機引腳功能介紹：40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和i/o引腳。1. 電源: （1） vcc - 芯片電源，接+5v；（2）vss - 接地端；注：用萬用表測試單片

33、機引腳電流一般為0v或者5v，這是標準的ttl電平，但有時候在單片機程序正在工作時候測試結果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這之是萬用表反映沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電流還是保持在0v或者5v的。2. 時鐘:xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3. 控制線:控制線共有4根，（1） /ale/prog:地址鎖存允許/片內eprom編程脈沖 /ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址 /prog功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2）/psen:外rom讀選通信號。（3）rst/vpd:復位/備用電源。 rst（re

34、set）功能：復位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。（4） /ea/vpp:內外rom選擇/片內eprom編程電源。 ea功能：內外rom選擇端。 vpp功能：片內有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。4. i/o線80c51共有4個8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32個引腳。p3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 3 系統(tǒng)硬件設計3.1 交通燈狀態(tài)交通燈狀態(tài)圖如圖3.1所示: b北綠燈黃燈紅燈 紅燈 綠燈a 黃燈 綠燈a綠燈 紅燈 紅燈黃燈綠燈b 圖3.1 交通燈狀態(tài)示意圖s1：東西通行，南北禁止

35、s2：南北通行，東西禁止s1狀態(tài)30秒，s2狀態(tài)30秒，黃燈亮5秒，循環(huán)執(zhí)行。3.2 硬件設計圖3.2.1 硬件設計框圖硬件設計框圖如圖3.2所示：圖3.2 硬件設計框圖3.2.2 整個系統(tǒng)的的電路圖整個系統(tǒng)電路圖有最小系統(tǒng)電路，倒計時電路，交通燈單路，控制電路圖構成。電路圖如圖3.3所示： 圖3.3 系統(tǒng)電路圖3.2.3 最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)由時鐘電路和復位電路，單片機，電源等組成，電路圖如圖3.4所示： 圖3.4 最小系統(tǒng)電路圖3.2.4 交通燈電路圖交通燈有四組共12個led燈組成，紅，黃，綠燈各四個，南北紅燈亮30秒，東西綠燈亮25秒，東西黃燈亮5秒，然后東西紅燈亮30秒，南北綠燈亮25秒

36、，南北亮5秒，依次循環(huán)往復。電路圖如圖3.5所示： 圖3.5 交通燈電路圖3.2.5 控制電路圖控制電路圖如圖3.6所示： 圖3.6 控制電路圖3.2.6 倒計時電路圖倒計時電路圖，具體內容為紅燈亮30秒，黃燈亮5秒，緑燈亮25秒，一次循環(huán)進行。電路圖如圖3.7所示： 圖3.7 倒計時電路圖3.3 硬件設計硬件設計是整個系統(tǒng)的基礎，要考慮的方方面面很多，除了實現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購性；軟件編程的易實現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標；因此硬件設計至關重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實現(xiàn)逐個進行分析探討。3.3.1 單片機結構本設計以單片機為控制核心，采

37、用模塊化設計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊等。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機振蕩電路、復位電路等組成。鍵盤及狀態(tài)顯示，開關鍵盤輸入交通燈初始時間，通過單片機p1輸入到系統(tǒng)。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結構是本設計的亮點。3.3.2 單片機的選擇單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：

38、中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。下面介紹一下單片機的主要應用領域和特點。（1）家用電器領域 用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣機、空調、冰箱、微波爐、和電視機等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）辦公自動化領域 單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于現(xiàn)代辦公設備，如計算機的鍵盤、磁盤驅動、打印機、復印機、電話機和傳真機等。（3）商業(yè)應用領域 商業(yè)應用系統(tǒng)部分與家用和辦公應用系統(tǒng)相似，但更加注重設備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測

39、系統(tǒng)、空氣調節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機構成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高。（4）工業(yè)自動化 在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計算機外，很多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)。（5）智能儀表與集成智能傳感器 目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結合，可以構成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號，可以遠距離傳輸并與計算機接口。（6）現(xiàn)代交通與航空航天領域

40、通常應用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領域對體積、功耗、穩(wěn)定性和實時性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機系統(tǒng)更加重要。目前，我國生產很多型號的單片機，在此，我們采用型號為stc90c58的單片機。因為：stc90c58是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-52指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的at89c52

41、提供了高性價比的解決方案。stc90c58是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，stc90c58可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。pin9:reset/vpd復位信號復用腳，當8052通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存

42、器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。8052的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見圖3.8。此外，reset/vpd還是一復用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部ram的數(shù)據(jù)不丟失。 圖3.8 8051復位電路圖和時鐘電路圖3.4 單片機最小系統(tǒng)單片機最小應用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)應包括單片機、晶振電路、復位電路。下面介紹51單片機的最小系統(tǒng)電路圖3.9所示： 圖3.9 單片機最小系

43、統(tǒng)圖單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復位、時鐘，下面介紹一下每一個組成部分。1. 電源引腳 vcc40電源端gnd20接地端工作電壓為5v，另有at89lv51工作電壓則是2.7-6v, 引腳功能一樣。時鐘電路如圖3.10所示： 圖 3.10 時鐘電路圖2. 時鐘電路xtal1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到xtal1，而xtal2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12mhz，時鐘頻率就為6mhz。晶振的頻率可以在1mhz-24mhz內選擇。電容取30pf左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電

44、路。at89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容c1和c2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12mhz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22f。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。3. 復位電路在振蕩

45、器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后p0p3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器sfr全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為rom的00h處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳rst通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的s5p2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6mhz時，c取22f，rs約為200，rk約為

46、1k。復位操作不會對內部ram有所影響。常用的復位電路如圖3.11所示：圖3.11 常用復位電路圖4. 輸入輸出引腳(1) p0端口p0.0-p0.7 p0是一個8位漏極開路型雙向i/o端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅動8個ttl。對內部flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，p0口是分時轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內部的上拉電阻起作用。(2) p1端口p1.0p1.7 p1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時可驅動4個ttl。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到

47、高電平，作輸入用。對內部flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) p2端口p2.0p2.7 p2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時可驅動4個ttl。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內部flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內容在此期間不會改變。(4) p3端口p3.0p3.7 p2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/0端口。輸出時可驅動4個ttl。端口置1時，內部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內部flash程序存儲

48、器編程時，接控制信息。除此之外p3端口還用于一些專門功能，具體見表3.1。表3.1 p3端口功能表p3引腳兼用功能p3.0串行通訊輸入（rxd）p3.1串行通訊輸出（txd）p3.2外部中斷0（ int0）p3.3外部中斷1（int1）p3.4定時器0輸入(t0)p3.5定時器1輸入(t1)p3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通/wrp3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通/rd 3.5 led顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管led顯示器、液晶lcd顯示器、crt顯示器等。led顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如圖3.1

49、2所示。圖3.12 led顯示器圖發(fā)光二極管（led）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式led顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（led數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。led數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖3.13是共陽式、共陰式led數(shù)碼管的原理圖和符號。圖3.13 共陽式數(shù)碼管的原理圖和數(shù)碼管的符號圖 4 軟件結構及說明4.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示：中斷返回開始設置中斷工作方式、觸發(fā)方式、初始化是否有中斷運行過程

50、執(zhí)行中斷yn圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.2 定時器原理定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到th和tl中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設定為c，把計數(shù)初值設定為tc 可得到如下計算通式： tc=m-c （4.1）式中，m為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為t0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設要求的時間值為t，則有c=t/t0。計算通式變?yōu)椋?t=（mtc）t0 （4.2）模值和計數(shù)器工作方式有關。在方式0時m為81

51、92；在方式1時m的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機的主脈沖頻率為12mhz，經(jīng)過12分頻后，若采用方式最大延時只有8.129毫秒，采用方式最大延時也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因為顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結合的辦法才能解決這個問題。4.3 軟件定時原理mcs-51的工作頻率為12mhz，機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/12mhz）=1us。我們可

52、以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。4.4 硬件定時原理本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳int0和int1輸入，低電平有效，cpu每個時鐘周期都會檢測int0和int1上的信號，at89c51允許外部中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設置tcon中it0和it1位的狀態(tài)來實現(xiàn)。以it0為例，it0=0，為電平觸發(fā)方式，it0=1，為負邊沿觸發(fā)方式，本設計采用電平方式，ie0為其中斷標志位，有中斷信號則置位，中斷服務子程序響應后，ie0自動清零。ie中

53、的ea為允許中斷的總控制位，為1開啟，ex0為外部中斷允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產生，單片機cpu首先保護斷點，pc值進棧，然后執(zhí)行相應的中斷服務子程序，執(zhí)行完后，用reti指令返回，此時cpu會從堆棧中取保存的斷點地址，送回pc，程序再正常執(zhí)行。4.5 程序設計模塊數(shù)碼管顯示子程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖4.6 t0中斷子程序流程圖t0中斷子程序流程圖如圖4.3所示：定時計數(shù)初值50ms計數(shù)(count)加1判斷1s(count=20?)到否count清0time_sn-;time_ew-恢復現(xiàn)場中斷返回ny圖4.3 t0中斷子程序流程圖如圖4.7 in