基于ATC5單片機(jī)交通燈控制論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙中文摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。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(shí)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)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和74HC245電路以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通過兩位一體共陰極數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵對定時進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)

2、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞：交通燈，單片機(jī)，顯示，計(jì)時ABSTRACTIn recent years along with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, and promote the traditional control detection technology is updated. In real-time detection and automatic control of the microcomputer appl

3、ication system, the microcontroller is often used as a core component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure of hardware and software combination, to be perfect.Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealership traffic lane, people walkways,

4、 everything in good order and well arranged. So what to rely on to realize it in order? Is the traffic lights on the automatic command system. A lot of traffic signal control. This system uses STC89C52 and74HC245system and the smallest transistor driving circuit and a periphery of the keys and digit

5、al tube display and other parts, a design based on the single chip design of traffic lights. Design through one of two common cathode nixie tube display, and can be key to regular set. This system is practical, simple operation, strong expanding function.Keywords: traffic light，SCM，display，timing目錄中

6、文摘要1ABSTRACT2第一章 設(shè)計(jì)的背景及意義41.1交通燈的背景41.1.1交通燈的歷史41.1.2交通燈的出現(xiàn)41.2交通燈的意義5第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與要求52.1單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)52.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求72.2.1顯示模塊功能72.2.2 按鍵模塊功能72.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理7第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成83.2單片機(jī)系統(tǒng)93.2.1單片機(jī)引腳介紹9單片機(jī)主要特點(diǎn)：103.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)123.3顯示系統(tǒng)133.3.1 LED顯示133.3.2數(shù)碼管顯示143.4信號顯示驅(qū)動電路143.5鍵盤輸入電路15第

7、四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)164.1程序主體設(shè)計(jì)流程164.2子程序模塊設(shè)計(jì)17. KEIL51的應(yīng)用18. protel99se的應(yīng)用18第五章 問題與解決方法20第六章 總結(jié)與展望21附錄A23附錄B23致謝24第一章 設(shè)計(jì)的背景及意義1.1交通燈的背景1.1.1交通燈的歷史當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的

8、煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放

9、行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給古老的鎖具生產(chǎn)帶來了巨大的變革，現(xiàn)代的電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了

10、一大批先進(jìn)的電子類產(chǎn)品。尤其是單片機(jī)的發(fā)展異常迅速。由于單片機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了一些通用的微型計(jì)算機(jī)無法完成的工作，它是一種高性能，低價格的處理器。集成度高，體積小，可靠性高，控制功能強(qiáng)，電壓低。由于單片機(jī)具有這些特點(diǎn)，在人類的生活應(yīng)用中得以十分廣泛。1.1.2交通燈的出現(xiàn)隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。 黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國”的抱負(fù)到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電

11、器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。1.2交通燈的意義當(dāng)前，大量的信號燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，多值化方向發(fā)展隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快

12、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(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，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的制約。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，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)檢測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)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。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與要求2.1單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說

13、明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1，周而復(fù)始，即如圖（圖2-1）所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：圖2-1交通狀態(tài) 東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計(jì)時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計(jì)時30秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東

14、西方向紅燈亮，倒計(jì)時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管4個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2-1所示。說明：0表示滅，1表示亮。2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠

15、黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時顯示。按鍵可以控制禁行、深夜模式、復(fù)位、東西通行、南北通行、時間加、時間減、切換等功能。共四個二位陰極數(shù)碼管，東南西北各一個顯示時間，四個數(shù)碼管的陰極都接到STC89C51的P1口，陽極接到74HC245芯片上，通過P0口控制74HC245芯片，起到驅(qū)動放大作用。共12個發(fā)光二極管，四個路口每個路口各有一個紅（禁行）、黃（警告）發(fā)光二極管，四個路口的二極管接到P2口，按鍵接P3口。2.2.1顯示模塊功能顯示模塊分?jǐn)?shù)碼管顯示和LED顯示，數(shù)碼管倒計(jì)時顯示可以提醒駕駛員在信號燈顏色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行

16、人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時顯示的路口更安全。倒計(jì)時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的一種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。通過兩種顯示結(jié)合，是本設(shè)計(jì)更合理可靠。2.2.2 按鍵模塊功能本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。按鍵可以設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，禁行狀態(tài)為數(shù)碼管均顯示“00”，紅燈全亮；復(fù)位按鍵可以將整個系統(tǒng)復(fù)位；東西通行是東西方向的綠燈亮，南北方向上的紅燈亮；南北通行為南北方向上的綠燈亮，東西方向上的紅燈亮；時間加減可以設(shè)置通行和等待通行的時間；切換

17、按鍵可以切換加減的方向時間。通過安檢模塊的控制，使得整個系統(tǒng)具有靈活性，實(shí)用性。2.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)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)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)最小系統(tǒng)和74HC245驅(qū)動電路以及外圍的按鍵和數(shù)碼管顯示等部件，設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通過兩位一體共陰極數(shù)碼管顯示，并能通過按鍵對定時進(jìn)行設(shè)置。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。在相同的時間里提高通車的質(zhì)量、效率。并能在高峰期根據(jù)實(shí)際狀況結(jié)合方程式控制按鈕來調(diào)整主次干道的

18、通車時間，降低交通擁擠堵塞現(xiàn)象。并使交通控制系統(tǒng)具有緊急控制，使救護(hù)車、救護(hù)車通過時， 使兩個方向均亮紅燈，救護(hù)車和消防車通過后，恢復(fù)原來狀態(tài)，增加對出現(xiàn)特殊情況的處理能力。本單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整控制指揮。如圖（圖2-2）所示：鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計(jì)時輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時顯示。在此過程中還要實(shí)時捕捉違規(guī)檢測和緊急按

19、鍵信號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。 單片機(jī)紅黃綠信號燈8段LED數(shù)碼管復(fù)位電路最小系統(tǒng)外圍接口按鍵控制驅(qū)動顯示 單片機(jī)圖2-2 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時模塊和接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用stc89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計(jì)時顯示模塊，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和

20、緊急按鈕等。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、狀態(tài)燈、LED顯示、驅(qū)動電路、按鍵等組成。其具體的硬件電路總圖如圖3-1所示。其中P0，P1，用于送顯LED數(shù)碼管的型和位，P2用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，REST引腳接上復(fù)位電路，P3用于口按鍵控制。3.2單片機(jī)系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國德克薩斯儀器公司的第一臺單片微型計(jì)算機(jī)（ 簡稱單片機(jī)）TMS-1000 問世以來，迄今為止，單片機(jī)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個獨(dú)特分支，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，特別是在

21、工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對某些物理量進(jìn)行定時采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個階段：第一階段（19761978）：單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機(jī)”一詞即由此而來。第二階段（19781982）：單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)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(jī)體系結(jié)

22、構(gòu)。（1）完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。（2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。（3）體現(xiàn)工控特性的地址空間及位操作方式。（4）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。第三階段（19821990）：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。第四階段（1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)

23、在各個領(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)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，這些元件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機(jī)具有體積小、價格低、可靠性高、開發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的底成本、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測試的自動

24、化程度和精度，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。3.2.1單片機(jī)引腳介紹單片機(jī)主要特點(diǎn)：（1）有優(yōu)異的性能價格比。（2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。（3）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（5）外部總線增

25、加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。優(yōu)異的性能價格比。1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。2）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有

26、極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。3） 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。GND：電源地端。XTAL1: 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平

27、提升至高電平并保持兩個機(jī)器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp："EA"為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時

28、，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。STC89C52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)镾TC89C52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮

29、寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時可以推動8個LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電

30、平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT1

31、（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行

32、通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器

33、時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，

34、此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）單片機(jī)引腳圖如下：圖3-1 單片機(jī)引腳圖3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。STC89C51共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。單片機(jī)的4個I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)。STC89C51

35、單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。在單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和11.0592MHz。當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上

36、電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1K。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)過電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)圖如圖3-2所示 圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.3顯示系統(tǒng)3.3.1 LED顯示 LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變

37、了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，被稱為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過近40年的發(fā)展，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于景觀照明和普通照明領(lǐng)域，我國已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國。近幾年來，隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近100

38、0倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。 交通燈利用發(fā)光二極管來顯示不同顏色的信號指示燈。圖3-3 LED燈3.3.2數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管：按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極

39、接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。由于它的價格便宜使用簡單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。圖3-4 數(shù)碼管顯示3.4信號顯示驅(qū)動電路74HC245譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1和A2），并當(dāng)使能時，提供8

40、個互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC245特有3個使能輸入端：兩個低有效（E1和E2）和一個高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需4片74HC245芯片和1個反相器，即可輕松實(shí)現(xiàn)并行擴(kuò)展，組合成為一個1-32（5線到32線）譯碼器。任選一個低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC245亦可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74HC245作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器

41、可以提高譯碼系統(tǒng)的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時,譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通常小于存貯器的典型存取時間,這就是說由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從8 個輸出端中譯出一個 低電平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒相器,擴(kuò)展成24 線譯碼器不需外接門;擴(kuò)展成32 線譯碼器,只需要接一個外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。 圖3-5 74HC245電路圖 設(shè)計(jì)中將1腳接VCC，19腳接地，整個芯片是輸入端輸入高則輸出端輸出高，輸入端輸入低

42、則輸出端輸出地，只是相當(dāng)于驅(qū)動作用。3.5鍵盤輸入電路單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個I/O 口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O 口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高

43、電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。在用單片機(jī)對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機(jī)械的抖動，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長的。硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時立即延時10200毫秒以避開抖動（經(jīng)典

44、值為20毫秒），延時結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時間不到10200 毫秒，視為干擾信號。當(dāng)讀出的值是0時則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3-7所示： 圖3-7 鍵盤控制電路圖第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1程序主體設(shè)計(jì)流程全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖（圖4-1）所示。 設(shè)置字型碼和字位碼，完成顯示初始化外部

45、中斷定義狀態(tài)數(shù)組宏定義返回while(1)函數(shù)進(jìn)入while(1)循環(huán)I/O初始化定義字位碼函數(shù)定義共陰極字型編碼表調(diào)用顯示控制函數(shù)void display（）進(jìn)入主函數(shù)main()定義函數(shù)變量并初始化定時器0初始化調(diào)用Buzzer()函數(shù) 圖4-1系統(tǒng)總的流程圖4.2子程序模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊的控制是調(diào)用中斷來實(shí)現(xiàn)控制的，獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O 口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電

46、阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。INT1INT0 南北通行東西通行東西綠燈亮南北紅燈亮東西綠燈亮南北紅燈亮保持中斷保持中斷中斷返回中斷返回 圖4-2中斷子程序定時中斷子程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，定時器一但啟動，它便在原來的數(shù)值上開始加1計(jì)數(shù)，若在程序開始時，我們沒有設(shè)置TH0和TL0，它們的默認(rèn)值都是0，假設(shè)時鐘頻率為12MHz，12個時鐘周期為一個機(jī)器周期，那么此時機(jī)器周期為1us，記滿TH0和TL0就需要216 -1個數(shù)，再來一個脈沖計(jì)數(shù)器溢出，隨即向CPU申請中斷。因此溢出一次共需65536us,約等于65.6ms，如

47、果我們要定時50ms的話，那么就需要先給TH0和TL0裝一個初值，在這個初值的基礎(chǔ)上記50000個數(shù)后，定時器溢出，此時剛好就是50ms中斷一次，當(dāng)需要定時1s時，我們寫程序時當(dāng)產(chǎn)生20次50ms的定時器中斷后便認(rèn)為是1s，這樣便可精確控制定時時間啦負(fù)責(zé)完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個狀態(tài)的處理切換。中斷子程序包括數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新程序和各狀態(tài)處理程序。中斷程序的流程圖如圖所示。定義1s定時中斷入口設(shè)置字型碼和字位碼，完成數(shù)碼管倒計(jì)時顯示啟動定時器中斷 關(guān)閉定時器0初始化定時器0 計(jì)數(shù)變量自加1 圖4-3 定時中斷流程圖. KEIL51的應(yīng)用 硬件與軟件的設(shè)計(jì)一般都要分別借助一些軟件，如我們通常用

48、作電路設(shè)計(jì)與制版的Protel，MCS-51程序開發(fā)工具KEIL等。Keil C51 uVision2集成開發(fā)環(huán)境是基于80C51內(nèi)核的軟件開發(fā)平臺，支持工程建立、程序的編譯與鏈接、軟件仿真、硬件仿真、目標(biāo)代碼的生成等功能。Keil C51編譯器在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平。 與大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境類似，Keil C51集成開發(fā)環(huán)境也是用工程的方法來管理文件，在一個工程文件中源程序（C51程序、匯編程序）、頭文件等都可以進(jìn)行統(tǒng)一管理。 安裝運(yùn)行KEIL51，使用KEIL的開發(fā)工具進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)過程，與其他軟件開發(fā)項(xiàng)目的過程基本上相同：創(chuàng)建C 語言或匯編語言的源程

49、序。編譯或匯編源文件。糾正源文件中的錯誤。從編譯器和匯編器連接目標(biāo)文件。測試連接的應(yīng)用程序。. protel99se的應(yīng)用  Protel軟件是由澳大利亞的Protel Technolgy公司推出的，一直是從事印刷電路板設(shè)計(jì)的首選軟件。在1990年，Protel軟件由DOS平臺發(fā)展到Windos平臺，是世界上第一家運(yùn)行在Windos平臺的EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）軟件。Protel 99 SE是由Protel 99版本發(fā)展而來的，是基于Windos環(huán)境下的EDA軟件。Protel 99 SE主要的功能模塊電路原理圖(Schematic)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器，用于修改、生成原件符號的元件庫編輯器以及各種報表的生成器。印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括用于設(shè)計(jì)電路板的PCB編輯器，用于PCB自動布線的Route模塊。用于修改、生成元件封裝的元件封裝庫編輯器以及各種報表的生成器?？删幊踢壿嬈骷≒LD）設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要包括具有語法意識的文本編輯器、用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的PLD模塊。電路仿真(Simulate)模塊。該模塊主要包括一個功能強(qiáng)大的數(shù)/模混合信號電路仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號仿真。第五章 問題與解決方法本次設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C51組成