基于AT89C51單片機的交通信號燈的系統(tǒng)設(shè)計

山東工商學(xué)院2011屆畢業(yè)論文交通信號燈的系統(tǒng)設(shè)計[摘要]本文是運用單片機技術(shù)設(shè)計一個智能交通燈控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)的控制核心，具有紅、綠、黃燈顯示功能和顯示時間倒計時功能。在特殊情況下，還可以通過按鍵對交通燈進行控制。[關(guān)鍵字]AT89C51單片機倒計時交通信號燈TheDesignofTrafficLightSystem[Abstract]ThisarticlestatestheuseofSCMtechnologytodesignasmarttrafficlightcontrolsystem,thissystemusestheAT89C51single-chipcomputerasthecoreofthecontrolsystem,withred,green,yellowLEDandtimecountdowndisplayfunction.Inexceptionalcircumstances,youcanalsocontrolthetrafficlightbykeys[Keywords]AT89C51single-chipcomputercountdowntimingTrafficlights目錄第1章交通信號燈 11.1信號燈的發(fā)展歷史 11.2信號燈的現(xiàn)狀與前景 2第2章單片機的概述 32.1單片機的概念及發(fā)展過程 32.1.1基本概念 32.1.2發(fā)展過程 32.2單片機的結(jié)構(gòu)與原理 42.2.1單片機的硬件結(jié)構(gòu) 42.2.2單片機的工作方式 8第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 103.1整體方案設(shè)計 103.2硬件電路設(shè)計 103.2.1芯片AT89C51的說明 103.2.2時鐘電路 123.2.3緊急通用電路 123.2.4監(jiān)控電路 133.3系統(tǒng)硬件電路圖 14第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 154.1系統(tǒng)流程圖 154.1.1主程序流程圖 154.1.2定時中斷子程序 164.1.3顯示子程序流程圖 174.1.4按鍵子程序流程圖 184.2系統(tǒng)控制程序 19附錄1系統(tǒng)硬件原理圖 23附錄2程序清單 24引言道路交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的重要組成部分，這個系統(tǒng)的運行狀況如何，直接反映了一個地區(qū)、一個城市的現(xiàn)代管理水平。隨著交通的不斷發(fā)展和汽車化進程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問題之一。交通問題不僅在發(fā)展中國家，就在發(fā)達(dá)國家也是一個令人困擾的嚴(yán)重問題。而在我國不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無節(jié)制增長。因此，不可能通過無限制地修建道路來滿足日益增長的交通需求。緩解交通擁擠的最直接和最有效辦法就是提高路網(wǎng)的通信能力。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(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(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。本文就是基于單片機技術(shù)實現(xiàn)交通信號燈的控制與設(shè)計。不過在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用的，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。在車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊的道路上，靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。PAGE8第1章交通信號燈1.1信號燈的發(fā)展歷史交通燈是城市交通中的重要指揮系統(tǒng),它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān).隨著經(jīng)濟發(fā)展，汽車數(shù)量急劇增加。城市道路日漸擁擠，交通擁塞已成為一個國際性的問題。因此，設(shè)計可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有極大的現(xiàn)實必要性。如今，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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機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入交叉路口。1.2信號燈的現(xiàn)狀與前景九十年代初，隨著LED產(chǎn)品及技術(shù)大范圍推廣普及，以其亮度高、壽命長、低耗電等優(yōu)點被交通信號燈所采用。它是由若干LED元件按照信號指示所要求的組合,由交流電變壓整流后供給交通信號燈使用。雖然采用比較危險的強電供電，但由于在市供電地區(qū)內(nèi)取電容易，所以被各國廣泛使用。由于交通信號燈使用場所的特殊性，同時隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，交通流量對所使用的電源以及配套的智能管理系統(tǒng)有了更進一步的要求，交通信號的控制也由簡單三色指示信號向動態(tài)立體的指揮模式發(fā)展，電子警察，監(jiān)控設(shè)施，動態(tài)交通信息顯示屏，無線交通信號傳輸系統(tǒng)和指揮中心交通控制平臺將作為了交通信號燈不可缺少的附屬設(shè)施，但是也因此產(chǎn)生了的巨大耗電量，而且隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和山路等無電力供應(yīng)的地區(qū)的交通流量也日益增加，一些道路因交通管理的要求迫切需要安裝交通信號燈,但因電網(wǎng)的架設(shè)不到位影響了交通信號燈的應(yīng)用，直接影響到了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。為了解決這一系列問題，國內(nèi)外眾多科技工作者將目光轉(zhuǎn)向了取之不盡用之不竭的太陽能，利用太陽能為交通信號燈供電既能解決無力供電的問題，同時更加節(jié)能、環(huán)保，在大力發(fā)展可持續(xù)再生能源的社會形勢下,研究推廣太陽能交通信號燈將成為信號燈發(fā)展的未來方向第2章單片機的概述2.1單片機的概念及發(fā)展過程2.1.1基本概念單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer）,簡稱單片機。就是將微處理器（CPU）、存儲器（存放程序或數(shù)據(jù)的ROM和RAM）、總線、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口（I/O口）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計算機。由于單片機的重要領(lǐng)域為智能化電子產(chǎn)品，一般需要嵌入儀器設(shè)備內(nèi)，故又稱為嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。單片機具有可靠性高、便于擴展、控制功能強、低電壓、低功耗等特點，被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中。2.1.2發(fā)展過程1974年，美國仙童公司研制出世界上第一臺單片機F8。由于其結(jié)構(gòu)奇特，且指令系統(tǒng)與眾不同，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此，單片機開始迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，現(xiàn)已成為微型計算機的重要分支。單片機的發(fā)展通?？煞譃橐韵聨讉€階段。（1）第一階段（1974—1976年）在這個時期生產(chǎn)的單片機，制造工藝落后，集成度低，而且采用了雙片形式。典型產(chǎn)品有Fairchild公司的F8系列。其特點是：片內(nèi)只包括8位CPU，64B的RAM和兩個并行口，需要外加一塊3851芯片（內(nèi)部具有1KB的ROM、定時器/計數(shù)器和兩個并行口）才能組成一臺完整的單片機。（2）第二階段（1977—1978年）這個時代生產(chǎn)的單片機雖然已能在單片芯片內(nèi)集成CPU、并行口、定時器/計數(shù)器、RAM和ROM等功能部件，但性能低、品種少，應(yīng)用范圍也不是很廣。典型的產(chǎn)品有Intel公司的MCS-48系列。其特點是，片內(nèi)集成有8位的CPU，1KB或2KB的ROM，64B或128B的RAM，只有并行口，無串行口，有1個8位的定時器/計數(shù)器，中斷源有2個。片外尋址范圍為4KB，芯片引腳為40個。（3）第三階段（1979—1982年）這是8位單片機成熟的階段。這一代單片機和前兩代相比，不僅存儲容量和尋址范圍增大，而且中斷源、并行I/O口和定時器/計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加，并且集成有全雙工串行通信接口。在指令系統(tǒng)方面，普遍增設(shè)了乘除法、位操作和比較指令。這一時期生產(chǎn)的單片機品種齊全，可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要。其特點是，片內(nèi)包含了8位的CPU，4KB或8KB的ROM，128B或256B的RAM，具有串/并行接口，2個或3個16那個。位的定時器/計數(shù)器，有5-7個中斷源。片外尋址范圍可達(dá)64KB，芯片引腳為40個。代表產(chǎn)品為Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的MC6805系列，TI公司的TMS7000系列，Zilog公司的Z8系列等。（4）第四階段（1983年至今）這是16位單片機和8位高性能單片機并行發(fā)展的時代。16位單片機的工藝先進，集成度高，內(nèi)部功能強，運算速度高，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專業(yè)語言，如PL/M和C語言等。其特點是，片內(nèi)包括了16位的CPU，8KB的ROM，232B的RAM，具有串/并行接口，4個16位的定時器/計數(shù)器，有8個中斷源，具有看門狗（Watchdog），總線控制部件，增加了D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路，片外尋址范圍可達(dá)64KB，芯片引腳為48個或68個。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-96系列，Motorola公司的MC68HC16系列等。然而，由于16位單片機價格比較貴，銷售量不大，大量應(yīng)用領(lǐng)域需要的是高性能、大容量和多功能的新型8位單片機。近年來出現(xiàn)的32位單片機，是單片機的頂級產(chǎn)品，具有較高的運算速度。代表產(chǎn)品有Motorola公司的M68300系列和Hitachi（日立）公司的SH系列等。2.2單片機的結(jié)構(gòu)與原理2.2.1單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),另一種是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(jié)構(gòu)，即普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)。單片機主要包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口、串行I/O接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2.1所示。振蕩器振蕩器CPU并行I/O接口串行接口中斷系統(tǒng)8031無ROM80514KB掩膜ROM87514KBEPROM特殊功能寄存器SFR128B定時器/計數(shù)器T0，T1P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1圖2.2.1單片機的內(nèi)部框圖單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖2.2.2所示。PP0驅(qū)動器P2驅(qū)動器P0鎖存器RAM地址寄存器P2鎖存器RAMACCB寄存器TMP2TMP1堆棧指針ALUPSWEPROM或ROM中斷系統(tǒng)串行口定時器/計時器16位地址寄存器緩沖器PC+1器器PCDPTRP1鎖存器P1驅(qū)動器P3鎖存器P3驅(qū)動器ALEEARSTPSENXTAL1XTAL2P1.0-P1.7P3.0-P3.7P0.0-P0.7P2.0-P2.7定時和控制邏輯指令寄存器OSCVssVcc圖2.2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖1.中央處理器（CPU）CPU是整個單片機的核心部件，由運算器和控制器組成。（1）運算器運算器可以完成算術(shù)運算和邏輯運算，其操作順序在控制器控制下進行。運算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器A（Accumulator）、暫存器TMP1和TMP2，以及程序狀態(tài)字PSW組成。（2）控制器控制器是由程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）、SP、DPTR、指令寄存器IR（InstructionRegister）、指令譯碼器ID（InstructionDecoder）、定時控制邏輯和振蕩器OSC等電路組成。CPU根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在IR中，ID對IR中的指令碼進行譯碼，定時控制邏輯在OSC配合下對ID譯碼后的信號進行分析時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。2.存儲器存儲器有片內(nèi)和片外之分，片內(nèi)存儲器是集成在芯片內(nèi)部，片外存儲器是專用的存儲器芯片，需要通過印刷電路板上的三總線與單片機連接，無論片內(nèi)還是片外存儲器，都分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。（1）程序存儲器一般將只讀存儲器（ROM）用做程序存儲器。它用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無ROM的單片機，它的程序存儲器必須外接，此時單片機的端必須接地，強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內(nèi)部有ROM的單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲器中讀取程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM的容量時，才會轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器讀取程序。（2）數(shù)據(jù)存儲器一般將隨機存取存儲器（RAM）用做數(shù)據(jù)存儲器。其存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內(nèi)容，故主要用于存儲短時間使用的程序。單片機的數(shù)據(jù)存儲器可分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)和外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)。3.定時器/計數(shù)器單片機內(nèi)部包含兩個16位可編程序的定時器/計數(shù)器,均為二進制數(shù)加1計數(shù)器，分別命名為T0和T1。它們都由兩個8位寄存器拼裝而成。T0和T1均有定時器和計數(shù)器兩種工作模式，在每種工作模式下又分為若干工作方式。在定時器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以由單片機時鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供，故定時時間和單片機時鐘頻率有關(guān)。在計數(shù)器模式下，T0和T1的計數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對T0和T1的控制由兩個8位特殊功能寄存器完成：一個稱為定時器方式選擇寄存器TMOD，用于確定定時器的工作模式；另一個叫做定時器控制寄存器TCON，可以決定定時器或計數(shù)器的啟動、停止，以及進行中斷控制。定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖2.2.3。CPUCPU微處理器TH1TL1TH0TL0TCONTMOD70707070P3.5P3.4內(nèi)部總線圖2.2.3定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)4.I/O接口I/O接口是CPU與外設(shè)間交換信息的橋梁，它可以制成一塊單獨的大規(guī)模集成電路，也可以和CPU集成在同一塊芯片上，單片機則屬于后一種結(jié)構(gòu)。I/O接口是單片機對外部實現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過程的速度匹配和增加它的負(fù)載能力。I/O端口有串行和并行之分，串行接口是將數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，并行接口是將組成數(shù)據(jù)的各位同時傳送。5.中斷系統(tǒng)中斷是指CPU暫停原程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過程。中斷系統(tǒng)是指能夠?qū)崿F(xiàn)中斷功能的硬件電路和軟件程序。中斷系統(tǒng)應(yīng)具有能夠?qū)崿F(xiàn)中斷優(yōu)先權(quán)排隊、中斷嵌套、自動響應(yīng)中斷和中斷返回等功能。中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE和中斷優(yōu)先級控制器IP等電路組成。其中，IE用于控制5個中斷源中哪些中斷請求被允許向CPU提出，哪些中斷源的中斷請求被禁止；IP用于控制5個中斷源的中斷請求的優(yōu)先權(quán)級別。2.2.2單片機的工作方式單片機的工作方式是進行系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，也是單片機應(yīng)用技術(shù)人員必須熟悉的問題。單片機的工作方式可分為：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單步執(zhí)行方式、掉電保護方式、節(jié)電工作方式和EPROM編程/校驗方式。1.復(fù)位方式系統(tǒng)開始運行和重新啟動靠復(fù)位電路來實現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。單片機在開機時都需要復(fù)位，以便CPU及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號高電平有效。進行復(fù)位操作時，外部電路需在RST引腳產(chǎn)生兩個機械周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。2.持續(xù)執(zhí)行方式這是單片機基本工作方式，它又分為連續(xù)執(zhí)行工作方式和單步執(zhí)行工作方式。連續(xù)執(zhí)行工作方式是所有單片機都需要的一種工作方式。由于單片機復(fù)位后，PC值為0000H，因此單片機在上電或按鍵復(fù)位后總是轉(zhuǎn)到0000H處執(zhí)行程序，但是用戶程序并不在0000H開始的存儲器單元中，為此需要在0000H處放入一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到用戶程序的實際入口地址處執(zhí)行程序。單步執(zhí)行方式是利用單片機外部中斷功能實現(xiàn)的。單步執(zhí)行鍵相當(dāng)于外部中斷源，當(dāng)它被按下時，相應(yīng)電路就產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，送到單片機的（或）引腳，單片機在上的負(fù)脈沖作用下，便能自動執(zhí)行預(yù)先安排在中斷服務(wù)程序中的單步執(zhí)行指令，執(zhí)行完后中斷返回。3.節(jié)電方式節(jié)電工作方式是一種能減少單片機功耗的工作方式，通?？煞譃榭臻e（等待）方式和掉電（停機）方式，是針對CHMOS型芯片而設(shè)計的，它是一種低功耗的工作方式。HMOS型單片機由于本身功耗大，不能工作在節(jié)電方式，但它有一種掉電保護功能。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1整體方案設(shè)計本方案擬采用AT89C51單片機作為交通信號燈系統(tǒng)的控制核心。由于單一路口顯示倒計時時間的數(shù)碼管必須用兩位（即個位和十位），所以本方案用了8個七段數(shù)碼管，且數(shù)碼管采用的是靜態(tài)顯示；設(shè)置了3個按鍵用來處理交通燈在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的特殊情況，共使用3個I/O端口控制，其中P3.0接K1鍵，P3.1接K2鍵，P3.2接K3鍵；十字路口共需要4組紅綠燈，加上轉(zhuǎn)換黃燈，一共是12只燈，需用6個端口進行控制；由于AT89C51單片機的I/O口作為輸出時，具有較大的吸收電流能力，因此選用共陽極數(shù)碼管，這樣由單片機的I/O口就可以直接驅(qū)動，從而簡化硬件電路的設(shè)計；此外專門設(shè)計了監(jiān)控電路對系統(tǒng)對控制系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和持續(xù)性。系統(tǒng)的整體方案設(shè)計圖如圖3.1.1所示。時鐘電路時鐘電路復(fù)位電路紅綠燈裝置驅(qū)動裝置倒計時顯示裝置單片機監(jiān)控電路AT89C51圖3.1.1系統(tǒng)的整體方案設(shè)計3.2硬件電路設(shè)計3.2.1芯片AT89C51的說明（1）主要特性：4K字節(jié)可編程閃爍存儲器全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路圖3.2.1AT89C51引腳圖（2）引腳說明：引腳圖如圖3.2.1Vcc（40腳）：正電源引腳。Vss（20腳）：接地引腳。P0口：P0口為雙向8位三態(tài)I/O口，它既可作為通用I/O口，又可作為外部擴展時的數(shù)據(jù)總線及低8位地址總線的分時復(fù)用口。P1口：P1口為8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，一般作通用I/O口使用，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線，作為輸入時，鎖存器必須置1。P2口：P2口為8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部I/O設(shè)備。一般作為外部擴展時的8位地址總線使用。P3口：P3口為8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，它是雙功能復(fù)用口，作為通用I/O口時，功能與P1口相同，不過常用的是第二功能。第二功能如表3.2.1。P3口第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口P3.2TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2外部中斷0請求輸入P3.3外部中斷1請求輸入P3.4T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入口P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入口P3.6外部RAM寫選通信號P3.7外部RAM讀選通信號表3.2.1P3口的第二功能RESET（9腳）：復(fù)位信號/備用電源線引腳。（29腳）：片外ROM選通線。ALE/（30腳）：地址鎖存允許/編程引腳。/Vpp（31腳）：允許訪問片外程序存儲器/編程電源線。XTAL1和XTAL2（18,19腳）：片內(nèi)振蕩電路的輸入/輸出端。3.2.2時鐘電路時鐘電路是本系統(tǒng)硬件電路的重要組成部分，CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同指令功能的。時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號；另一種為外部方式，時鐘信號由外部引入連接方式如圖3.2.2所示。圖3.2.2內(nèi)部（左）、外部（右）時鐘連接方式3.2.3緊急通用電路該系統(tǒng)的K1、K、K3三個按鍵分別與單片機的P3.0、P3.1、P3.2相接，它們可以在特殊的交通情況下使用。當(dāng)有緊急情況發(fā)生，如消防車、救護車等緊急車輛通過時，按下K1鍵，四個路口同時加亮黃色信號燈并進行閃爍，閃爍5s后，四個路口的信號燈全部變成紅燈，從而使緊急車輛及時通過，待緊急車輛通過后，松開K1鍵，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；按下K2鍵，四個路口同時加亮黃色信號燈并進行閃爍，閃爍5s后，只允許東西方向車輛準(zhǔn)行、南北方向車輛禁行，松開K2鍵，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；按下K3鍵，四個路口同時加亮黃色信號燈并進行閃爍，閃爍5s后，只允許南北方向車輛準(zhǔn)行、東西方向車輛禁行，松開K3鍵，系統(tǒng)恢復(fù)正常工。按鍵電路如圖3.2.3。圖3.23.2.4監(jiān)控電路該系統(tǒng)通過使用專門的監(jiān)控芯片實現(xiàn)了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控電路，它同時具有單片機微處理器監(jiān)控功能和看門狗功能。監(jiān)控功能主要是指監(jiān)控電源電壓、處理突發(fā)掉電情況、產(chǎn)生正確復(fù)位信號等?？撮T狗功能是指在系統(tǒng)設(shè)計中通過軟件或硬件的方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機微處理器的運行情況，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到來自單片機微處理器的觸發(fā)信號，則系統(tǒng)會強制復(fù)位。單片機的監(jiān)控電路總是和復(fù)位電路聯(lián)系在一起的，所以單片機監(jiān)控電路也就是單片機監(jiān)控復(fù)位電路。1.監(jiān)控芯片MAX6304（1）芯片特點：同時具有復(fù)位和看門狗功能。復(fù)位電壓門限在1.22V以上可調(diào)節(jié)。復(fù)位超時時間可調(diào)?？撮T狗超時時間可調(diào)。輸出結(jié)構(gòu)：推/拉方式輸出、高電平復(fù)位。（2）引腳說明：引腳圖如圖3.2.4所示。RESETIN：復(fù)位輸入腳。GND：接地端。SRT：復(fù)位超時設(shè)置輸入腳。SWT：看門狗超時設(shè)置輸入腳。WDS：看門狗檢測器選擇腳。WDI：看門狗檢測器輸入腳。RESET：推/拉式、高電平有效復(fù)位輸出腳。Vcc：正電源腳。圖3.2.4MAX6304引腳圖2.監(jiān)控電路接線圖如圖3.2.5所示。圖3.2.5監(jiān)控電路3.3系統(tǒng)硬件電路圖系統(tǒng)硬件原理圖見附錄1。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程圖4.1.1主程序流程圖該系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。系統(tǒng)在正常工作情況下，每60s循環(huán)變化一次。每個循環(huán)周期在還剩5s時，四個路口的黃燈同時點亮并開始閃爍，以提醒路上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變換。在程序中定時掃描P3口，若有鍵按下，則調(diào)用鍵盤子程序進行相應(yīng)處理；若無，則程序繼續(xù)執(zhí)行。主程序流程圖如圖4.1.1所示。開始開始系統(tǒng)初始化東西準(zhǔn)行，南北禁行（55s）東西亮綠燈，南北亮紅燈調(diào)顯示子程序掃描鍵盤有鍵按下？調(diào)用鍵盤子程序東西準(zhǔn)行，南北禁行（5s）東西亮綠燈，南北亮紅燈。同時黃燈進行閃爍調(diào)顯示子程序掃描鍵盤有鍵按下？東西，南北方向換向NNYY調(diào)用鍵盤子程序圖4.1.1主程序流程圖4.1.2定時中斷子程序該系統(tǒng)的倒計時顯示裝置采用的是靜態(tài)顯示方式，單片機的P0口和P2口分別連接倒計時裝置的十位和個位，系統(tǒng)每1s都會向倒計時顯示裝置傳送新的數(shù)字型碼用來顯示新的倒計時時間。設(shè)定該系統(tǒng)的定時器工作在方式1，由于方式1的最大定時時間為65.536ms，所以要產(chǎn)生1s的定時時間必須采用累加定時的方法，即將定時器的定時時間設(shè)定為50ms，中斷的循環(huán)次數(shù)設(shè)定位20。當(dāng)20次循環(huán)中斷完成后，說明1s時間已經(jīng)累計到，這時通過調(diào)用顯示子程序為倒計時裝置傳送新的數(shù)字型碼，從而完成倒計時時間的“減1”操作并進行顯示。另外，每完成一次定時中斷操作后都要重新對定時器賦初值。定時中斷子程序流程圖如圖4.1.2所示。開始開始重新給循環(huán)次賦初值數(shù)設(shè)定中斷的循環(huán)次數(shù)定時器初始化定時開始定時時間到？產(chǎn)生中斷循環(huán)次數(shù)減1循環(huán)次數(shù)=1？調(diào)顯示子程序給定時器賦初值返回YNNY圖4.1.2定時中斷子程序流程圖1.定時器初值的計算：本系統(tǒng)采用定時器T1的工作方式1，單片機的系統(tǒng)主頻為6MHz。所以T0=單片機的時鐘周期*12=[1/(6*)]*12=2us，則定時初值為：TC=M-T/T0=-55ms/2us=65536-25000=40526=9E58H2.延時1s子程序：DELAY:MOVR1,#0AHDELAY0:MOVR2,#0C8HDELAY1:MOVR3,#0F8HNOPDELAY2:DJNZR3,DELAY2DJNZR2,DELAY1DJNZR1,DELAY0RET4.1.3顯示子程序流程圖該系統(tǒng)采用的是靜態(tài)顯示，對于得到的倒計時顯示數(shù)據(jù)，首先應(yīng)提取出倒計時數(shù)據(jù)的十位和個位，然后將十位和個位的字型碼分別送到單片機的P0口和P2口。其中P0口用來向倒計時顯示裝置傳送十位數(shù)字型碼，P2口用來向倒計時顯示裝置傳送個位數(shù)字型碼。顯示子程序流程圖如圖4.1.3所示。提取倒計時數(shù)據(jù)的十位數(shù)提取倒計時數(shù)據(jù)的十位數(shù)取倒計時數(shù)值獲取十位數(shù)字型碼并送到P0口獲取個位數(shù)字型碼并送到P2口調(diào)1s延時子程序返回開始提取倒計時數(shù)據(jù)的個位數(shù)圖4.1.3顯示子程序流程圖4.1.4按鍵子程序流程圖該控制系統(tǒng)中，共使用了三個按鍵K1、K2、K3來處理交通燈在實際應(yīng)用中的某些特殊情況。如按下K1鍵，東西南北四個路口均變成紅燈，從而保證諸如急救車、消防車等車輛的及時通過；按下K2鍵，則只允許東西方向通行，而南北方向禁行；按下K3鍵，則只允許南北方向通行，而東西方向禁行。另外，K1、K2、K3三個鍵無論按下哪個按鍵，倒計時顯示裝置都會關(guān)閉，四個路口的黃燈同時點亮進行閃爍，提醒車輛和行人，交通燈即將發(fā)生變化。當(dāng)特殊情況消除后，松開按鍵，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。按鍵子程序流程圖如圖4.1.4所示。有鍵按下？有鍵按下？開始鍵盤掃描K1鍵按下？K2鍵按下？K3鍵按下？關(guān)閉倒計時顯示關(guān)閉倒計時顯示關(guān)閉倒計時顯示黃燈進行5s閃爍黃燈進行5s閃爍黃燈進行5s閃爍東西南北均變成紅燈南北變綠燈東西變紅燈東西變綠燈南北變紅燈K2鍵按下？K3鍵按下？NNNYYYYYYK1鍵按下？NN返回N圖4.1.4按鍵子程序流程圖4.2系統(tǒng)控制程序程序清單見附錄2。結(jié)論在我國，國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市化進程大大加快城市規(guī)模日益膨脹，再加上特定的國際外部環(huán)境，構(gòu)成了我國城市交通發(fā)展進程所面臨的獨特的背景，隨著科技的快速發(fā)展，作為現(xiàn)代交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分，交通信號燈在日益更新，為了更有效地管理交通系統(tǒng)，疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故，本文設(shè)計了以單片機為核心控制系統(tǒng)的交通信號燈。在詳細(xì)介紹了信號燈以及單片機的的基本結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，本文采用AT89C51單片機來控制十字路口的四組紅綠燈，此外還設(shè)計了監(jiān)控電路、緊急通用電路對控制系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，軟硬件相結(jié)合，進一步提高了交通信號燈系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。同時隨著單片機技術(shù)的不斷深入和控制檢測技術(shù)的快速發(fā)展，以單片機為控制核心的交通信號燈將憑借其較好的穩(wěn)定性和智能性成為交通信號燈未來發(fā)展的主要方向。致謝語非常感謝我的指導(dǎo)老師高法金老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給予我的幫助。從論文的選題、研究、撰寫到定稿，都得到高老師細(xì)心的指導(dǎo)。高老師待人熱忱，對學(xué)生關(guān)懷備至，在工作上精益求精，啟發(fā)學(xué)生開拓視野，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。我在高老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大的提高了實踐能力，并對當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對我今后的學(xué)習(xí)和工作有極大的幫助。感謝我的朋友和家人，在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助和關(guān)懷，是他們精神上的鼓勵和物質(zhì)上的支持幫助我不斷的努力和前進。參考文獻：[1]李朝青.《單片機原理及接口技術(shù)》[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.[2]張鑫.《單片機原理及應(yīng)用》[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.[3]李海濱，片春媛，許瑞雪.《單片機技術(shù)課程設(shè)計與項目實例》[M].北京.中國電力出版社,2009.[4]吳秀清，周荷琴.《微型計算機原理與接口技術(shù)》[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2008.[5]李建忠.《單片機原理及應(yīng)用》[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1996.[6]康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M].武漢：華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室,2001.[7]何立民.《單片機應(yīng)用技術(shù)大全》[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1994.[8]余錫存，曹國華.《單片機原理及接口技術(shù)》[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.[9]武慶生，仇梅.《MCS系列單片機及接口使用教程》[M].四川：電子科技大學(xué)出版社,1997.[10]徐愛均，彭秀華.《keilcx51V7.0單片機高級語言編程與uVision2應(yīng)用實踐》[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.[11]黃智偉.《全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程》[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.附錄1系統(tǒng)硬件原理圖附錄2程序清單ORG0000HLJMPMAINORG001BH;定時器T1中斷入口LJMPSSORG0100H;主程序入口;*********;;*主程序*;;*********;MAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#10H;定時器T1工作在方式1MOVTH1,#9EH;給定時器T1賦初值MOVTL1,#58HSETBEA;開中斷系統(tǒng)總開關(guān)SETBET1;開定時器T1中斷開關(guān)SETBTR1;啟動定時器T1HERE:MOV88H,#15H;設(shè)置中斷循環(huán)次數(shù)MOV33H,#3DH;設(shè)置倒計時顯示數(shù)值MOVP1,#0F3H;使交通燈東西綠，南北紅MOVR7,#37HMM:LCALLDISPMOVA,P3;鍵盤掃描CJNEA,#0FFH,READKEYDJNZR7,MMMOVP1,#0E1H;交通燈東西綠，南北紅同時加亮黃燈MOV20H,#02HNN:MOVA,P3CJNEA,#0FFH,READKEYSETBP1.1;黃燈進行5s閃爍SETBP1.4LCALLDISPCLRP1.1CLRP1.4LCALLDISP;調(diào)顯示子程序DJNZ20H,NNSETBP1.1SETBP1.4LCALLDISPMOVP1,#0DEH;交通燈南北綠，東西紅MOVR7,#37HPP:LCALLDISPMOVA,P3CJNEA,#0FFH,READKEYDJNZR7,PPMOVP1,#0CCH;交通燈南北綠，東西紅同時加亮黃燈MOV20H,#02HQQ:MOVA,P3;掃描P3口CJNEA,#0FFH,READKEYSETBP1.1SETBP1.4LCALLDISPCLRP1.1CLRP1.4LCALLDISPDJNZ20H,QQSETBP1.1SETBP1.4LCALLDISPLCALLQWQW:SJMPHERERET;****************;;*1s延時子程序*;;****************;DELAY:MOVR1,#0AHDELAY0:MOVR2,#0C8HDELAY1:MOVR3,#0F8HNOPDELAY2:DJNZR3,DELAY2DJNZR2,DELAY1DJNZR1,DELAY0RET;*****************;;*鍵盤掃描子程序*;;*****************;READKEY: