基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書

畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計TheMCUControlSystemDesignOfTrafficLight

一．選題意義及背景現(xiàn)代城市生活中，交通顯得日漸重要。車輛的逐漸增多、城市道路的擁擠不堪都需要良好的城市道路交通管理，信號燈控制非常重要，本課題針對十字路口的交通情況設(shè)計相應(yīng)的控制時間和控制流程，利用單片機良好的控制功能來進行設(shè)計，實用性強。本課題主要利用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管做信號指示燈，通過編寫程序控制信號燈的顏色顯示和保持時間，讓學(xué)生增強動手能力，并進一步了解單片機的工作原理。二．畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：交通燈控制系統(tǒng)主要包括硬件部分設(shè)計制作和軟件程序設(shè)計兩大部分。要求設(shè)計的系統(tǒng)能對東西方向和南北方向的車流進行控制，按照設(shè)定的時間準確進行顯示部分的剩余時間的顯示和切換。應(yīng)完成的主要工作包括單片機的選型、硬件電路設(shè)計、電路圖繪制、軟件程序的設(shè)計、實物電路制作等。熟練使用Proteus軟件和偉福仿真軟件編寫程序，模擬電路運行，并完成畢業(yè)論文。利用單片機豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的信號切換和時間顯示。

三．計劃進度：第8周確定分組以及在小組中的分工，通過各種途徑查閱資料，確定總體系統(tǒng)設(shè)計，購買原材料第9周——第10周系統(tǒng)設(shè)計，電路板制作，開始撰寫論文第11周硬件系統(tǒng)基本完成，調(diào)試修繕。論文初稿完成第12周論文修改完善，準備答辯第13周答辯四．畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、畢業(yè)設(shè)計實物2、畢業(yè)設(shè)計論文3、任務(wù)書4、教師評閱書指導(dǎo)教師：林蒙丹、徐冬云教研室主任：張明金2011年10月17日 2011論文真實性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日期：指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學(xué)生論文所涉及的內(nèi)容進行嚴格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)老師簽名： 日期：目錄摘要 5ABSTRACT 6前言 7第一章單片機的概述 81.1單片機的簡介 81.2單片機的發(fā)展歷程 91.3典型的單片機產(chǎn)品 10第二章單片機芯片的簡介 112.1MCS-51芯片的簡介 112.2數(shù)碼管 132.2.1數(shù)碼管的分類 132.2.2數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 13第三章交通燈的總體設(shè)計方案 153.1設(shè)計思想 153.2實現(xiàn)方法 153.3交通燈的管理方案論證 153.4系統(tǒng)的硬件設(shè)計 163.4.1總體設(shè)計框圖 163.4.2硬件接線圖 173.4.3單片機的最小系統(tǒng)圖 18第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 194.1計數(shù)器的硬件延時 194.1.1計數(shù)器的初值計算 194.1.2計算公式 194.1.31秒的方法 194.2軟件延時 204.3信號燈的顯示 214.4程序設(shè)計 224.4.1控制流程圖 224.4.2程序源代碼 24第五章設(shè)計感想 27致謝 28參考文獻 29摘要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,在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,單片機往往作為核心器件來使用。僅單片機知識是不夠的,還應(yīng)根據(jù)具體硬件軟件結(jié)構(gòu)結(jié)合來加以完善。交通信號燈控制方式很多,一個好的控制系統(tǒng)可以帶來諸多的方便，選擇實用的單片機更能讓其發(fā)揮更大的功效。本系統(tǒng)就是采用MCS-51系列單片機AT89S51和可編程并行I/O接口芯片89s51位中心器件來設(shè)計交通燈控制器,AT89S51的引腳有更加強大的功能，更是兼容此系列的單片機，同時結(jié)合部分外圍電路，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過89S51的P1口設(shè)置紅綠燈點亮?xí)r間的功能,紅綠燈循環(huán)點亮,倒計時剩5秒時黃燈閃爍警告,本系統(tǒng)實用性強,操作簡單,擴展功能強。關(guān)鍵詞:交通燈MCS-51單片機ABSTRACTYearswiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology.SCMapplicationaredeepeningatthesametimepromotemoretraditionalcontroldetectionupdate.Inreal-timedetectionandcontrolofthemicrocomputerapplicationsystem，themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlytheSCMknowledgeisinadequateandshouldbebasedonspecifichardwarearchitecturehardwareandsoftwaretobeimproved.Manywaystocontroltrafficlights.Agoodcontrollabletrafficlightsystemcanbeatechnologicalinnovationofroadcongestion,illegalcontrolandotherissuesInthissystem，MCS-51seriesMCUAT89S51andprogrammableparallelI/Ointerfacechip89s51-centereddesignoftrafficsignalcontrollerdevicetorealizetheactualtrafficvolumeby89S51accordingtotheP1portchipsetofred,greentimekindlefunction:trafficlightcycleoflight,yellowlightflasheswhenthecountdown5secondsleftwarning.Thesystempractical，simple，powerfulextensions.Keywords:trafficlightMCS-51SCM前言19世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會大前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時英國機械師德·哈設(shè)計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號燈，在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。

直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)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”的抱負到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，天津不銹鋼崗?fù)ぎ?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?；氐剿奚幔磸?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。

中國最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。

縱觀交通事業(yè)的發(fā)展歷史，以前，人們出門遠行或運輸東西最常用到的交通工具是馬車，但是隨著社會的進步經(jīng)濟的發(fā)展，一種新型交通工具汽車隨之問世。如1950年英國陸虎公司推出世界上第一臺采用燃氣渦輪發(fā)動機的汽車，1952年美國通用公司推出“別克”牌小轎車，1956年中國第一汽車制造廠成立，“解放”牌汽車問世。特別是近幾年汽車產(chǎn)業(yè)更是日新月異，2006年全世界汽車總已產(chǎn)量已超過6400萬輛。在汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，隨之而來交通問題也越來越多，如交通堵塞和交通事故時常發(fā)生，這不但給人們的生命和財產(chǎn)造成了威脅，同時還制約著國民經(jīng)濟的發(fā)展，特別是發(fā)達國家和發(fā)展中國家面臨的形勢更是嚴峻。

為了緩解交通的負荷量，使車輛運行暢通無阻，交通事業(yè)整嚴有序，國家起用了雙車道交通燈控制系統(tǒng)。通過紅，綠，黃三色燈進行單一的控制，使其遵守紅燈停，綠燈行的原則。但是隨著社會的發(fā)展，天津不銹鋼崗?fù)ご讼到y(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足交通控制事業(yè)的需求，需要一種全新的控制理念，進而引進了與我國國情相符合的國外先進的控制體系，多車道交通燈控制系統(tǒng)，不但解決以往交通控制系統(tǒng)的局限性，同時還加快車了車流輛速度。并制定了<<道路交通安全法實施條例>>第三十八條明確規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準許車輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不得妨礙被放行的直行車輛、行人通行，黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行。單片機的概述單片機的簡介單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機的發(fā)展歷程1971年intel公司研制出世界上第一個4位的微處理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片Intel4004，標志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）其中4004（下圖）包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計算性能遠遠超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。1973年Intel公司研制出8位的微處理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS（MillionInstructionsPerSecond）。1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。1976年Intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機，這也是單片機的問世。ZILOG公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備。當(dāng)時，ZILOG、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。20世紀80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機。MCS-51系列單片機無論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴展方面都有了很大的提高。典型的單片機產(chǎn)品Intel是最早推出單片機的公司之一,主要有MCS-48、MCS-51系列8位單片機和MCS-96系列的16位單片機。在二十世紀八、九十年代MCS-51和MCS-96曾經(jīng)是我國最流行的單片機,得到最廣泛的應(yīng)用.國內(nèi)具有很多型號的51/96仿真器,至今仍有不少的用戶。這幾年Intel公司注重于奔騰系列的微處理器,高檔嵌入式系統(tǒng)等的開發(fā)沒有推出新的單片，而ATMEL公司有很多和MCS-51兼容的高性能單片機。Motorola公司主要有MC68HC05、MC68HC11、MC68HC08系列的8位單片機,MC68C12、MC68HC16系列16位單片機.MC68HC908是新型的FLASH型單片機,功能強,型號多,又有國產(chǎn)的廉價仿真器的支持,在我國得到了廣泛應(yīng)用。東芝公司主要有TLCS-870、TLCS-870/X、TLCS-870/C等系列的8位單片機,TLCS-900系列的16位單片機,這些單片機是近幾年推出的新型單片機,功能強、可靠性高，.國內(nèi)推出了tlcs-870、tlcs-870/c系列單片機的廉價開發(fā)工具(STFB和STF870/C)，使這兩個系列的單片機引起國內(nèi)用戶的重視，近兩年來開始流行，特別是在家用電器領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。世界上其他的半導(dǎo)體公司，如美國的國際半導(dǎo)體，日本的日立、三菱、NEC、富士通公司、韓國的三星公司、荷蘭的Philips公司等都有他們的單片機系列產(chǎn)品。從應(yīng)用的角度看，各個公司的新型單片機的結(jié)構(gòu)和功能大體上相似，從應(yīng)用的廣度看，8位單片機應(yīng)用最廣泛。在開發(fā)一個應(yīng)用產(chǎn)品時，選用哪一個型號的單片機取決于開發(fā)成本、生產(chǎn)成本以及是否有廉價的開發(fā)工具的支持。、單片機芯片的簡介2.1MCS-51芯片簡介AT89S51是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，它是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(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，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。其管腳圖如圖1所示；圖1AT89S51的引腳圖現(xiàn)在我們對AT89S51的40個管腳的功能加以說明：1．主電源引腳VCC：電源電壓輸入端。GND：電源地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。2.控制引腳RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。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低位字節(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，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次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：外部程序存儲器訪問允許。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，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。3.外接晶振引腳XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。4.可編程輸入/輸出引腳AT89S51單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如用來控制電機、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時就是利用這些可編程引腳來實現(xiàn)我們想要的功能。

PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7經(jīng)過對AT89S51和之前的MCS-51系列單片機的比較，以下是其主要性能特點1、4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器；2、128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；3、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、5個中斷優(yōu)先級、2層中斷嵌套中斷；5、6個中斷源；6、2個16位可編程定時器/計數(shù)器；7、2個全雙工串行通信口；8、看門狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；10、與MCS-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；12、三級程序存儲器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式；看門狗（WDT）電路的主要是實現(xiàn)復(fù)位功能，當(dāng)單片機運行出現(xiàn)死循環(huán)時,看門狗（WDT）電路可以起保護功能,實現(xiàn)復(fù)位作用。2.2數(shù)碼管2.2.1數(shù)碼管分類數(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)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。2.2.2數(shù)碼管結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）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。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。SM220501K是一個兩位數(shù)共陰極的數(shù)碼管,a,b,c,d,e,f,g,就是數(shù)碼管的段碼dip就是數(shù)碼管的小數(shù)點，11、10為位選信號。例如:如果給b,c送高電平,11接地,左邊的數(shù)碼管會顯示1，在本次設(shè)計中11為十位的位選信號。如果b,c送高電平,10接地,右邊的數(shù)碼管會顯示1，在本次設(shè)計中為個位的位選信號。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片圖2是一個兩位7段帶小數(shù)點的10引腳的LED數(shù)碼管。圖3是引腳的定義，其中DP表示的是小數(shù)點。圖4是原理圖。圖2實物圖圖3引腳圖圖4原理圖第三章交通燈的總體設(shè)計方案3.1設(shè)計思想（1)通過交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握at89s51并行口傳輸數(shù)據(jù)的方法,以控制發(fā)光二極管的亮與滅。(2)用at89s51作為輸出口,控制十二個發(fā)光二極管熄滅,模擬交通燈管理。(3)通過單片機控制設(shè)計，熟練掌握匯編語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。(4)完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、仿真調(diào)試。(5)由于對面對的兩個交通燈現(xiàn)象一樣，同時合為一個，所以設(shè)計中控制6個燈就可以了。3.2實現(xiàn)方法（1）在設(shè)計中利用軟件程序延時的方法來控制紅（綠）的亮的時間?？紤]延時時間較長所以先用T0產(chǎn)生終端然后通過計數(shù)的方法來實現(xiàn)延時。利用Ｐ１口的P1.1、P1.2、P1.3作為紅綠燈控制端口。（2）南北向的綠燈連在一塊，東西向的紅燈連在一塊，他們一塊與P1.1相連。同樣南北向的紅燈連在一塊，東西向的綠燈連在一塊，他們一塊與P1.2相連，四個黃燈連在一塊與P1.3相連。3.3交通燈的管理方案論證東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設(shè)東西道方向為主干道南北方向為從干道，四個路口安裝紅，黃，綠，燈各一盞。如圖5所示：圖5十字路口指示燈燃亮的方案如下50S10S40S10S……東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮……南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮……根據(jù)指示燈燃亮的方案，對其做個詳細的說明：

（1）當(dāng)東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為50秒。（2）黃燈閃爍10秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。

（3）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為40秒。東西方向車流大通行時間長。（4）這樣如上方案的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。（5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。3.4系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.4.1總體設(shè)計框圖AT89S51東西交通燈(2組)復(fù)位電路東西交通燈(2組)復(fù)位電路南北交通燈(2組)南北交通燈(2組)振蕩電路振蕩電路2位LED顯示器（4組）2位LED顯示器（4組）圖6交通控制系統(tǒng)總體框圖

3.4.2硬件接線圖根據(jù)上面的接線圖各引腳的分配如下：P1.0、P1.2、P1.4分別作為南北綠燈、黃燈、紅燈的控制端。P1.1、P1.3、P1.5分別作為東西綠燈、黃燈、紅燈的控制端。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7作為兩段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g的顯示控制端，其中P2.7接得是小數(shù)點dp端。P3.0、P3.1、P3.2接的是數(shù)碼管的位選信號端。

3.4.3單片機的最小系統(tǒng)圖單片機系統(tǒng)需要實驗板一塊，電容8個，電阻3個,12兆晶振一個，按鈕一個，40管教插槽一個，導(dǎo)線若干，小led燈一個，89S51芯片一片等單片機系統(tǒng)包括單片機、晶振電路、復(fù)位電路。圖7單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷復(fù)位信號.為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號,以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。振蕩電路的基本功能是：為單片機的工作提供了所需要的時鐘脈沖信號，使單片機的內(nèi)部電路和內(nèi)部程序開始工作。振蕩電路若不工作，整個單片機電路都不能正常工作。各引腳分別對地接了一個30pF的電容，其目的是防止單片機的自激。第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1計數(shù)器的硬件延時4.1.1計數(shù)器的初值計算定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)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)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC可得到如下計算通式：

TC=M-C式中，M為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為213；在方式1時M的值為216；在方式2和3為284.1.2

T=（M－TC）T計數(shù)或TC＝M－T／T計數(shù)T計數(shù)是單片機時鐘周期TCLK的12倍；TC為定時初值如單片機的主脈沖頻率為TCLK12MHZ，經(jīng)過12分頻方式0

TMAX＝213＊1微秒＝8．192毫秒方式1

TMAX＝216＊1微秒＝65．536毫秒

顯然1秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。4.1.31秒的方法采用在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒。這樣每當(dāng)T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計數(shù)器減1，然后判斷他是否為零。為零表示1秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。軟件延時MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，選用的at89s51的單片機的工作頻率為12MHZ。機械周期與主頻有關(guān)。機械周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6M）=2US。可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這種既可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間。以下是相應(yīng)程序代碼（1）主程序定時器需定時50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TC＝M－T／T計數(shù)＝216－50ms/1us=15536=3CBOHORG1000HSTART:MOVTMOD,#01H;令TO為定時器方式1MOVTH0,#3CH;裝入定時器初值MOVTL0,#BOH;MOVIE,#82H;開T0中斷SEBTTRO；啟動T0計數(shù)器MOVRO,#14H;軟件計數(shù)器賦初值LOOP:SJMP$；等待中斷（2）中斷服務(wù)子程序ORG000BHAJMPBRT0ORG00BHBRTO：DJNZR0，NEXTAJMPTIME;跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序DJNZ：MOVRO，＃14H；恢復(fù)R0值MOVTH0,#3CH;重裝入定時器初值MOVTL0,#BOH;MOVIE,#82HRET1END4.2軟件延時

MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的AT89S51單片機的工作頻率為6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6M）=2us。我們可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。其流程圖如圖8所示開始開始鍵盤事件處理初始化定時器中斷程序鍵盤事件處理初始化定時器中斷程序

等待鍵盤事件等待鍵盤事件圖8軟件系統(tǒng)流程圖下面是我對具體的延時程序分析：DELAY:MOVR4,#08H延時1秒子程序1DE2:LCALLDELAY11DJNZR4,DE22RET機器周期數(shù)DELAY1:MOVR6,#0FAH延時125ms子程序1MOVR5,#0FAH1DE1:DJNZR5,$2DJNZR6,DE1RETMOVRN，#DATA字節(jié)數(shù)數(shù)為2機器周期數(shù)為1所以此指令的執(zhí)行時間為2msDELAY1為一個雙重循壞循環(huán)次數(shù)為256*256=65536所以延時時間=65536*2=131072us約為125usDELAYR4設(shè)置的初值為8主延時程序循環(huán)8次，所以125us*8=1秒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。4.3信號燈的顯示當(dāng)定時器定時為1秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次信號燈時間，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在信號燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值重新進入循環(huán)。4.4程序設(shè)計4.4.1（一）實現(xiàn)功能流程圖（二）主功能實現(xiàn)程序流程圖4.4.2原始程序 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0040HMAIN: MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0 MOV DPTR,#TABSTART: MOV P1,#0EDH;東西綠，南北紅 MOV 33H,#05H；東西十位數(shù),顯示4 MOV 32H,#04H；南北十位數(shù)，顯示5 MOV R5,#5，十位的控制數(shù)L1: ACALL DLY DJNZ R5,L1 MOV P1,#0E7H;東西黃，南北紅 MOV 33H,#09H；黃燈的十位數(shù)字，顯示0 MOV R5,#1L2: ACALL DLY DJNZ R5,L2 MOV P1,#0DEH;東西紅，南北綠 MOV 33H,#05H；東西十位數(shù)，顯示4 MOV 32H,#06H，南北十位數(shù)，顯示3 MOV R5,#4L3: ACALL DLY DJNZ R5,L3 MOV P1,#0DBH;東西紅，南北黃 MOV 32H,#09H MOV R5,#1L4: ACALL DLY DJNZ R5,L4 LJMP STARTDLY: MOV 31H,#00H MOV R7,#10DLY1: MOV R6,#20；1S延遲程序DLY2: JBC TF0,DLY3 MOV A,31H MOVC A,@A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FEH；輸出個位數(shù)字 MOV A,32H； MOVC A,@A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FDH；輸出南北方向的十位數(shù) MOV A,33H MOVC A,@A+DPTR MOV P3,#0FFH MOV P2,A MOV P3,#0FBH；輸出東西方向的十位數(shù) SJMP DLY2DLY3: MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ R6,DLY2 INC 31H DJNZ R7,DLY1 INC 32H INC 33H RETTAB:DB 6FH,7FH,07H,7DH,6DH,66H,4FH,5BH,06H,3FH；軟件譯碼程序，分別代表9，8，7，6，5，4，3，2，1，0 END第五章設(shè)計感想通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次充分運用專業(yè)知識，并利用專業(yè)的技能分析和解決問題的全方位的鍛煉，真正的去發(fā)現(xiàn)自己在這三年的大學(xué)中學(xué)到了哪些東西，能用哪些相關(guān)的知識。這次的畢業(yè)設(shè)計，使我對單片機的基本原理、單片機的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在對編程語言的掌握方面都有了很大的提高。對將來從事這方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)。同時在設(shè)計的過程中隊原有的要求做了一些改變，使之功能更加的完善，更好的完成本次的設(shè)計需要，完美的結(jié)果固然重要，但過程是更值得去回憶的。在設(shè)計的過程中，我們花了大量的時間和精力去查閱資料和選材，充分了解到合作的重要，要學(xué)會與他人合作，共同進步。本設(shè)計就是充分利用了89S51芯片的引腳。系統(tǒng)采用MCS-51X系列單片機89S51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍提示。系統(tǒng)的不足之處是不能控制車輛的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及根據(jù)車流量自定改變紅綠燈的時間等。這是根據(jù)本地的交通量和交通條件來決定的，如果需要的話可以另外增加相應(yīng)的功能來實現(xiàn)。致謝通過這次的畢業(yè)設(shè)計，對三年來學(xué)到的東西進行了一次系統(tǒng)的綜合性的考試，為自己取得的成績還是很滿意的，收獲還是頗豐的，鍛煉了自己對思考的能力，學(xué)會了怎樣去分析問題和解決問題。尤其在對單片機的學(xué)習(xí)和運用方面，使我深刻的認識到它的優(yōu)越性。同時在設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足。盡管畢業(yè)設(shè)計的時間有些短，缺乏相應(yīng)的理論和實驗基礎(chǔ)，再游我們的能力也是一方面，在設(shè)計中難免有考慮不足的地方，還望在實際的調(diào)試中去完善。對此，我們表示由衷的歉意！本文是在林蒙丹老師的指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師針對設(shè)計的課題提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助，使我少走了許多彎路。林老師的對學(xué)生諄諄教誨，治學(xué)嚴謹，對工作孜孜不倦，有著敏銳的學(xué)術(shù)洞察力，給我留下了深刻的印象。在本文結(jié)束之際，特向我的導(dǎo)師致以崇高的敬禮和深深的感謝！導(dǎo)師在設(shè)計的過程中給予了我關(guān)鍵性的建議和幫助，再一次表示由衷的感謝！衷心的感謝給予建議和幫助的導(dǎo)師以及合作的吳飛宇同學(xué)！參考文獻[1]謝維成楊加國.《單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計》.北京：清華大學(xué)出版社，2006年[2]余錫存，曹國華編著.《單片機微機原理及接口技術(shù)》[M].西安：西安電子科技出版社2000年[3]張毅坤.《單片微型計算機原理及應(yīng)用》.西安：西安電子科技出版社1998年[4]何立民.《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社1990年[5]梅麗鳳.《單片機原理及接口技術(shù)》.北京：清華大學(xué)出版社2004年[6]李全利.《單片機原理和應(yīng)用技術(shù)》.北京：高等教育出版社2001年[7]朱永金，成友才.《單片機應(yīng)用技術(shù)（C語言）》.中國勞動社會保障出版社2007年[8]付家才.《單片機控制工程實踐技術(shù)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2004年[9]潘新民.《微型計算機控制技術(shù)》.北京：人民郵電出版社1999年[10]蔡美琴，張為民.《MCS-51系列單片機系統(tǒng)及應(yīng)用》.北京：高等教育出版社1992年[11]房小翠，王金鳳.《單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》.國防工業(yè)出版社1999年基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究