單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究【畢業(yè)設(shè)計】電大考試必備小抄

1、i單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究摘 要單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：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(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 cpu 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓底功耗?？紤]到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，所以用單片機來實現(xiàn)十字路口交通信號燈的控制。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)

2、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，單片機往往作為一個核心部件來使用，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。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。本系統(tǒng)擬采用 stc89c52 單片機為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，其中，p0 口作為東西南北四個方向左轉(zhuǎn)信號燈的控制信號，p2 口作為四個方向直行信號燈的控制信號。p1 口作為南北方向的倒計時顯示控制口，p3 口作為東西方向的倒計時顯示控制口。系統(tǒng)外接 12mhz 的晶振，在晶振電路中并聯(lián)兩個 30pf 的電容，起到濾波的作用。發(fā)光二極管與系統(tǒng)接口連接

3、時串聯(lián)一個 0.1k 的電阻，起到限流作用。系統(tǒng)中發(fā)光二極管采用共陽極的連接方式，led 數(shù)碼顯示管采用共陰極連接方式。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機,i/o 接口,自動控制,交通燈iiscm traffic light control and time display system abstractsingle chip micro-computer, referred to as scm, especially for control of the field, it is also known as micro-controller. typically, t

4、he microcontroller from a single integrated circuit chip structure, internal contains the basic functions of the computer components: cpu, memory and i/o interface circuit. therefore, the mcu only needs and appropriate combination of software and peripherals can be a microcomputer control system.scm

5、 is moving in the current performance and direction of many varieties, and their function in the enhanced cpu, internal resources are increasing and the function of lead angle, and low voltage underground power. taking into account the mcu is inexpensive, strong function, easy to use and flexible, h

6、igh reliability, the single chip to achieve a crossroads with traffic signal control.with the rapid development of science and technology in recent years, scm applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. in real-time detection and control of the micr

7、ocomputer application system, the microcontroller is often used as a core component; only the scm knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware and software, to be improved. crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers drive, people walkways

8、, orderly, must rely on the automatic traffic light control system. the system to be adopted as the central device stc89c52 microcontroller to design traffic signal controller, which, p0 port as the east and west four lights turn left direction control signal, p2 port lights as a four direction cont

9、rol signals straight. p1 port as a north-south direction countdown display control population, p3 port east-west direction as the countdown display control port. system external 12mhz crystal, crystal oscillator circuit in two 30pf capacitor in parallel, plays the role of filtering. light-emitting d

10、iodes connected in series with the system interface of a 0.1k resistor, limiting the role play. light-emitting diode system using common anode connection, led digital display tube with common cathode connection. the system is practical, simple, powerful extensions.key words: microcontroller, i/o int

11、erface, automatic control, traffic lightsiii目目 錄錄1 緒論.11.1 交通燈的形成.11.2 交通燈的發(fā)展意義.22 課程設(shè)計方案 .42.1 電源提供方案.42.2 顯示界面方案.42.3 輸入方案.42.4 交通燈顯示時序的理論分析.43 硬件設(shè)計 .63.1 單片機簡介.63.1.1 stc89c52 芯片簡介.63.1.2 stc89c52 引腳說明.63.2 單片機接口設(shè)計.83.3 交通燈控制電路設(shè)計.93.4 倒計時顯示電路設(shè)計.103.5 最小系統(tǒng)電路設(shè)計.123.5.1 振蕩電路 .123.5.2 復(fù)位電路 .124 軟件設(shè)計

12、.144.1 系統(tǒng)流程圖.144.2 交通燈控制程序設(shè)計.164.3 1 秒延時程序設(shè)計 .165 調(diào)試與仿真 .175.1 硬件部分.17iv5.2 軟件部分.175.3 交通燈的顯示測試.175.4 led 倒計時顯示測試 .185.5 程序測試.195.6 整體電路測試.196 發(fā)展與期望 .217 結(jié)束語 .22致 謝 .23參 考 文 獻 .24附錄 系統(tǒng)電路圖 .25附錄 系統(tǒng)程序 .26附錄 元件清單 .32單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究11 緒論1.1 交通燈的形成當(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

13、。1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍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。它由紅綠兩色旋轉(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。1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。紅燈點亮表示“停止” ，綠燈點亮表示“通行” 。1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。

14、帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛接近紅燈便變?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喇叭，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

15、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。本課題設(shè)計的交通燈就是基于單片機。2交通燈控制系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，一般的交通燈系統(tǒng)采用固定周期換燈的控制方式，路口的交通燈大多只有紅綠黃指示燈，行人在過路口時，會出現(xiàn)走到路中央綠燈跳變?yōu)榧t燈的情況。為符合以人為本的設(shè)計，我們可在路口安裝與信號燈同步的倒記時顯示器，行人和自行車可根據(jù)綠燈結(jié)束的時間決定是否過路口。實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器 plc，單片機等方案來實現(xiàn)。31 緒論2

16、交通燈在安全行車過程中起著十分重要的作用，根據(jù)行車過程中出現(xiàn)的實際情況，如何全面有效地利用交通燈指示交通情況，用單片機來控制交通燈，在軟、硬件方面采取一些改進措施，使交通燈在控制中靈活而有效。在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。4當(dāng)前，交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，交通流量年年增長，大、中、小城市的汽車、摩托車等各種車輛與日俱增，道路交通繁忙，經(jīng)常有嚴(yán)重堵車現(xiàn)象，特別是在交叉口，機動車、非機動車、行人來往非常

17、混亂，為了在十字路口的各條干道實現(xiàn)合理科學(xué)的分流，根據(jù)單片機具有物美價廉、功能強的特點，本課題擬采用單片機來控制交通燈和記時顯示系統(tǒng)。1.2 交通燈的發(fā)展意義道路交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的主要組成部份，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)代化管理水平。在這一系統(tǒng)中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機性。只有對這一系統(tǒng)的組成及其運行機理進行科學(xué)客觀的分析研究，對能制定出科學(xué)有效的管理和控制對策，從而保障系統(tǒng)的有效運行。為確保車輛和行人安全順利地通過十字路口，目前大多數(shù)城市已經(jīng)使用自動控制的交通信號燈來指揮。傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用電子線

18、路和繼電器實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高；有的只是利用一些常用集成電路完成，基本以硬件實現(xiàn)為主，成本較低，功能也相對比較簡單，但較難實現(xiàn)功能的變更。5交通燈控制系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，一般的交通燈系統(tǒng)采用固定周期換燈的控制方式，路口的交通燈大多只有紅綠黃指示燈，行人在過路口時，會出現(xiàn)走到路中央綠燈跳變?yōu)榧t燈的情況。為符合以人為本的設(shè)計，我們可在路口安裝與信號燈同步的倒記時顯示器，行人和自行車可根據(jù)綠燈結(jié)束的時間決定是否過路口。實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器 plc，單片機等方案來實現(xiàn)。 交通燈在安全行車過程中起著十分重要的作用，根據(jù)行車過程中出現(xiàn)

19、的實際情況，如何全面有效地利用交通燈指示交通情況，用單片機來控制交通燈，在軟、硬件方面采取一些改進措施，使交通燈在控制中靈活而有效。6當(dāng)前，交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，交通流量年年增長，大、中、小城市的汽車等各種車輛與日俱增，道路交通繁忙，經(jīng)常有嚴(yán)重堵車現(xiàn)象，特別是在交叉口，機動車、非機動車、行人來往非常混亂，為了在十字路口的各條干道實現(xiàn)合理科學(xué)的分流，根據(jù)單單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究3片機具有物美價廉、功能強的特點，本課題擬采用單片機來控制交通燈和記時顯示系統(tǒng)。隨著社會的發(fā)展，人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。車輛的增加反映出了國家的

20、整體進步，但是也給人民帶來了其他的一些負面的影響。城市交通問題日益突出，經(jīng)常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，出現(xiàn)交通混亂。在這個時候道路交通燈的正常運行以及合理的功能就是交通暢通的重要保障。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。2 課程設(shè)計方案42 2 課程設(shè)計方案2.1 電源提供方案因為 stc89c52 可以在 4v 到 5.5v 寬電壓范圍內(nèi)正常工作，所以本系統(tǒng)擬采用 5.3v外接電源，所以單片機可正常工作。本方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。2.2 顯示界面方案采用發(fā)光二極管與 led 數(shù)碼顯示管相結(jié)

21、合的方法，因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用紅、黃、綠三色發(fā)光二極管作信號燈，led 數(shù)碼管顯示各色信號燈的倒計時秒數(shù)，倒計時為零時切換信號燈。考慮到實際情況，本系統(tǒng)設(shè)計了左轉(zhuǎn)及直行信號燈，因為右轉(zhuǎn)在大部分情況下是一直允許的，所以系統(tǒng)一共用了 24 個發(fā)光二極管，及四個 led 數(shù)碼顯示管。為了符合實際情況，在綠燈即將熄滅的時候，設(shè)置了 2s 的閃爍時間，即綠燈燃亮?xí)r間剩 2s 時，綠燈會滅一秒，亮一秒，這樣便可實現(xiàn)綠燈的閃爍。然后綠燈熄滅后，會有 1s 的黃燈時間，這樣可以給駕駛員及行人充足的反應(yīng)時間。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又可以對交通狀況

22、實現(xiàn)人性化管理。2.3 輸入方案采用stc89c52微處理器為核心器件，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ram）空間為256b；片內(nèi)程序存儲器（rom）空間為4kb。本系統(tǒng)所用到的數(shù)據(jù)單元不多，系統(tǒng)程序所占的空間也不大，利用stc89c52片內(nèi)的ram與rom就足夠，不用外擴數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器。系統(tǒng)設(shè)計將復(fù)位電路，振蕩電路，電源電路集成于一塊 pcb 板上，將 led 顯示燈與信號燈電路集成于另一塊 pcb 板中，然后通過導(dǎo)線將兩塊 pcb 板連接起來。接口設(shè)計中，p0 口作為東西南北四個方向左轉(zhuǎn)信號燈的控制信號，p2 口作為四個方向直行信號燈的控制信號。p1 口作為南北方向的倒計時顯示控制口，p3 口作

23、為東西方向的倒計時顯示控制口。系統(tǒng)外接 12mhz 的晶振，在晶振電路中并聯(lián)兩個 30pf 的電容，起到濾波的作用。發(fā)光二極管與系統(tǒng)接口連接時串聯(lián)一個 0.33k 的電阻，起到限流作用。系統(tǒng)中發(fā)光二極管采用共陽極的連接方式，led 數(shù)碼顯示管采用共陰極連接方式。系統(tǒng)外置振蕩電路，晶振為 12mhz，采用軟件延時來確定每秒鐘的設(shè)定。2.4 交通燈顯示時序的理論分析單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究5對于一個交通路口來說，能在最短的時間內(nèi)達到最大的車流量，就算是達到了最佳的性能，我們稱在單位時間內(nèi)能達到的最大車流為車流量，用公式：車流量=車流/時間來表示。在十字路口的東西、南北方向裝設(shè)左轉(zhuǎn)紅、

24、黃、綠燈，及直行紅、黃、綠燈和 led倒計時顯示器，紅、黃、綠燈按照一定時序輪流發(fā)亮，顯示器對每個方向的信號燈接通時間進行倒計時顯示，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)正常情況下的時序控制，具體控制要求如下：(1)系統(tǒng)接通電源后信號燈系統(tǒng)開始工作，直到除去電源，系統(tǒng)才停止工作。(2)系統(tǒng)啟動后，東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，與此同時南北直行綠燈亮 8s，到 2s 時綠燈閃爍，周期為 2s(亮 1s，滅 1s )，綠燈閃爍 2s 后，黃燈亮，并維持 1s，1s 后，南北直行黃燈滅，紅燈亮。同時東西左轉(zhuǎn)紅燈滅，綠燈亮。(3)東西左轉(zhuǎn)綠燈維持 6s，南北直行及左轉(zhuǎn)紅燈維持 7s，到 2s 時，東西左

25、轉(zhuǎn)綠燈閃亮 2s 后滅，黃燈亮，并維持 1s，1s 后東西左轉(zhuǎn)黃燈滅，紅燈亮。同時南北左轉(zhuǎn)紅燈滅，綠燈亮。(4)南北左轉(zhuǎn)綠燈維持 6s，東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈維持 7s，到 2s 時，南北左轉(zhuǎn)綠燈閃亮 2s 后滅，黃燈亮，并維持 1s，1s 后南北左轉(zhuǎn)黃燈滅，紅燈亮。同時東西直行紅燈滅，綠燈亮。(5)南北直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，東西左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，與此同時東西直行綠燈亮8s，到 2s 時綠燈閃爍，周期為 2s(亮 1s，滅 1s )，綠燈閃爍 2s 后，黃燈亮，并維持1s，1s 后，東西直行黃燈滅，紅燈亮。同時南北直行綠燈亮，左轉(zhuǎn)紅燈亮，東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮。(6)兩個方向的信號燈按上面的要求周

26、而復(fù)始地進行工作。(7)當(dāng)去掉電路電源后，所有信號燈熄滅。3 硬件設(shè)計63 硬件設(shè)計3.1 單片機簡介3.1.1 stc89c52 芯片簡介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(lǐng)域，故又稱為微控制器。7 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：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(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過幾代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 cpu功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳多功能化，以及低電壓底功耗。

27、8stc89c52 是 mcs-51 系列單片機的典型產(chǎn)品，它包含中央處理器、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三大總線。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(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。stc89c52 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(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。stc89c52 共有 4 組 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的

28、傳輸。stc89c52 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)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(dāng)同步移位器使用。stc89c52 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。stc89c52 內(nèi)置最高頻率達 12mhz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 stc89c52 單片機需外置振蕩電容。3.1.2 stc89c52 引腳說明stc89c52 8 位單片機是 msc-51 系列產(chǎn)品的升級版，有世界著名半導(dǎo)體公司 atmel在購買 msc-51 設(shè)計結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢

29、技術(shù)，閃存的生產(chǎn)技術(shù)對舊技術(shù)進行改進和擴展，同時使用新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。與此同時，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進行改進生產(chǎn)，推廣一批如 51f020單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究7等高性能單片機。9stc89c52 片內(nèi)集成 256 字節(jié)程序運行空間、8k 字節(jié) flash 存儲空間，支持最大64k 外部存儲擴展。根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設(shè)置在 0-33m 之間。片內(nèi)資源有 4 組 i/o 控制端口、3 個定時器、8 個中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護。可以在 4v 到 5.5v 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不

30、斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。同時，該單片機支持計算機并口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價格讓該型號單片機暢銷 10 年不衰。根據(jù)不同場合的要求，這款單片機提供了多種封裝，本次設(shè)計根據(jù)最小系統(tǒng)有時需要更換單片機的具體情況，使用雙列直插 dip-40 的封裝。如圖 3-1 所示。圖 3-1 stc89c52 引腳分布pin9:reset 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) stc89c52 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(fù)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

31、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(fù)位不改變 ram（包括工作寄存器 r0-r7）的狀態(tài)，stc89c52 的初始態(tài)。pin30:ale 當(dāng)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(nèi)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(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)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，prog 將用于輸入編程脈沖。pin29:psen 當(dāng)訪問外部程序存儲

32、器時，此引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。pin31:ea/vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，內(nèi)置有 4kb 的程序存儲器，當(dāng) ea 為高3 硬件設(shè)計8電平并且程序地址小于 4kb 時，讀取內(nèi)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。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

33、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 具有內(nèi)部上拉電阻。p1口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個邏輯電平。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。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex） 。3.2 單片機接口設(shè)計直行紅綠燈接口設(shè)計如圖 3-2 所示。南北方向東西方向空閑led 片選紅燈黃燈綠燈紅燈黃燈綠燈“0”“0”p2.0p2.1p2.2p2.3p2.4p2.5p2.6p2.7控制信 號南北綠

34、燈亮東西紅燈亮11001100#33h南北黃燈亮東西紅燈亮10101100#35h南北紅燈亮東西綠燈亮01111000#1eh南北紅燈亮東西黃燈亮01110100#2eh圖 3-2 直行接口設(shè)計左轉(zhuǎn)紅綠燈接口設(shè)計如圖 3-3 所示。南北方向東西方向空閑空閑紅燈黃燈綠燈紅燈黃燈綠燈“0”“0”p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.7控制信 號南北綠燈亮東西紅燈亮單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究911001100#33h南北黃燈亮東西紅燈亮10101100#35h南北紅燈亮東西綠燈亮01111000#1eh南北紅燈亮東西黃燈亮01110100#2eh圖 3-3 左轉(zhuǎn)接

35、口設(shè)計3.3 交通燈控制電路設(shè)計紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管，每個方向上設(shè)置直行及左轉(zhuǎn)紅綠黃燈各一個，共兩組。其中，p2.0，p2.1，p2.2 用于控制南北方向直行的紅綠燈；p2.5，p2.6，p2.7 用于控制東西方向直行的紅綠燈。p0.0，p0.1，p0.2 用于控制南北方向左轉(zhuǎn)的紅綠燈；p0.5，p0.6，p0.7 用于控制東西方向左轉(zhuǎn)的紅綠燈。如果東西方向紅燈亮那南北方向就是綠燈，反之亦然，所以在硬件連接圖上也成對稱分布。對應(yīng)的電路圖如圖3-4 所示。圖 3-4 燈控電路圖中，每個接口與二極管相連時串聯(lián)了一個 0.1k 的電阻，起到限流作用，一共3 硬件設(shè)計10用了 12 個電阻

36、。3.4 倒計時顯示電路設(shè)計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)，按照材料及生產(chǎn)工藝，單片機應(yīng)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。10led 顯示器的顯示控制方式按驅(qū)動方式可分成靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式兩種。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 cpu 時間。動態(tài)顯示需要 cpu 時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 cpu 時間多。這兩種顯示方式各有

37、利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的cpu 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 cpu 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。11led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰極型和共陽極型兩類，圖3-5是共陰極數(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。將多只led的陰極連在一起即為共陰極式，而將多只led的陽極連在一起即為共陽極式。 圖 3-5 共陰極數(shù)碼管發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。led 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。八段 led 顯示管有八只發(fā)光二極管組成，編號是 a、b、c、d，e，f

38、 和 sp，分別和同名管腳相連。七段 led 顯示管比八段 led 少一只發(fā)光二極管 sp，其它和八段 led相同。在給每個二極管通電后，二極管發(fā)光后表示要顯示的數(shù)字的一部分，組成這個數(shù)字的所有二極管都發(fā)亮?xí)r，才能正確的顯示這個數(shù)字。它是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一段筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二級管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。使用 led 顯示器的時候，為了顯示數(shù)字或是字符，要為led 顯示器提供代碼，因為這些代碼是通過各個段的點亮與熄滅來顯示不同字符的，因此稱之為段碼。8 段 led 是一種常用的數(shù)碼顯示屏，這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管。 e10501

39、 是屬于共陰極類型的數(shù)碼管，只要公共端接地，其他端送上高電平就能點亮。單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究11e10501 不僅具有工作電壓低，體積小，壽命長，可靠性高等優(yōu)點，而且響應(yīng)時間短，亮度也比較高。缺點是工作電流比較高，一般工作電流都在 10 毫安左右。12led 數(shù)碼顯示管的段碼設(shè)置為每個方位上一個 1 位顯示器。四個方位上總共有 4個 led 接在單片機的 i/o 口上。顯示時我們不需要小數(shù)點，所以每個 led 的 10 根管腳只用了 9 根。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的i/o 口是對稱的。本設(shè)計中倒計時顯示電路在整體電路中的設(shè)計如圖 3-6 所

40、示。圖 3-6 倒計時顯示電路圖中，p1 口控制的是南北方向的倒計時顯示，p3 口控制東西方向的倒計時顯示。四個 led 的片選信號由 p2.7 提供。3 硬件設(shè)計123.5 最小系統(tǒng)電路設(shè)計整體電路由單片機最小系統(tǒng)和外圍控制和顯示電路組成。最小系統(tǒng)由stc89c52和相應(yīng)的振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路組成。外圍電路由數(shù)碼管倒計時顯示電路、發(fā)光二極管表示的交通燈電路組成。3.5.1 振蕩電路每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱叫晶體振蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振提供的時鐘頻率越高，單片機運

41、行的速度也就越快。晶振在能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百分之五十，高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器。13晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。14由于單片機需要高穩(wěn)定，高頻率的實時脈沖，因此需要晶體振蕩器。stc89c52 在xtal1，xtal2 兩管腳接晶體振蕩器，晶振頻率為 12mhz。在晶體振蕩器的兩端并聯(lián)兩個電容 c1，c2，參數(shù)為

42、 30pf，對振蕩器頻率有微調(diào)作用，振蕩范圍為 1.2mhz-12mhz。本設(shè)計中振蕩電路在整體電路中的設(shè)計如圖 3-7 所示。圖3-7 振蕩電路3.5.2 復(fù)位電路本設(shè)計中振蕩電路在整體電路中的設(shè)計如圖 3-8 所示。圖中，c3 的值為單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究130.1uf，r2 的值為 0.1k。圖 3-8 復(fù)位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，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。一般微機電路

43、正常工作需要供電電源為 4v5.5v。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng) vcc 超過 4v 低于 5.5v 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。154 軟件設(shè)計144 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)初始化后，首先東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，與此同時南北直行綠燈亮 8s，到 2s 時綠燈閃爍，周期為 2s(亮 1s，滅 1s )，綠燈閃爍 2s 后，黃燈亮，并維持 1s，1s 后，南北直行黃燈滅，紅燈亮。同時東西左轉(zhuǎn)紅燈滅，綠燈亮。東西左轉(zhuǎn)綠燈維持 6s，南北直行及左轉(zhuǎn)紅燈維持 7s，到 2s 時，東西

44、左轉(zhuǎn)綠燈閃亮 2s 后滅，黃燈亮，并維持 1s，1s 后東西左轉(zhuǎn)黃燈滅，紅燈亮。同時南北左轉(zhuǎn)紅燈滅，綠燈亮。南北左轉(zhuǎn)綠燈維持 6s，東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈維持 7s，到 2s 時，南北左轉(zhuǎn)綠燈閃亮 2s 后滅，黃燈亮，并維持 1s，1s 后南北左轉(zhuǎn)黃燈滅，紅燈亮。同時東西直行紅燈滅，綠燈亮。南北直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，東西左轉(zhuǎn)紅燈亮 9s，與此同時東西直行綠燈亮 8s，到2s 時綠燈閃爍，周期為 2s(亮 1s，滅 1s )，綠燈閃爍 2s 后，黃燈亮，并維持 1s，1s后，東西直行黃燈滅，紅燈亮。同時南北直行綠燈亮，左轉(zhuǎn)紅燈亮，東西直行及左轉(zhuǎn)紅燈亮。由此循環(huán)執(zhí)行。流程圖如圖 4-1 所示。開始南

45、北直行綠燈 8s南北左轉(zhuǎn)紅燈 9s東西直行紅燈 9s東西左轉(zhuǎn)紅燈 9s黃燈亮 1s初始化時間到？計數(shù)器減一單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究15 圖 4-1 系統(tǒng)流程圖結(jié)束東西左轉(zhuǎn)綠燈 6s東西直行紅燈 7s南北直行紅燈 7s南北左轉(zhuǎn)紅燈 7s黃燈亮 1s時間到？計數(shù)器減一東西左轉(zhuǎn)綠燈 6s東西直行紅燈 7s南北直行紅燈 7s南北左轉(zhuǎn)紅燈 7s黃燈亮 1s時間到？計數(shù)器減一東西左轉(zhuǎn)綠燈 6s東西直行紅燈 7s南北直行紅燈 7s南北左轉(zhuǎn)紅燈 7s黃燈亮 1s時間到？計數(shù)器減一4 軟件設(shè)計164.2 交通燈控制程序設(shè)計用 stc89c52 控制發(fā)光二極管，p2 口控制東西南北四個方向直行的信號

46、燈，p0 口控制東西南北四個方向左轉(zhuǎn)的信號燈，其中，p2.0，p2.1，p2.2 控制的是南北方向直行的紅，黃，綠信號燈， p2.3，p2.4，p2.5 控制的是東西方向直行的紅，黃，綠信號燈。p0.0，p0.1，p0.2 控制的是南北方向左轉(zhuǎn)的紅，黃，綠信號燈， p0.3，p0.4，p0.5控制的是東西方向左轉(zhuǎn)的紅，黃，綠信號燈。例如，要使南北直行綠燈，東西直行紅燈，則 mov p2, #33h 。南北左轉(zhuǎn)紅燈，東西左轉(zhuǎn)紅燈，則 mov p0, #36h 。用 stc89c52 的 p1 口與 p3 口控制 led 數(shù)碼顯示管，其中 p1 口控制的使南北方向的倒計時顯示，p3 口控制的使東西

47、方向的倒計時顯示。p1.0-p1.6 分別與 led 數(shù)碼顯示管的 a，b，c，d，e，f，g 相連，led 的片選信號由 p2.7 提供。本設(shè)計使用的是共陰極的數(shù)碼顯示管，所以片選信號為高電平時選中該數(shù)碼管。a，b，c，d，e，f，g 分別給高電平時點亮，低電平不亮。例如，要使東西方向 led 數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字 9，則 mov p3, #0efh 。南北方向led 數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字 8，則 mov p1, #0ffh 。4.3 1 秒延時程序設(shè)計每秒鐘的設(shè)定一種是利用 stc89c52 內(nèi)部定時器產(chǎn)生溢出中斷來確定 1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。16該設(shè)計的主程序通過軟件延時的

48、方法來確定 1 秒的時間，即需要倒計時的時候，系統(tǒng)指令就調(diào)用該延時子程序，在 led 倒計時顯示過程中，輸出一個數(shù)字，就要調(diào)用該延時子程序一次，這樣便可達到倒計時的效果。為了提高倒計時的精確度，給單片機中加了一個頻率為 12mhz 的晶振電路。機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的時間為 12*（1/12m）=1us。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。具體的延時程序分析：delay: mov r7,#200 ；設(shè)定外循環(huán)次數(shù) 200 l1: mov r6,#250 ；設(shè)定中循環(huán)次數(shù) 250 l2: mov r5,#10 ；設(shè)定內(nèi)循環(huán)

49、次數(shù) 10l3: djnz r5,l3 ；內(nèi)循環(huán)語句，本條指令用時 2us djnz r6,l2 ；中循環(huán)語句，本條指令用時 2usdjnz r7,l1 ；外循環(huán)語句，本條指令用時 2usret單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究17延時 10*250*200*2us=1s，單片機運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間忽略不計。5 調(diào)試與仿真185 調(diào)試與仿真5.1 硬件部分本設(shè)計硬件仿真部分所用軟件為 proteus 7 professional，proteus 是世界上著名的 eda 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，是將電路仿真軟件、pcb 設(shè)計軟件和虛擬模型

50、仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086 和 msp430 等。在編譯方面，它也支持 iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。它可以仿真 51 系列、avr、pic、arm、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。175.2 軟件部分本設(shè)計軟件仿真部分所用軟件為 keil uvision，它是目前最流行開發(fā) mcs-51 系列單片機的軟件 ，提供了包

51、括 c 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部份組合在一起。 本設(shè)計使用 keil 軟件生成.hex 文件，然后燒寫進 89c52 芯片中。185.3 交通燈的顯示測試如果電路和程序一切正常，程序剛開始執(zhí)行時交通燈的亮滅情況應(yīng)為南北直行綠燈亮，其他全為紅燈，仿真圖如圖 5-1 所示。如果燈不亮，說明硬件電路工作不正常，大體有這樣幾種情況：（1）振蕩電路未起振。一種方法是可以用示波器觀察 stc89c52 的 xtal1 腳的波形以確定是否起振；另一種方法是可以用萬用表分別測 xtal1 腳和 xtal2 腳的

52、對地電壓，如果兩者的壓差在 2v 左右，說明振蕩正常，否則未起振，檢測電容 c1、c2 和晶振是否損壞，安裝是否正確。（2）復(fù)位電路未能正確工作。使用萬用表測 rst 腳，如果有電壓，說明復(fù)位電路在正常工作時的狀態(tài)不正常，查 r1 和相關(guān)連接，否則說明正常工作時復(fù)位端電平正確；可以測一下復(fù)位工作過程是否正常，取一根電線，一端接在單片機的 rst 腳，另一端與正電源短接，然后撤去電線，如果電路已工作正常，說明復(fù)位電路工作不正常，同樣要查 r1 和相關(guān)連接。單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究19（3）如果以上兩處均正確，可能是發(fā)光二極管的正負極安裝錯誤導(dǎo)致不亮，用電線短接 p2 端各引腳與地，

53、看接在該引腳上的發(fā)光二極管是否亮，如果不亮，就是發(fā)光二極管裝反了。19當(dāng)電路連接完畢后，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，接通電源后即可檢測。圖 5-1 交通燈仿真示意圖5.4 led 倒計時顯示測試如果電路和程序一切正常，程序剛開始執(zhí)行時 led 的顯示情況應(yīng)為南北方向顯示為 8，東西方向顯示為 9，仿真圖如圖 5-2 所示。圖 5-2 led 倒計時仿真圖5 調(diào)試與仿真205.5 程序測試將寫好的程序在 keil 中進行編譯，并生成.hex 文件，由圖 5-3 可知，程序編譯正確，無錯誤。 圖 5-3 程序編譯5.6 整體電路測試系統(tǒng)上電，刷寫好程序即可開始測試，觀測一個周期，檢查燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時觀察倒計的計數(shù)是否正常，實物圖如圖 5-4 所示。圖 5-4 系統(tǒng)整體電路測試單片機交通燈自動控制及時間顯示系統(tǒng)研究21檢測步驟如下：1. 目測。檢查外部的各種元件或電路是否有斷點； 2. 用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象； 3. 加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值； 軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序編輯后，查看程序是否有邏輯的錯誤。206 發(fā)展與期望22