交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題題 目目 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院院 （系）（系） 電子與信息技術(shù)系電子與信息技術(shù)系 專專 業(yè)業(yè) 年年 級(jí)級(jí) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 年年 月月 2摘摘 要要近年來(lái)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(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很

2、多。小型單片機(jī)交通控制系統(tǒng)是目前交通管制中應(yīng)用的較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)的方法是，首先對(duì)控制對(duì)象十字路口的車輛通行情況給定最優(yōu)化方案，然后用單片機(jī)加數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)主要采用 at89c51 系列單片機(jī)通過(guò) i/o 端口來(lái)控制紅綠燈和數(shù)碼管時(shí)間顯示，以此來(lái)達(dá)到控制交通的目的。在正常情況下,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交通燈定時(shí)控制.根據(jù)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行東西和南北方向的切換.交通燈在紅、綠燈交替點(diǎn)亮中,用兩個(gè)數(shù)碼管顯示點(diǎn)亮的燈還能持續(xù)的時(shí)間.使 led 顯示器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作并與狀態(tài)燈保持同步,可在保證交通安全的前提下最大限度的提高交通效率.關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：交通控制; 單片機(jī); led 3目目 錄錄緒 論.41.交通

3、紅綠燈的發(fā)展歷史.42.道路交通控制的必要性.41 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)方案.61.1 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求.61.2 交通信號(hào)燈的實(shí)現(xiàn)方案.72 系統(tǒng)分析 .82.1 系統(tǒng)工作原理.82.2 系統(tǒng)控制信號(hào)分析.83 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .93.1 硬件電路設(shè)計(jì).93.2 元件介紹.103.2.1 at89c51 芯片介紹.103.2.2 74ls244 芯片介紹.123.2.3 74ls240 芯片介紹.133.2.4 cd4511 芯片介紹.143.3 單元電路設(shè)計(jì).163.3.1 復(fù)位電路.163.3.2 晶振電路.173.3.3 led 紅綠燈顯示電路.183.3.4 七段數(shù)碼管時(shí)間顯示電

4、路.193.3.5 電源電路.203.4 整機(jī)電路原理圖分析.223.5 軟件設(shè)計(jì).233.5.1 軟件控制流程圖.233.5.2 功能實(shí)現(xiàn).27結(jié)論.28 4緒緒 論論1.1.交通紅綠燈的發(fā)展歷史交通紅綠燈的發(fā)展歷史交通指揮信號(hào)已有 100 多年的歷史了。它經(jīng)歷了從人工到自動(dòng)，從點(diǎn)到線，從線到面的控制過(guò)程。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，道路交通堵塞問(wèn)題日趨嚴(yán)重，如何對(duì)交通進(jìn)行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國(guó)很多地方尤其是特大城市急需解決的問(wèn)題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。本文就控制交通燈的方法進(jìn)行了討論，分析了各種方案的性價(jià)比，并用軟、硬件加以實(shí)現(xiàn)

5、。而后，對(duì)六車道以上道路的“十字交叉路口交通燈控制”進(jìn)行了分析。最后，還對(duì)城市交通燈網(wǎng)的控制進(jìn)行了展望。希望能給有關(guān)政府部門一些參考，更好地改善我們的城市交通?，F(xiàn)今的交通發(fā)展迅速，車輛極具增加，馬路不斷擴(kuò)寬，人行橫道相對(duì)較少。在車流量較大的地段即便有人行橫道，行人也很難通過(guò)馬路。行人自控指示燈系統(tǒng)可以有效的改善這種狀況。特別是像北京這樣的大都市，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，車輛繁多，人口密集。緩解交通已成為當(dāng)務(wù)之急.例如在我們新校區(qū)西門口(塔南路)就是這種情況,每天進(jìn)出校門的學(xué)生特別多,大多還需要穿過(guò)這條繁忙的高速公路,這為學(xué)校師生帶來(lái)大大的不便.該系統(tǒng)主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。該系統(tǒng)利用紅燈

6、,黃燈,綠燈來(lái)指揮車輛和行人，以達(dá)到車輛停止，行人通行的目的,減少了交通擁擠現(xiàn)象,為行人節(jié)省了時(shí)間,即保證行人過(guò)馬路時(shí)的安全，也減輕了交管部門的負(fù)擔(dān)。本產(chǎn)品面對(duì)公共交通設(shè)施，并不注重經(jīng)濟(jì)收益，而是注重以后潛在的發(fā)展，從而帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)。用戶可以完全掌握行人自控指示燈系統(tǒng)的操作方法，以及各個(gè)按鍵的作用科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)直接把我們帶進(jìn)了信息化的社會(huì)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已普及到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域.2.2.道路交通控制的必要性道路交通控制的必要性經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化速度的加快，機(jī)動(dòng)車輛占有量急劇增加，由此引發(fā)出日益嚴(yán)重的交通問(wèn)題：交通擁擠甚至堵塞，交通事故頻繁，空氣和噪聲污染嚴(yán)重，公共運(yùn)輸系統(tǒng)效率下降等。

7、解決這一問(wèn)題通常有兩種辦法，一種是修路造橋，這對(duì)道路交通狀況的改善是一種最直接的辦法，但它需要巨額的投資，且在城市中心區(qū)受拆遷的限制，很難實(shí)施另一種是在現(xiàn)有的道路交通條件下，實(shí)施交通控制和管理，充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行能力，大量事實(shí)已經(jīng)證明這種方法的有效性。 現(xiàn)代道路交通的復(fù)雜多樣，常常是幾個(gè)或幾十個(gè)甚至是成百上千個(gè)路口互相關(guān) 5聯(lián)，在這種情況下，使任何一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的交通警察都無(wú)能為力因此，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注把先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)用于交通管理，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。道路交通控制的目的可定義為：在確定的行政規(guī)定約束下，采用合適的營(yíng)運(yùn)方法來(lái)確保公共和私人運(yùn)輸方式具有最佳的交通運(yùn)行狀態(tài)。圍繞這一

8、目的研制出的道路交通控制系統(tǒng)，把受控對(duì)象看成一個(gè)整體，采用對(duì)交通流科學(xué)地時(shí)間分割的方法，最大限度地保證交通流運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，使受控區(qū)域的交通流減少?zèng)_突，同時(shí)平穩(wěn)地、有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)。道路交通控制的作用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面： （1） 改善交通秩序，增加交通安全。 （2） 減少交通延誤，提高經(jīng)濟(jì)效益。 （3） 降低污染程度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。（4） 節(jié)省能源和土地消耗。 61 1 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)方案交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)方案1.11.1 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求1 ）在十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠三種信號(hào)燈，正常情況下，東西、南北方向輪流放行。當(dāng)東西方向(a 線)放行、

9、南北方向(b 線)禁行時(shí)，東西方向(a線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，南北方向(b 線)紅燈亮 30 秒；當(dāng)南北方向(b 線)放行、東西方向(a 線)禁行時(shí)，南北方向(b 線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，東西方向(a 線)紅燈亮 30 秒。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)交通燈定時(shí)控制。2） 有急救車優(yōu)先通過(guò)功能。當(dāng)有急救車到達(dá)時(shí)，路口的信號(hào)燈全部變紅燈，以便急救車通過(guò)，急救車的通行時(shí)間為 10 秒，急救車過(guò)后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。3）交通燈在紅、綠燈交替點(diǎn)亮中，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示點(diǎn)亮的燈還能持續(xù)的時(shí)間。圖 1-1 交通效果圖如 2-1 圖是十字路口交通控制器的效果圖，在 a、b 兩道路相交叉

10、的路口，可以分成東西南北四個(gè)方向，其中東西、南北方向的紅綠燈顯示是完全一樣，只是為了便于在不同方位不同距離清楚的看到路況，在實(shí)際交通路口安裝了兩組一樣的交通信號(hào)燈。北西東南 71.2 交通信號(hào)燈的實(shí)現(xiàn)方案在十字路口的交通燈設(shè)計(jì)中，根據(jù)路口的交通情況，優(yōu)先選擇了利用 89s51 芯片，由于 89c51 芯片無(wú)需擴(kuò)展，具備了 mcs51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。紅、綠燈的點(diǎn)亮功能，時(shí)間顯示功能都是由 89c51 芯片來(lái)控制的，還專門設(shè)計(jì)了 5v 電源，提供給芯片。 考慮到 led 需要驅(qū)動(dòng)，我們選擇了 74ls240 和 74ls244 兩片芯片，其中 74ls244是用來(lái)驅(qū)動(dòng) led 紅綠燈的，而

11、 74ls240 是用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管的。在 at89c51 將控制信號(hào)輸出給數(shù)碼管時(shí)，還將用到一個(gè)譯碼器，將 bcd 碼轉(zhuǎn)換成高低電平輸出，我們選用了 cd4511 芯片。 注：本設(shè)計(jì)選用設(shè)備 at89c51 芯片一片，74ls244 一片，74ls240 一片,共陰極的七段數(shù)碼管四個(gè)，紅、黃、綠發(fā)光二極管各 2 個(gè)，導(dǎo)線、電阻若干。 82 系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)工作原理1）編程設(shè)置好交通燈初始時(shí)間，通過(guò)編程器寫入 89c51 單片機(jī)系統(tǒng)。2）由 89c51 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過(guò) p0 輸送交通信息，顯示紅，綠，黃燈的燃亮情況；由 p0，p2 口顯示每個(gè)燈的燃亮?xí)r間。3）通過(guò) 89c51

12、單片機(jī)的 reset 位來(lái)控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，為 0 就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1 系統(tǒng)就開始工作； 4）由 cd4511 譯碼器來(lái)把 89c51 輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 bcd 碼，然后通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。5)當(dāng)有緊急救護(hù)車出現(xiàn)時(shí) ,應(yīng)使東西南北四個(gè)方向全亮紅燈,并延時(shí)10 秒鐘,以便急救車通過(guò).技術(shù)上可用外部中斷 0 發(fā)出一單脈沖向 cpu 申請(qǐng)中斷。2.2 系統(tǒng)控制信號(hào)分析 在這個(gè)交通控制器的設(shè)計(jì)中，最為主要的是 at89c51 芯片，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在電路中總共用到了 p0，p1，p2 三個(gè)端口，p0 口的八個(gè) i/o 口連接到了74ls240 這個(gè)芯片。74ls240 的主要功能

13、是反向驅(qū)動(dòng)，從 89c51 傳送過(guò)來(lái)的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力加大了。經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，數(shù)碼管 led 得以顯示。從p1 端口輸出的 6 個(gè) i/o 口連接到 74ls244 的 6 個(gè)輸入端，因?yàn)樵谑致房谟袃山M是相同的，所以只用到了 6 個(gè) led。經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，由程序直接控制 led 紅綠燈顯示信息。 在數(shù)碼管時(shí)間顯示與信號(hào)輸入之間存在一個(gè)譯碼的問(wèn)題，在這是用了一個(gè)cd4511 芯片來(lái)譯碼。p 2 端口的四個(gè) i/o 口連接到 cd4511 的 a，b，c，d 口，通過(guò) cd4511 譯碼器譯碼，傳輸給 led 七段數(shù)碼管，來(lái)顯示時(shí)間。 根據(jù)交通燈的設(shè)計(jì)，數(shù)字從大到小顯示一直到零，

14、當(dāng) a 道亮綠燈從三十到零時(shí)，b 道紅燈從二十五減到零，然后亮黃燈，從五減到零。反之亦然。 另外在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，還有三個(gè)電路，分別是復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，在三個(gè)電路在一般的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都是要使用到的，他們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的作用在下面的單元電路中都會(huì)做詳細(xì)的介紹。 這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，相對(duì)是比較簡(jiǎn)單的，并沒(méi)有用到很復(fù)雜的芯片，所以這個(gè)系統(tǒng)具備了一些基本的功能，可能在特別情況下會(huì)不適用。 9 103 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件電路設(shè)計(jì)編程設(shè)置時(shí)間參數(shù)電源89c51系統(tǒng)設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路時(shí)間顯示交通燈驅(qū)動(dòng)電路圖 3-1 硬件系統(tǒng)總框圖 在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，我們根據(jù)硬件系統(tǒng)的總框圖，知道要用到哪幾個(gè)芯片，89c

15、51 芯片是總的系統(tǒng)的核心，它既驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，又驅(qū)動(dòng)交通燈。時(shí)間顯示功能我們是用七段數(shù)碼管，因?yàn)槭怯迷谑致房?，需要有兩個(gè)時(shí)間顯示，所以用到了四個(gè)七段數(shù)碼管，數(shù)碼管的譯碼功能是用了 cd4511 芯片。為了不使用外部電源，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)橋式整流電源。在紅綠燈顯示上了，我們只用了六個(gè) led，因?yàn)樵?a 道上的兩組紅綠燈是完全一致的，在 b 道上也是一樣的，所以我們只用了六個(gè) led完全可一代表整個(gè)交通控制情況了。 當(dāng)我們已經(jīng)完全知道我們的硬件需要時(shí)，在畫原理圖的時(shí)候要合理的布置各個(gè)芯片，各條線，盡量不要使電線交叉在一起，還要讓我們的原理圖看上去美觀。 113.23.2 元件介紹元件介紹3.2.1

16、3.2.1 at89c51at89c51 芯片介紹芯片介紹p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.2/eci3p1.3/cex04p1.4/cex15p1.5/cex26p1.6/cex37p1.7/cex48rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale/prog3

17、0ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc4089c51圖 3-2 at89c51 芯片引腳管腳說(shuō)明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門流。當(dāng) p1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須

18、被拉高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn) 12時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或

19、16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl 門電流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口）

20、p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩

21、器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ale脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有

22、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 13端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 功能描述：at 89c 51是一種低損耗、高性能、cmos 八位微處理器,片內(nèi)有4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲(chǔ)器,能重復(fù)寫入擦除解1000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 mcs-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容,不僅可完全代替 mcs251系列單片機(jī),而且能使系統(tǒng)具有許多 mcs-51系列產(chǎn)品沒(méi)有

23、的功能。at89c51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),縮小系統(tǒng)體積,增加系統(tǒng)的可靠性,降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于4k，四個(gè) i/o 口全部提供給用戶。可用5v 電壓編程,而且擦寫時(shí)間僅需10毫秒,僅為8751/87c51的擦除時(shí)間的百分之一,與8751/87c51的12v 電壓擦寫相比,不易損壞器件,沒(méi)有兩種電源的要求,改寫時(shí)不拔下芯片,適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2.7v6v ,全靜態(tài)工作,工作頻率寬,在0hz 24mhz 內(nèi),比8751/87c51等系列的6 mhz 12mhz 更具有靈活性,系統(tǒng)能快能慢。at 89c51芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密,提供了方便靈活而可靠的硬

24、加密手段,能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 另外 at89c51還具有 mcs51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。1288位內(nèi)部 ram ,32位雙向輸入輸出線,兩個(gè)十六位定時(shí)計(jì)時(shí)器,5個(gè)中斷源,兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí),一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。3.2.23.2.2 74ls24474ls244 芯片介紹芯片介紹74ls244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器，該芯片的邏輯電路圖和引腳圖如圖4-3所示。 141oe11a121a241a361a48gnd101y4121y3141y2161y118vc c202y432y352y272y192a1112a2132a3152a4172oe19sn74ls2

25、44n圖3-3 74ls244芯片引腳從圖4-3可見(jiàn)，該緩沖器有8個(gè)輸入端，分為兩路1a11a4，2a12a4，同時(shí)8個(gè)輸出端，也分為兩路1y11y4，2y12y4，分別由2個(gè)門控信號(hào)1g 和2g 控制，當(dāng)記為低電平時(shí)，1y11y4的電平與1a11a4的電平相同，即輸出反映輸入電平的高低；同樣，當(dāng)2g 為低電平時(shí)，1y11y4的電平與2a12a4的電平相同。而當(dāng)1g（或2g）為高電平時(shí)，輸出1a11a4（或2a12a4）為高阻態(tài)。經(jīng)74ls244緩沖后，輸入信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力加大了。74ls244緩沖器主要用于三態(tài)輸出的存儲(chǔ)地址驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和總線定向接收器和定向發(fā)送器等。3.

26、2.33.2.3 74ls24074ls240 芯片介紹芯片介紹1oe11a121a241a361a48gnd101y4121y3141y2161y118vcc202y432y352y272y192a1112a2132a4172a3152oe19sn74ls240n圖 3-4 74ls240引腳74ls240 芯片結(jié)構(gòu)與功能和 74ls244 的相類似，而有所區(qū)別的是 74ls244 是八同 15向三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器，74ls240 是八反向三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動(dòng)器，如圖 4-4。內(nèi)部引腳是相同的。74ls240 芯片的特點(diǎn)是三態(tài)門，可以把多個(gè)芯片的輸出，并聯(lián)在一起而不會(huì)互相影響；3.2.43.

27、2.4 cd4511cd4511 芯片介紹芯片介紹 cd4511 是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰 led 顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，其引腳路如圖 4-5 ， 邏輯功能見(jiàn)表 1，8421 bcd 碼對(duì)應(yīng)的顯示見(jiàn)圖 4-6。 其功能介紹如下：bi：當(dāng) bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 lt：當(dāng) bi=1，lt=0 時(shí)，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8” 。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 le：使能控制端，當(dāng) le=0 時(shí)，允許譯碼輸出。 dcba：為 8421bcd 碼輸入端。 abcdefg：為譯碼輸出，輸出為高電平。a7b1c2d6le

28、5bi4lt3a13b12c11d10e9f15g14vdd16gnd8cd4511圖 3-5 cd4511 芯片引腳 16輸入輸出lebiltd c b a a b c d e f g 顯示000000000000000010111111111111111110111111111111111111 0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

29、 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0。80123456789。表 1 邏輯功能表圖 3-6 bcd 碼顯示圖這里使用的是共陰數(shù)碼管，對(duì)于 cd4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如圖4-7所示。 17a7b1c2d6le5bi4lt3a1

30、3b12c11d10e9f15g14vdd16gnd8cd4511f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10圖 3-7 數(shù)碼管連接方式圖 4-7 是 cd4511 譯碼器與數(shù)碼管的連接方式，從 89c51 芯片端輸出四個(gè)信號(hào)給cd4511 的 a，b，c，d 端口，經(jīng)過(guò)譯碼后 a,b,c,d,e,f，g 七個(gè)端口，經(jīng)過(guò) cd4511譯碼器的譯碼，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變成高低電平傳送給數(shù)碼管。3.3 單元電路設(shè)計(jì)3.3.13.3.1 復(fù)位電路復(fù)位電路1kr 122ufc 11kr 2vc cr es e

31、ts 1s w-pb圖 3-8 復(fù)位電路圖 18圖 4-8 的復(fù)位電路是比較簡(jiǎn)單的基本復(fù)位電路，復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)引腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后p0p3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 sfr 全部清零。當(dāng)復(fù)位引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 rom 的 00h 處開始運(yùn)行程序。復(fù)位操

32、作不會(huì)對(duì)內(nèi)部 ram 有所影響。3.3.23.3.2 晶振電路晶振電路30pfc 330pfc 212y1x2x1圖 3-9 晶振電路圖微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；rc（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立 rc 振蕩器。 基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。rc 振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的 5%至 50%范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選

33、擇和線路板布局。在使用時(shí)，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。具有高 q 值的晶振對(duì)放大器的選擇并不敏感，但在過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移（甚至可能損壞） 。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有：電磁干擾（emi） 、機(jī)械震動(dòng)與沖擊、濕度和溫度。這些因素會(huì)增大輸出頻率的變化，增加不穩(wěn)定性，并且在有些情況下，還會(huì)造成振蕩器停振。 上述大部分問(wèn)題都可以通過(guò)使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低 19阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運(yùn)行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成 rc 振蕩器（硅振蕩器） 。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立 rc 振蕩器高，多數(shù)

34、情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?選擇振蕩器時(shí)還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。cmos 放大器功耗與工作頻率成正比，可以表示為功率耗散電容值。比如，hc04 反相器門電路的功率耗散電容值是 90pf。在4mhz、5v 電源下工作時(shí)，相當(dāng)于 1.8ma 的電源電流。再加上 20pf 的晶振負(fù)載電容，整個(gè)電源電流為 2.2ma。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負(fù)載電容，相應(yīng)地也需要更多的電流。相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為 10ma 60ma。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能，范圍可以從低頻（固定）器件的幾個(gè)微安到可編程器件的幾個(gè)毫

35、安。 在電路中起振蕩作用.使電路中的電流形成高低電平來(lái)回振蕩,并以晶振的頻率振動(dòng).xtal1 是片內(nèi)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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 xtal1，而 xtal2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12mhz，時(shí)鐘頻率就為 6mhz。晶振的頻率可以在1mhz-24mhz 內(nèi)選擇。電容取 30pf 左右。3.3.33.3.3 ledled 紅綠燈顯示電路紅綠燈顯示電路1oe11a121a241a361a48gnd101y4121y3141y2161y118vcc202y432y352y272y192a1112a2132

36、a3152a4172oe19u574ls244ds3ledds6ledds4ledds5ledds2ledds1ledvcc圖 3-10 紅綠燈顯示電路圖 20在十字路口 a、b 兩道交通燈中，由于在同一道中的紅綠燈顯示是完全一致的，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)只采用了一組紅綠燈來(lái)代表，可以用六個(gè) led 發(fā)光二極管來(lái)替代。圖中的 ds1ds6 就是六個(gè) led，ds1ds3 為一組，ds4ds6 為另外一組。它是由89c51 的六個(gè)輸出端口來(lái)控制的，由程序來(lái)直接控制紅綠燈的點(diǎn)亮情況。1y1，1y2，1y3，2y1，2y2，2y3 分別與 89c51 芯片的p1.0,p1.1,p1.2,p1.3,p1.4

37、,p1.5 連接。當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，高電平有效，ds1，ds2，ds3 分別代表綠，紅，黃；而 ds4，ds5，ds6 也分別代表綠，紅，黃。當(dāng) ds1 亮?xí)r，ds5 也亮，但由于亮的時(shí)間不同，當(dāng) ds1 亮了 25 秒以后，ds6 亮；當(dāng)ds4 亮的時(shí)候，ds2 先亮，亮了二十五秒以后，ds3 亮。但當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，又按鍵來(lái)使得 ds2 和 ds5 都兩紅燈。如圖所示。3.3.43.3.4 七段數(shù)碼管時(shí)間顯示電路七段數(shù)碼管時(shí)間顯示電路vcc16le5bi4lt3a7b1c2d6gnd8g14f15e9d10c11b12a13*cd4511k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d1k1f2

38、g3e4d5k6c8dp7b9a10d2k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d3k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d4vcc 21圖3-11 數(shù)碼管顯示電路圖數(shù)碼管顯示電路總共運(yùn)用了四個(gè)七段數(shù)碼管，兩個(gè)為一組。一組數(shù)碼管可以顯示 099 之間的數(shù)字，at89c51 的 p2 口輸出四個(gè)信號(hào)給 cd4511，cd4511 的四個(gè)端口，分別是 a，b，c，d。a，b，c，d 四個(gè)端口是 bcd 碼輸入端，經(jīng)過(guò) cd4511譯碼輸出，輸出高電平。 數(shù)碼管的四個(gè)引腳 dig1dig4 分別是從 74ls240 輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)，這樣才會(huì)是數(shù)碼管能夠顯示時(shí)間，而另外一方面由于 cd4511

39、 芯片的作用，89c51 芯片的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平，這樣才會(huì)按照時(shí)間從高到底的顯示。其中的上拉電阻是起限流保護(hù)作用的，3.3.53.3.5 電源電路電源電路圖 3-12 電源電路圖在該系統(tǒng)中,無(wú)論是 at89c51 單片機(jī)工作電源,二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng),都要用到+5v 的直流電源，所以，一個(gè)穩(wěn)定的,持續(xù)的+5v 直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要.本系統(tǒng)運(yùn)用橋式整流電路,將交流轉(zhuǎn)換為直流,為各部分電路提供恒定的+5v 直流.模擬部分和數(shù)字部分分別采用一個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓管供電,保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性,其電路如圖 4-12 所示。 223.3.5.13.3.5.1 電源電路工作原理電源電路工作原理參照

40、圖 4-13，我們可知從接口 j1 輸入 9v 左右的交流電壓,波形如下圖 a 所示,經(jīng)全波整流電橋 db 整流后，得到一幅值為 0-8v 左右的波動(dòng)直流如下圖 b 所示.這一波動(dòng)的直流經(jīng) c1,c2,c3 濾波后,得到一較平穩(wěn)的直流,再經(jīng) lm7805 穩(wěn)壓為+5v,c4 再次濾波后，得到穩(wěn)定的+5v 直流電流,如下圖 c 所示.圖 3-13 電源電路波形圖圖 a圖 c圖 b 233.4 整機(jī)電路原理圖分析p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113

41、p3.5/t115p3.6/wr16xtal218xtal119vcc40p3.4/t014p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039p2.0/a821ale30vss20p3.7rd17at89c511a121a241a361a482a1112a2132a3152a417vcc20oe192y432y352y27

42、2y191y4121y3141y2161y118gnd10oe1*74ls2441a121a241a361a482a1112a2132a3152a417vcc20oe192y432y352y272y191y4121y3141y2161y118gnd10oe1*74ls240ds1ledds2ledds3ledds5ledds6ledds4led12vccvcc16le5bi4lt3a7b1c2d6gnd8g14f15e9d10c11b12a13*cd4511vcck1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d1k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d2k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d3k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d4vcc圖 3-14 整機(jī)電路原理圖 24整機(jī)電路的工作原理是通過(guò) at89c51芯片，p0口的八個(gè) i/o 口連接74ls240芯片的1a1,1a2,1a3,1a4,2a1,2a2,2a3,2a4八個(gè)輸入口，74ls240的在整個(gè)電路中的作用是驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示數(shù)碼管，它的四個(gè)輸出口連接數(shù)碼管的四個(gè) dp 口，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管能夠顯示時(shí)間數(shù)字。另外 cd4511譯碼器的作用是譯碼從89c51輸入的信號(hào)，89c51的 p2端口的四個(gè) i/o：p2.0,p2.1,p2.2,p2.3，連接到 cd451