基于單片機的交通燈設(shè)計畢業(yè)論文

1、 畢 業(yè) 論 文題 目： 基于單片機的交通燈設(shè)計 系 別： 姓 名： 指導教師： 單片機交通燈設(shè)計 摘 要：近年來隨著科技的飛速發(fā)展，一個以微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)為先導的信息革命正在蓬勃發(fā)展。計算機技術(shù)作為三者之一，怎樣與實際應(yīng)用更有效的結(jié)合并發(fā)揮其作用。單片機作為計算機技術(shù)的一個分支，正在不斷的應(yīng)用到實際生活中，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測的更新。在實時檢測和自動控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件使用，針對具體應(yīng)用對象的特點,配以其它器件來加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)交通的井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)，來實現(xiàn)

2、交通的井然有序。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的單片機AT89S51，以及其它芯片來設(shè)計交通燈控制。實現(xiàn)了通過AT89S51芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈點亮的功能，通過AT89S51芯片的RXD、TXD輸入、輸出設(shè)置顯示時間。交通燈的點亮采用發(fā)光二極管實現(xiàn)，時間的顯示采用七段數(shù)碼管實現(xiàn)。單片機系統(tǒng)采用的直流供電。為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因為死機而停止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性好。III 計算機科學與技術(shù)系畢業(yè)設(shè)計目 錄1 引言12 交通管理方案論證12.1 設(shè)計任務(wù)12.2 方案介紹23 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1 單片

3、機概述43.2 系統(tǒng)構(gòu)成53.3芯片選擇與介紹53.3.1 AT89S51芯片53.3.2 74HC164芯片介紹73.3.3 74LS04輸出信號與信號燈83.3.4 交通燈控制線路圖94 交通燈軟件設(shè)計104.1 程序設(shè)計流程圖104.2延時的設(shè)定124.2.1 計數(shù)器初值計算124.2.2 相應(yīng)程序代碼124.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用134.4 對現(xiàn)有程序的擴充145實驗平臺155.1實驗平臺155.2實驗步驟155.2.1 編寫程序代碼155.2.2 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)試15結(jié)論17致謝17參考文獻18程序?qū)崿F(xiàn)代碼19單片機交通燈設(shè)計1 引言今天，紅綠燈安裝在各個道口上，

4、已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(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。它由紅綠兩塊以旋轉(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。1914年，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，安裝在紐約市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

5、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，當車輛接近時,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，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正

6、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。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴重，造成的經(jīng)濟損失越來越大，并一直保持大比例的增長。現(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的

7、經(jīng)濟損失，同時也減小了工作人員的勞動強度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟、交通運行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟和社會效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。2 交通管理方案論證2.1 設(shè)計任務(wù)東西（A）、南北（B）兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個指示燈，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。紅燈的設(shè)計時間為40秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為20秒。設(shè)A道和B道的車流量相同。2.2 方案介紹把設(shè)計任務(wù)細化為

8、四個狀態(tài)，其對應(yīng)狀態(tài)：如圖1 A道為40秒紅燈，B道綠燈20秒A道為20秒紅燈，B道左轉(zhuǎn)20秒綠燈A道為20秒綠燈，B道為40秒紅燈A道左轉(zhuǎn)20秒綠燈，B道為20秒紅燈圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖整個交通燈控制由四個狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計實現(xiàn)，也可用時序邏輯實現(xiàn).以下方案就是分別用了這兩種方法。方案1設(shè)計思想：采用分模塊設(shè)計的思想，程序設(shè)計實現(xiàn)的基本思想是一個計數(shù)器 ， 選擇一個單片機，其內(nèi)部為一個計數(shù)，是十六進制計數(shù)器，模塊化后，通過設(shè)置或程序清除來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個模塊的計數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預置數(shù)和計數(shù)器計數(shù)共同來實現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模塊，其主要功能細分為，對不同的

9、狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預置數(shù)， 如圖中A道和B道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡述其設(shè)計思想。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預置數(shù)準備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表1狀態(tài)主干道預置數(shù)次干道預置數(shù)004020012020（左轉(zhuǎn)）1020401120（左轉(zhuǎn)）20表1 置數(shù)表由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)，由主控制器計時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預置數(shù)，由上分析可用一個計數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預置數(shù)。而紅綠燈的顯示也是一樣，由狀態(tài)分析可以

10、得出紅綠燈的變化表如：表2狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00紅燈綠燈01紅燈左轉(zhuǎn)綠燈10綠燈紅燈11左轉(zhuǎn)綠燈紅燈表2 紅綠燈變化表通過這張表就可以用組合電路實現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過門電路的譯碼，接下來就是計數(shù)模塊了，其主要的功能細分為，要從預置數(shù)開始遞減計數(shù)，一個狀態(tài)結(jié)束，通過判斷，通知主控制模塊，使之進入下一模塊。還有一個必須考慮到的就是，預置數(shù)必須在下一個狀態(tài)來之前準備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，所以，系統(tǒng)中的兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，在上一狀態(tài)結(jié)束時設(shè)置預置數(shù)，而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化

11、而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。方案2 設(shè)計思想：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如：表3狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00(15S)紅燈綠燈01(05S)紅燈黃燈10(15S)綠燈紅燈11(05S)黃燈紅燈表3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表本方案分三步：（1）要建立三路信號燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用7408 芯片通過組合邏輯控制三路燈的顯示關(guān)系。（2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用74190 芯片倒計時控制，每個方向用兩片相連實現(xiàn)，另外用74153芯片，因為分析中設(shè)置的時間末位均為5，所以只要用一片74153 對高位置位，將低位的初值預置鎖定為5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預置值。（3）建立反饋和細節(jié)連接部分

12、，本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒計時系統(tǒng)減為0，如當系統(tǒng)減為0 時通過兩個D觸發(fā)器得到兩個變量，即為開頭分析中的狀態(tài)，通過它的變化得到不同的邏輯關(guān)系，驅(qū)動74153 控制哪組燈亮（對應(yīng)關(guān)系如表所示），另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。注意：本實驗中若采用更復雜的四片74190控制主干道的兩組燈，再用八片74153分別對74190置數(shù)可實現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對7408 片子的控制紅燈的端口用一個與門將一端再接一個頻率一定的方波，使一邊為黃燈時，另一邊的紅燈在閃爍。方案比較：方案1（以下稱1）用了模塊設(shè)計，而方案2（以下稱2）采用的是一般設(shè)計，相比之下1有較強的可讀性

13、和較強的可修改性，而2則在設(shè)計上顯得較簡單，設(shè)計純樸，便于測試，它的優(yōu)勢則在于提供了一條較為便捷的解決方案。2首先將許多邏輯關(guān)系簡化到極點，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。我們從中可以得出的是，我們最終的設(shè)計應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計。對工程設(shè)計人員來說，將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級考慮對有好處，但另外我們又需將設(shè)計簡單化，因此我覺得在設(shè)計初期盡可能的簡單化設(shè)計，而一旦設(shè)計的各項測試通過了，在有可能的條件下將設(shè)計模塊化，所以本設(shè)計以第一方案為主進行。 3 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機概述單片機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基本部分組成的。單片機是把包括運算器

14、、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。通常，單片機由單個集成電路芯片構(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?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1、2、3、3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，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還

15、有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未

16、使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機的學習、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學家、工程師。3.2 系統(tǒng)構(gòu)成電路板一塊，AT89S51單片機一片，74HC164芯片八片，七段數(shù)碼

17、管八個。74LS04反向器一片，發(fā)光二極管13個（8個綠的，4個紅的用于交通控制，1個用于標識電源），7805三端穩(wěn)壓電源一個，一個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如：圖2鍵盤控制返回AT89S51單片機系統(tǒng)LCD顯示與LED倒計時模塊接口電路74HC164圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)各部分工作：(1)程序設(shè)置初始時間，通過AT89S51單片機內(nèi)部相應(yīng)寄存器來實現(xiàn)。(2) 由AT89S51單片機的定時器每秒鐘通過P3.0口向74HC164的數(shù)據(jù)端口送信息，由74HC164的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點亮時間情況；由AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口顯示每個燈的點亮情況。(3)

18、AT89S51通過程序設(shè)置各個信號燈的點亮時間，通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時間依次為20秒、20秒、40秒循環(huán)，由AT89S51的 P3口向74HC164的數(shù)據(jù)口輸出。(4)通過AT89S51單片機的P3口來控制系統(tǒng)是工作。(5)74HC164的A、B口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而P1口用于輸出控制信號而通過74LS04反向器實現(xiàn)控制各個燈的情況它采用5V的直流電來驅(qū)動二極管。(6)AT89S51本身集成了看門狗指令，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常看門狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出，引起RESET復位信號復位系統(tǒng)。3.3芯片選擇與介紹3.3.1 AT89S51芯片選用的AT

19、89S51與同系列的AT89C51在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線的編程。用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機2、晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz）3、內(nèi)部程式存儲器（ROM）為 4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為 128B5、外部程序存儲器可擴充至 64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64KB7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨做 I/O 的控制8、5 個中斷向量源9、2 組獨立的 16 位定時器10、1 個全雙工串行通信端口11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運

20、算指令AT89S51各引腳功能介紹：如圖3圖3 AT89S51VCC：ATAT89S51 電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一個 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定， 避免噪聲干擾而死機。 RESET：AT89S51的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容

21、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，因為其內(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，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address La

22、tch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。ATAT89S51可以利用這個引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進鎖存器中，因為ATAT89S51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，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當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

23、碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。ATAT89S51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位寬的開路電極（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在當作I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平時（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)

24、計者必須外加一個鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一組完整的16位地址總線，而定位地址到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負載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當作一般I/O端口使用外，若是在ATAT89S51擴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便不能當作I/O來使用了。PORT1（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 T

25、TL負載，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又當作定時器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)引腳。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、計時計數(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

26、，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(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。3.3.2 74HC164芯片介紹74HC164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，74HC164為單向總線驅(qū)動器。在串行口為方式0狀態(tài)，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的十二分之一。器件執(zhí)行任何一條將SBUF作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從RXD端發(fā)送。在寫信號有效時，相隔 一個機器周期后發(fā)送控制端SEND有效，即允許RXD發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，允許從TXD端輸出移位脈沖。第一幀（8位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制信號均恢復原狀態(tài)，只有TI保持高電平，呈中斷申

27、請狀態(tài)。第一個74HC164把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出，LED1顯示該數(shù)據(jù)。然后，用軟件將TI清0，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，LED1顯示第二幀數(shù)據(jù)，第一幀數(shù)據(jù)串行輸入給第二個74HC164，LED2顯示第一幀數(shù)據(jù)。依此類推，直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應(yīng)該注意，數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，第一幀數(shù)據(jù)在最后一個LED顯示。由于TXD端最多可以驅(qū)動8個TTL門。注意：當LED顯示器超過8個時，我們采用74HC244芯片驅(qū)動。每個74HC244有8路驅(qū)動，每一路可驅(qū)動8個LED，即每增加一個74HC244，可增加64個LED驅(qū)動。七段數(shù)碼管，用于顯示09的數(shù)字。3.3.3 74LS04輸出信號與信號

28、燈要使行人能看見信號燈的情況，必須把P1口輸出的信號進行放大，這里我們用74LS04反向器，當極性為高電平時晶閘管導通，該支路指示燈亮；當極性為低電平時關(guān)斷，該支路指示燈滅。LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮。 七段數(shù)碼管的顯示及與74HC164的連接顯示不同的數(shù)字如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上0FE所以上為伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為。數(shù)字0-9與16進制的轉(zhuǎn)換驅(qū)動代碼表：如表5顯示數(shù)值a b c d e f g dop 驅(qū)動代碼（16進制）01 1 1 1 1 1 1 1 0FCH1 0 0 0 0 0 1 1 060H2 1

29、 1 0 1 1 0 1 00DAH3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H表5 驅(qū)動代碼表74LS04（6反向器）主要對信號起了反向作用。其它器件的功能如：7805的功能，既提供穩(wěn)定的+5V電壓。3.3.4 交通燈控制線路圖 4 交通燈軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計流程圖 (1) 程序設(shè)計總框圖：如圖4 開 始鍵盤事件處理等 待 鍵 盤 事 件初始化

30、顯示程序處理圖4 程序設(shè)計框圖(2)程序詳細流程圖：如圖5開始設(shè)置定時器開中斷賦初值F0=1R0,R1分別送A。調(diào)用計時程序并調(diào)用延時R2=011Flag0=1跳到SECR2=021Flag1=1跳到THR,F0=1R2=03Flag1=1跳到FOUR2=04標志位清0，跳到FIRR0=00R2加1，跳到DIAOYR1,R0分別送A。調(diào)用計時程序并調(diào)用延時圖5 程序詳細流程圖流程圖說明：圖中定時器在每50ms中斷一下，設(shè)置為循環(huán)20次（此時為1秒），每1秒以后，R0，R1自動減1。程序中的判斷在相等情況下從右邊出，不相同的情況往下走。4.2延時的設(shè)定延時方法可以有兩種一種是利用AT89S51內(nèi)

31、部定時器的溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。4.2.1 計數(shù)器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=MC式中，M為計數(shù)器模值，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28 ； 算法公式：T=（MTC）T計數(shù) 或TC=MT/T計數(shù)T計數(shù)是單片機時鐘周期的12倍；為定時初值如單片機的主脈沖頻率為12，經(jīng)過分頻方式TMAX213×

32、微秒8.192毫秒方式TMAX216×微秒65.536毫秒顯然秒鐘已經(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實現(xiàn)秒的方法：我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T1定時50毫秒。這樣每當T1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，然后判斷它是否為零。為0表示秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。4.2.2 相應(yīng)程序代碼（）定時器的設(shè)置定時器需定時毫秒，故1工作于方式。初值計算： TC=MT/T計數(shù)21650ms/1us=15536=3CBOH START: MO

33、V TMOD, #10H ；令為定時器方式 MOV TH0, #3CH ；裝入定時器初值 MOV TL0, #0BOH SETB EA ； 打開總中斷 SETB ET1 ；開1中斷SETB ER ；啟動1計數(shù)器CLR FLAG1 CLR FLAG2 CLR FLAG3 MOV R3,#20H ；軟件計數(shù)器賦初值（）相應(yīng)中斷服務(wù)子程序 ORG001B LJMPDSD ORG 0030H DSD： INC R3 MOV TH0, #3CH ；重裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH CJNE R3，#20，F(xiàn)HDEC R0 DEC R1MOV R3，#00HFH： RETI程序的軟件延時：AT

34、89S51的工作頻率為033MHZ，我們選用的AT89S51單片機的工作頻率為12MHZ。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*（1/12M）=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 R4,#08H 延時1秒主程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4, DE2 RETDELAY1：MOV R4，#00H ；延時125us 子程序 D1： MOV R5，#00H D2： DJNE R5，DL2 DJNE R4，D1 RET DELAY1為一個雙重循壞

35、循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為125us DELAY R4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 程序的主控制循環(huán)調(diào)用用來實現(xiàn)四個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,代碼如下:DIAOY:；循環(huán)控制子程序CJNE R2, #01H, AA；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn)JB FLAG1, AA；FLAG1為1則跳轉(zhuǎn)LJMP SEC ；跳轉(zhuǎn)到SECAA:CJNE R2, #02H, AAAJB FLAG2, AAASETB F0LJMP THRAAA:CJNE R2, #03H, BB

36、JB FLAG3, BBLJMP FOUBB:CJNE R2, #04H, BBB；判斷不相等則跳轉(zhuǎn)CLR F0；F0位清0CLR FLAG1CLR FLAG2CLR FLAG3LJMP FIRBBB:CJNE R0, #00H, SGLINC R2；R2加1LJMP DIAOY4.4 對現(xiàn)有程序的擴充 當由于緊急需要對道路進行長時間通行時，就要保持該道路更長時間的通行。下面以東西方向為例進行緊急通行為例。緊急通行是平常通行的特例，只要將相應(yīng)的代碼去掉就可以實現(xiàn)延長本車道的通行時間。設(shè)置通行時間為20秒。核心代碼如下：FIR:MOV P1, #00HSETB P1.0CLR P1.1CLR P

37、1.2CLR P1.3MOV R0, #20MOV R1, #20SGL: ；與原程序類同 CJNE R0, #00H, SGL LJMP FIR要實現(xiàn)東西方向的左轉(zhuǎn)通行時，只需要修改FIR中的代碼就可以了。時間顯示只要修改R0和R1就可以了。要實現(xiàn)南北方及左轉(zhuǎn)，只要把SGL換成SGL1、把FIR 中代碼進行相應(yīng)的修改就可以了。由于時間緊張，程序有不完善的地方。原程序見程序?qū)崿F(xiàn)代碼。5實驗平臺5.1實驗平臺我們采用的是Keil Software生產(chǎn)的Cx51編譯器。運行在Windows XP操作平臺下。 開啟計算機進入Keil C51編譯器介面。如圖6圖6 Keil C51編譯器介面5.2實驗

38、步驟5.2.1 編寫程序代碼程序代碼分為3個模塊：中斷模塊，循環(huán)模塊，算法模塊。（見程序?qū)崿F(xiàn)代碼）5.2.2 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)試調(diào)試程序 打開Keil軟件，新建工程； 選擇芯片； 新建文檔，把編寫好代碼寫入文檔并保存了ASM文件； 把保存的文檔加載到Source Group；編譯程序；設(shè)置轉(zhuǎn)換成16進制；運行程序的結(jié)果；2. 把編譯好的16進制文件(jtd.hex) 輸入單片機AT89S51仿真器和對其進行初始化。3給實驗板進行通電，觀察運行結(jié)果，不一致則跳到第一步進行反復調(diào)試，直到與預定目的一致。以下是在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)在情況：通電以后，把程序裝好，數(shù)碼管是的數(shù)字不變，按復

39、位鍵后重新開始還是如此。經(jīng)過和同組人的共同分析后，發(fā)現(xiàn)是中斷系統(tǒng)在計時到了1秒以后，賦的初值R0，R1沒有減1，修改如下：DSD:INC R3MOV TH1, #3CHMOV TL1, #0B0HCJNE R3, #20, FH；判斷是否夠 1秒DEC R0DEC R1MOV R3, #00H；R3清0FH:RETI；中斷返回通電以后，東西、南北方向的時間均遞減，20秒以后，東西方向的20秒用完，變成東西左轉(zhuǎn)、南北各20秒，此后，時間顯示和紅綠燈不再變化，一直保持這一狀態(tài)。經(jīng)過老師和同組人的共同努力，終于找到原因，問題出在循環(huán)控制過程中，當經(jīng)過第一次20秒判斷后，寄存器R2加1，當再次運行到循

40、環(huán)控制處時，判斷R2與#01H相同，程序跳到SEC處執(zhí)行，此后一直如此。解決方法如下：設(shè)置3個標記位：FLAG1 BIT 00H；標記00H位FLAG2 BIT 01HFLAG3 BIT 02H在循環(huán)控制中加入判斷如：DIAOY:CJNE R2, #01H, AA；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn)JB FLAG1, AA；FLAG1為1則跳轉(zhuǎn)LJMP SEC ；跳到SEC在跳到SEC后，在運行到該程序后加給FLAG1置數(shù)，程序如下：SEC:CLR P1.0SETB P1.1CLR P1.2CLR P1.3MOV R0, #20MOV R1, #20SETB FLAG1LJMP SGL其它幾部分與之相同的處理。

41、結(jié)論本系統(tǒng)就是利用了AT89S51芯片的I/O引腳。系統(tǒng)采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的單片機AT89S51，以及其它芯片（如：74HC164、74LS04六位反向器、L7805三端穩(wěn)壓電源）來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅燈亮40秒,綠燈和左轉(zhuǎn)綠燈各亮20秒。并通過AT89S51來控制74LS04芯片的輸出口設(shè)置紅、綠燈燃亮的功能和控制74HC164來實現(xiàn)在七段數(shù)碼管上的時間顯示；為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因為死機而停止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序設(shè)計簡便。 系統(tǒng)不足：時間設(shè)定中沒有黃燈的等待閃爍時間，以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間，此外，還沒有

42、充分考慮的把現(xiàn)代管理、人工智能運用到交通的控制中，來計算交通控制點之間的距離，來更合理的安排紅、綠燈的持續(xù)時間，使城市的交通管理更加人性化。使人們遠離目前的交通擁塞的現(xiàn)象。致謝通過本次畢業(yè)設(shè)計，我在指導老師趙潤林副教授的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，并對當前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，單片機領(lǐng)域這對我今后進一步學習計算機方面的知識有極大的幫助。另外,此次畢業(yè)設(shè)計還獲得了計科系各位領(lǐng)導和老師的大力支持。在此，我忠心感謝單片機組的其它同學以及計科系各位老師的指導和支持。在未來的工作和學習中，我將以更好的成績來回報各位領(lǐng)導、老師和同學。參考文獻1胡

43、漢才 單片機原理及其接口技術(shù) M 清華大學出版，19962蔡美琴 MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用 高等教育出版社 2004.23付家才 單片機控制工程實踐技術(shù)M 化學工業(yè)出版社，2004.54潘新民 微型計算機控制技術(shù) M 人民郵電出版社，1999.95余錫存 單片機原理及接口技術(shù)M 西安電子科技大學出版社,2000.76雷麗文 等.微機原理與接口技術(shù)M 電子工業(yè)出版社，1997.27蔣萬君 在論循環(huán)時序電路的簡便設(shè)計J 機電一體化，2005 第5期8周立功 增強型80C51單片機速成與實戰(zhàn) 北京航空航天大學出版社2004.59何立民 單片機應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學出版社 2004.

44、310何立民 單片機應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學出版社 2004.311何立民 MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 北京航空航天大學出版社, 1995.12李華 MCS -51系列單片機實用接口技術(shù)M 北京航空航天大學出版社,199313周航慈 單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)M 北京航空航天大學出版社,1991. 14張志良等 單片機原理與控制技術(shù)M 機械工業(yè)出版社，2001 年7 月第1 版15陸坤 電子設(shè)計技術(shù)1 電子科技大學出版社, 199716梁文海 單片機AT89C2051構(gòu)成的智能型頻率計J 現(xiàn)代電子技術(shù),2002 17謝自美 電子線路設(shè)計·實驗·測試M 華中理工大學

45、出版社,200118吳金戎,沈慶陽 8051單片機實踐與應(yīng)用 M 清華大學出版社, 2003. - 23 -程序?qū)崿F(xiàn)代碼；此程序分為四個部分，循環(huán)運行。東西方向通行20S（南北方向、東西南北左拐彎停）一部分SETB P1.0；東西左拐彎20S(東西南北方向、南北左拐彎停)一部分SETB P1.1；南北通行20S(東西方向、東西南北左拐彎停)一部分11111；南北左轉(zhuǎn)彎20S(東西南北方向、東西左拐彎停)一部分SETB P1.3。；共設(shè)計12個發(fā)光二極管，4個紅的，8個綠的。；P1.0控制東西方向的2個紅燈和2個綠燈；P1.2控制南北方向的2個紅燈和2個綠燈；P1.1和P1.3控制東西南北左拐彎的4個綠燈。FLAG1 BIT 00H；標記00H位FLAG2 BIT 01HFLAG3 BIT 02HORG 0000H；程序執(zhí)行起始處LJMP START；跳轉(zhuǎn)到標號START執(zhí)行ORG 001BH；定時器1中斷程序入口地址LJMP DSDORG 0030HSTART: MOV TMOD, #10H；定時器1的選擇MOV TH1, #3CH；給定時器預置數(shù)MOV TL1, #0B0HSETB EA；打開總