基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)The MCU Control System Design Of Traffic Light 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化 092 學(xué)生姓名 丁峰 學(xué)號(hào) 930706003 指導(dǎo)教師 林蒙丹、徐冬云 職稱 講師、工程師 導(dǎo)師單位 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 論文提交日期 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱 基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì) 設(shè)計(jì)制作類 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化 092 學(xué)生姓名 丁峰 學(xué) 號(hào) 930706003 指導(dǎo)教師 林蒙丹、徐冬云 導(dǎo)師職稱 講師、工程師 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

2、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(hào)燈控制非常重要，本課題針對(duì)十字路口的交通情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制時(shí)間和控制流程，利用單片機(jī)良好的控制功能來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)用性強(qiáng)。本課題主要利用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管做信號(hào)指示燈，通過(guò)編寫程序控制信號(hào)燈的顏色顯示和保持時(shí)間，讓學(xué)生增強(qiáng)動(dòng)手能力，并進(jìn)一步了解單片機(jī)的工作原理。二畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)制作和軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分。要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能對(duì)東西方向和南北方向的車流進(jìn)行控制，按照設(shè)定的時(shí)間準(zhǔn)確進(jìn)行顯示部分的剩余時(shí)間的顯示和切換。應(yīng)完成的主要工作包括單片機(jī)的選型、硬件電路設(shè)計(jì)、電路圖繪制、軟件程序的

3、設(shè)計(jì)、實(shí)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(yùn)行，并完成畢業(yè)論文。 利用單片機(jī)豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)基本的信號(hào)切換和時(shí)間顯示。三計(jì)劃進(jìn)度：第8周 確定分組以及在小組中的分工，通過(guò)各種途徑查閱資料，確定總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，購(gòu)買原材料第9周第10周 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(zhǔn)備答辯第13周 答辯四畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3、任務(wù)書4、教師評(píng)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年10月1

4、7日論文真實(shí)性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實(shí)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(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實(shí)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)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(shí)性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對(duì)學(xué)生論文所涉及的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對(duì)他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲

5、等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)老師簽名： 日 期： 目 錄摘要5ABSTRACT6前言7第一章 單片機(jī)的概述81.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介8 1.2 單片機(jī)的發(fā)展歷程9 1.3 典型的單片機(jī)產(chǎn)品10第二章 單片機(jī)芯片的簡(jiǎn)介112.1 MCS-51芯片的簡(jiǎn)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(jì)方案153.1 設(shè)計(jì)思想153.2 實(shí)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(jì) 16 3.4.1總體設(shè)計(jì)框圖163.4.2硬件接線圖173.4.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖18第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)194.1 計(jì)數(shù)器的硬件延時(shí)194.1.1計(jì)數(shù)器的

6、初值計(jì)算194.1.2計(jì)算公式194.1.3 1秒的方法194.2 軟件延時(shí)204.3 信號(hào)燈的顯示214.4 程序設(shè)計(jì)224.4.1控制流程圖224.4.2程序源代碼24第五章 設(shè)計(jì)感想27致謝28參考文獻(xiàn)29 摘 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)往往作為核心器件來(lái)使用。僅單片機(jī)知識(shí)是不夠的,還應(yīng)根據(jù)具體硬件軟件結(jié)構(gòu)結(jié)合來(lái)加以完善。交通信號(hào)燈控制方式很多,一個(gè)好的控制系統(tǒng)可以帶來(lái)諸多的方便，選擇實(shí)用的單片機(jī)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(jī)AT89S51和可編程并行

7、I/O接口芯片89s51位中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器,AT89S51的引腳有更加強(qiáng)大的功能，更是兼容此系列的單片機(jī)，同時(shí)結(jié)合部分外圍電路，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過(guò)89S51的P1口設(shè)置紅綠燈點(diǎn)亮?xí)r間的功能,紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮,倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警告,本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng),操作簡(jiǎn)單,擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞: 交通燈 MCS-51 單片機(jī)ABSTRACTYears with the rapid development of science and technology.SCM application are deepening at the same time promote more tradition

8、al control detection update. In real-time detection and control of the microcomputer 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.Many ways to

9、control traffic lights. A good controllable traffic light system can be a technological innovation of road congestion, illegal control and other issues In this system，MCS-51 series MCU AT89S51 and programmable parallel I/O interface chip 89s51-centered design of traffic signal controller device to r

10、ealize the actual traffic volume by 89S51 according to the P1 port chip set of red ,green time kindle function : traffic light cycle of light ,yellow light flashes when the countdown 5 seconds left warning.The system practical ，simple ，powerful extensions.Keywords: traffic light MCS-51 SCM 前 言19世紀(jì)初，

11、在英國(guó)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(lái)，英國(guó)倫敦議會(huì)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(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德·哈設(shè)計(jì)、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(hào)燈，在燈的腳下，一名手持長(zhǎng)桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來(lái)在信號(hào)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(guó)的克利

12、夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過(guò)，這時(shí)已是“電氣信號(hào)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(hào)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(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)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(hào)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(hào)燈的發(fā)明者是我國(guó)的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國(guó)”的抱負(fù)到美國(guó)深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長(zhǎng)的美國(guó)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(hào)，天津不銹鋼崗?fù)ぎ?dāng)他看到紅燈而正要過(guò)去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過(guò)，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再

13、加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。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(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。 中國(guó)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(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)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(yuǎn)行或運(yùn)輸東西最常用到的交通工具是馬車，但是隨著社會(huì)的進(jìn)步經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一種新型交通工具汽車隨之問(wèn)世。如1950年英國(guó)陸虎公司推出世界上第一臺(tái)采用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，1952年美國(guó)通用公司推出“別克”牌小轎車，

14、 1956年中國(guó)第一汽車制造廠成立，“解放”牌汽車問(wèn)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(guò)6400萬(wàn)輛。在汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，隨之而來(lái)交通問(wèn)題也越來(lái)越多，如交通堵塞和交通事故時(shí)常發(fā)生，這不但給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成了威脅，同時(shí)還制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家面臨的形勢(shì)更是嚴(yán)峻。 為了緩解交通的負(fù)荷量，使車輛運(yùn)行暢通無(wú)阻，交通事業(yè)整嚴(yán)有序，國(guó)家起用了雙車道交通燈控制系統(tǒng)。通過(guò)紅，綠，黃三色燈進(jìn)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(huì)的發(fā)展，天津不銹鋼崗?fù)ご讼到y(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)而引進(jìn)

15、了與我國(guó)國(guó)情相符合的國(guó)外先進(jìn)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(shí)還加快車了車流輛速度。并制定了<<道路交通安全法實(shí)施條例>>第三十八條明確規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)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(guò)停止線的車輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行。第一章 單片機(jī)的概述1.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。單片機(jī)又稱單

16、片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)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(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年

17、代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)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(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)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(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)

18、。 單片機(jī)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(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。1.2 單片機(jī)的發(fā)展歷程1971年intel公司研制出世界上第一個(gè)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Int

19、el 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家雜志列為“二戰(zhàn)以來(lái)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM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(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。 1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel 8008。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

20、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Intel 8080，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(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。 1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。 1976年Intel公司研制出MCS-48系列8位的單片機(jī)，這也是單片機(jī)的問(wèn)世。 ZILOG公司于19

21、76年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)時(shí)，ZILOG、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。 20世紀(jì)80年代初，Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，推出了MCS-51系列8位高檔單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)無(wú)論是片內(nèi)RAM容量，I/O口功能，系統(tǒng)擴(kuò)展方面都有了很大的提高。1.3 典型的單片機(jī)產(chǎn)品Intel 是最早推出單片機(jī)的公司之一,主要有MCS-48、MCS-51系列8位單片機(jī)和MCS-96系列的16位單片機(jī)。在二十世紀(jì)八、九十年代MCS-51和MCS-96曾經(jīng)是我國(guó)最流行的單片機(jī),得到最廣泛的應(yīng)用.國(guó)內(nèi)具有很多型號(hào)的51/96仿真

22、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(méi)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(jī)。Motorola公司主要有MC68HC05、MC68HC11、MC68HC08系列的8位單片機(jī),MC68C12、MC68HC16系列16位單片機(jī).MC68HC908是新型的FLASH型單片機(jī),功能強(qiáng),型號(hào)多,又有國(guó)產(chǎn)的廉價(jià)仿真器的支持,在我國(guó)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(jī),TLCS-900系列的16位單片機(jī),這些單片機(jī)是近幾年推出的新型單片機(jī),功能強(qiáng)、可

23、靠性高，.國(guó)內(nèi)推出了tlcs-870、tlcs-870/c系列單片機(jī)的廉價(jià)開發(fā)工具(STFB和STF870/C)，使這兩個(gè)系列的單片機(jī)引起國(guó)內(nèi)用戶的重視，近兩年來(lái)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(guó)的國(guó)際半導(dǎo)體，日本的日立、三菱、NEC、富士通公司、韓國(guó)的三星公司、荷蘭的Philips公司等都有他們的單片機(jī)系列產(chǎn)品。從應(yīng)用的角度看，各個(gè)公司的新型單片機(jī)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(jī)應(yīng)用最廣泛。在開發(fā)一個(gè)應(yīng)用產(chǎn)品時(shí)，選用哪一個(gè)型號(hào)的單片機(jī)取決于開發(fā)成本、生產(chǎn)成本以及是否有廉價(jià)的開發(fā)工具的支持。、第二章 單片機(jī)芯片的簡(jiǎn)介2.1 MCS-5

24、1芯片簡(jiǎn)介AT89S51是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，它是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)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ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)

25、存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。其管腳圖如圖1所示；圖1 AT89S51的引腳圖現(xiàn)在我們對(duì)AT89S51的40個(gè)管腳的功能加以說(shuō)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(gè)8位漏級(jí)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(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

26、時(shí)P0外部必須被拉高。運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)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(shí)都是準(zhǔn)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(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號(hào)端。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(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

27、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)，低電平有效。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：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許。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)

28、EA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）。 3.外接晶振引腳XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)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(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)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(lái)控制電機(jī)、交通燈、霓虹燈等，開發(fā)產(chǎn)品時(shí)就是利用這些可編程引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，

29、名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7經(jīng)過(guò)對(duì)AT89S51和之前的MCS-51系列單片機(jī)的比較，以下是其主要性能特點(diǎn)1、4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器； 2、128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）； 3、32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口； 4、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷； 5、6個(gè)中斷源； 6、2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 7、2個(gè)全雙工串行通信口； 8、看門狗（WDT）電路； 9、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 10、與MCS

30、-51兼容； 11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz； 12、三級(jí)程序存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)死循環(huán)時(shí),看門狗（WDT）電路可以起保護(hù)功能,實(shí)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(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“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(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用

31、時(shí)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(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，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(shí)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(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。2.2.2數(shù)碼管結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)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(gè)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(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似

32、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(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?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(yáng)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(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。SM220501K是一個(gè)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(diǎn)，11、10為位選信號(hào)。例如:如果給b

33、,c送高電平,11接地,左邊的數(shù)碼管會(huì)顯示1，在本次設(shè)計(jì)中11為十位的位選信號(hào)。如果b,c送高電平,10接地,右邊的數(shù)碼管會(huì)顯示1，在本次設(shè)計(jì)中為個(gè)位的位選信號(hào)。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖2 是一個(gè)兩位7段帶小數(shù)點(diǎn)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(diǎn)。圖4是原理圖。 圖2 實(shí)物圖 圖3 引腳圖 圖4 原理圖第三章 交通燈的總體設(shè)計(jì)方案3.1 設(shè)計(jì)思想（1)通過(guò)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(gè)發(fā)光二極管熄滅,模擬交通燈管理。(3)通過(guò)單片機(jī)控

34、制設(shè)計(jì)，熟練掌握匯編語(yǔ)言的編程方法，將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高我們的動(dòng)腦和動(dòng)手的能力。(4)完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試。(5)由于對(duì)面對(duì)的兩個(gè)交通燈現(xiàn)象一樣，同時(shí)合為一個(gè)，所以設(shè)計(jì)中控制6個(gè)燈就可以了。3.2 實(shí)現(xiàn)方法（1）在設(shè)計(jì)中利用軟件程序延時(shí)的方法來(lái)控制紅（綠）的亮的時(shí)間?？紤]延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)所以先用T0產(chǎn)生終端然后通過(guò)計(jì)數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)。利用口的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(gè)黃燈連在一塊與P1.3相連。3

35、.3 交通燈的管理方案論證東西、南北兩干道交于一個(gè)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(shí)間。設(shè)東西道方向?yàn)橹鞲傻滥媳狈较驗(yàn)閺母傻溃膫€(gè)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 50S 10S 40S 10S 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(duì)其做個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明：       

36、（1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)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?yàn)榫G燈，此道車輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為40秒。 東西方向車流大 通行時(shí)間長(zhǎng)。（4）這樣如上方案的時(shí)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(dòng)態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。3.4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.4.1 總體設(shè)計(jì)框圖 AT89S51東西交通燈(2組) 復(fù)位電路

37、南北交通燈(2組) 振蕩電路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(diǎn)dp端。P3.0、P3.1、P3.2接的是數(shù)碼管的位選信號(hào)端。 3.4.3 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)系統(tǒng)需要實(shí)驗(yàn)板一塊，電容8個(gè)，電阻3個(gè),12兆晶振一個(gè)，按鈕一個(gè)，4

38、0管教插槽一個(gè)，導(dǎo)線若干，小led燈一個(gè)，89S51芯片一片等單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 圖7 單片機(jī)最小系統(tǒng)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，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。振蕩電路的基本功能是：為單片機(jī)的工作提供了所需要的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，使單片機(jī)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(gè)單片機(jī)電路都不能正常工作。各引腳分別對(duì)地接了一個(gè)30pF的電容，其目的是防止單片機(jī)的自激。第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 計(jì)數(shù)器的硬件延時(shí) 4.1.1 計(jì)數(shù)器的初

39、值計(jì)算定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)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(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式：          TC=M-C式中，M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為284.1.2  計(jì)算公式 T=（MTC）T計(jì)數(shù) 或TCMTT計(jì)數(shù)T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期TCLK的12倍；TC為定時(shí)初值如單

40、片機(jī)的主脈沖頻率為TCLK12MHZ ，經(jīng)過(guò)12分頻方式0    TMAX213 1微秒8192毫秒方式1    TMAX216 1微秒65536毫秒  顯然1秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問(wèn)題。4.1.3 1秒的方法 采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50毫秒。這樣每當(dāng)T0到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)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(jì)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(shí)間顯示程序。

41、軟件延時(shí)MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，選用的at89s51的單片機(jī)的工作頻率為12MHZ。機(jī)械周期與主頻有關(guān)。機(jī)械周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)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(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定1秒的時(shí)間。以下是相應(yīng)程序代碼（1）主程序 定時(shí)器需定時(shí)50毫秒，故T0工作于方式1。 初值： TCMT T計(jì)數(shù) 21650ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令TO為定時(shí)器方式1 MOV TH0, #3CH ;裝入定時(shí)器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV I

42、E, #82H ;開T0中斷 SEBT TRO ；啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)器 MOV RO, #14H ;軟件計(jì)數(shù)器賦初值LOOP: SJMP $ ；等待中斷（2）中斷服務(wù)子程序 ORG 000BH AJMP BRT0 ORG 00BH BRTO：DJNZ R0，NEXT AJMP TIME ; 跳轉(zhuǎn)到時(shí)間及信號(hào)燈顯示子程序 DJNZ：MOV RO，14H ；恢復(fù)R0值 MOV TH0, #3CH ;重裝入定時(shí)器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H RET1END4.2 軟件延時(shí)  MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的AT89S51單片機(jī)的工作頻率為6MH

43、Z。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)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(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定1秒的時(shí)間。其流程圖如圖8所示開始鍵盤事件處理初始化定時(shí)器中斷程序  等待鍵盤事件圖8 軟件系統(tǒng)流程圖下面是我對(duì)具體的延時(shí)程序分析：DELAY: MOV R4,#08H 延時(shí)1秒子程序 1DE2: LCALL DELAY1 1 DJNZ R4,DE2 2 RET 機(jī)器周期數(shù) DELAY1:MOV R6,#0FAH 延時(shí)125ms 子程序 1 MOV R5,#0FAH 1DE1: DJNZ R5,$ 2 DJNZR6

44、,DE1 RETMOV RN，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機(jī)器周期數(shù)為1所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為2ms DELAY1 為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=131072us 約為125us DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。 4.3 信號(hào)燈的顯示當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為 1 秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在信號(hào)燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間

45、計(jì)數(shù)器賦初值重新進(jìn)入循環(huán)。4.4 程序設(shè)計(jì)4.4.1 控制流程圖（一） 實(shí)現(xiàn)功能流程圖（二） 主功能實(shí)現(xiàn)程序流程圖 4.4.2 程序源代碼 原始程序ORG0000HSJMPMAINORG0040HMAIN:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETBTR0MOVDPTR,#TABSTART:MOVP1,#0EDH;東西綠，南北紅MOV33H,#05H；東西十位數(shù),顯示4MOV32H,#04H；南北十位數(shù)，顯示5MOVR5,#5，十位的控制數(shù)L1:ACALLDLYDJNZR5,L1MOVP1,#0E7H;東西黃，南北紅MOV33H,#09H；黃燈的十位數(shù)字，顯示

46、0MOVR5,#1L2:ACALLDLYDJNZR5,L2MOVP1,#0DEH;東西紅，南北綠MOV33H,#05H；東西十位數(shù)，顯示4MOV32H,#06H，南北十位數(shù)，顯示3MOVR5,#4L3:ACALLDLYDJNZR5,L3MOVP1,#0DBH;東西紅，南北黃MOV32H,#09HMOVR5,#1L4:ACALLDLYDJNZR5,L4LJMPSTARTDLY:MOV31H,#00HMOVR7,#10DLY1:MOVR6,#20；1S延遲程序DLY2:JBCTF0,DLY3MOVA,31HMOVCA,A+DPTRMOVP3,#0FFHMOVP2,AMOVP3,#0FEH；輸出個(gè)位數(shù)字MOVA,32H；MOVCA,A+DPTRMOVP3,#0FFHMOV