基于單片機的紅綠燈設(shè)計

1、西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文西安航空職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： 基于單片機的紅綠燈設(shè)計 任務(wù)與要求： 交通信號燈能夠控制東西、南北兩個方向的交通，紅綠黃燈用對應顏色的發(fā)光二極管代替; 用四個2位數(shù)碼管分別顯示東、南、西、北方向的通行時間，東西或南北通行時間為30秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒時間：2013年9月1日至2013年11月1日 共8周所屬系部： 自動化工程系學生姓名： 學 號： 11專 業(yè)：生產(chǎn)過程自動化指導單位或教研室：計算機控制教研室指導教師： 職 稱： 助教西安航空職業(yè)技術(shù)學院制畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導教師簽 字9.1

2、-9.10確定選題，完成選題登記表，著手資料內(nèi)容9.11-9.20通過所收集的資料了解交通燈結(jié)構(gòu)，工作原理和機制9.21-10.1根據(jù)現(xiàn)有資料著手設(shè)計交通燈的仿真10.2-10.10搭建初步框架結(jié)構(gòu)，嘗試仿真10.11-10.20對程序數(shù)據(jù)進行修改，驗證結(jié)果10.21-10.28最后的論文結(jié)構(gòu)調(diào)整及檢查10.28-11.1整合論文資料及成果，完成論文.教師對進度計劃實施情況總評 簽名 年 月 日 摘要在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各

3、種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當今計算機和自動控制技術(shù)，有效地疏導交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。關(guān)鍵字：交通燈；單片機；MSC-51；計時 2Abstract In daily life ,

4、traffic lights as traffic management , co-ordination of the vehicle a convenient means , plays a big role . Various modes of transport , pedestrians should be based on the traffic lights change to decide whether to move forward, the passage of time coordinating their pace required , greatly reducing

5、 the traffic chaos caused by various accidents. Therefore, a comprehensive transportation system, traffic lights are essential equipment , a complete traffic lights would be more effective in the management of the current road situation occurs , the vehicle , a pedestrian road becomes smoother and m

6、ore harmonious .  With China's rapid economic development, China's rapid development of motor vehicles , while the urban road construction due to historical and other reasons is lagging behind, traffic congestion and jams often occur . How to take advantage of today's computers and

7、automatic control technology, effective flow of traffic, improve urban traffic junction capacity and reduce traffic accidents is a topic worthy of study . At present , the domestic traffic lights generally located at the crossroads, prominently with red , green and yellow three color LED display wit

8、h a countdown to control traffic.Key words：traffic light；SCM；MSC-51；timing目錄1緒論11.1單片機的發(fā)展11.2單片機的定義21.3單片機的特點21.4單片機的應用領(lǐng)域32任務(wù)分析與設(shè)計思路52.1任務(wù)分析52.1.1本次設(shè)計要求52.2設(shè)計思路63總體設(shè)計73.1單片機內(nèi)部資源分布圖73.2單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理83.3軟件結(jié)構(gòu)框圖93.4軟硬件分工94詳細設(shè)計104.1設(shè)計電路104.2交通燈電路104.2.1數(shù)碼管的工作原理124.2.2 I/O口擴展134.2.3單片機的RP1144.2.4 單片機硬

9、件結(jié)構(gòu)144.3軟件框圖164.3.1主程序流程圖164.3.2顯示子程序流程圖17附錄19結(jié)束語23謝辭24參考文獻2541緒論在城市能很明顯的感受到交通的日益擁堵，各種各樣的問題都會出現(xiàn)在馬路上，像行人穿馬路，車輛的行進，都少不了交通燈的指揮，可以說如果沒有了交、通燈，交通將會癱瘓。所以交通燈有著不可或缺的重要地位。1.1單片機的發(fā)展單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。M

10、CU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免的 落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之

11、路，像MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢，隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發(fā)展很快。自單片機誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機種單片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，特別適合與控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機是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

12、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)。單片機的發(fā)展分為4個階段：第一階段（1974-76年）：單片機初級階段。因為受工藝限制，單片機采用單片的形式而且功能比較簡單。例如美國仙童公司生產(chǎn)的F8單片機，實際上只包括了8位CPU，64個字節(jié)的RAM和2個并行接口。第二階段（1976-78年）：低性能單片機階段。以Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機位代表，該系列單片機片內(nèi)集成有8位CPU，8位定時器/計數(shù)器，并行I/O接口，RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大與4KB。第三階段（1978-83年）：高性能單片階段。這個階段推出的單

13、片機普遍帶有串行接口。多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM,RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。第四階段（1983至今）:8位單片機鞏固發(fā)展以及16位單片機，32位單片機推出階段。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展16位單片機，32位單片機及專用型單片機。1.2單片機的定義單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它其有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同事集成諸如通訊接口、定時器、實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)

14、、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Micro Controller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機有芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來，最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小、更容易集成于復雜而對體積要求嚴格的控制設(shè)備忠。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。1.3單片機的特點 單片機是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)向著增強控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展，主要特點如下：(1)種類多，型號全很多單片機廠家逐年擴大適應各種需要，有針對性的推出一系列

15、型號產(chǎn)品，是系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了以開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易的是產(chǎn)品進行升級代換。(2)提高性能，擴大容量，性能價格比高集成度已經(jīng)達到300萬個晶體管以上，總線速度達到數(shù)十微秒到幾百納秒，指令執(zhí)行周期已經(jīng)達到幾微妙到數(shù)十納秒，以往片外XRAM現(xiàn)已在物理上存入片內(nèi)，ROM容量已經(jīng)擴充達32K，64K,128K以致更大的空間。價格從幾百到幾元不等。(3)增加控制功能，向真正意義上的單片機發(fā)展把原本是外圍接口芯片的功能集成到一塊芯片內(nèi)，在一塊芯片中構(gòu)造了一個完整的功能強大的微處理應用系統(tǒng)。(4)低功耗現(xiàn)在新型單片機的功耗越來越小，供電電壓從5V降低到了3.

16、2V，甚至1V，工作電流從mA降到uA級，gz2頻率從十幾兆可編程到幾十千兆赫。特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等。(5)C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機互交環(huán)境多數(shù)單片機都提供基于C語言開發(fā)平臺，并提供大量的函數(shù)供使用，這使產(chǎn)品的開發(fā)周期、代碼可讀性、可移植性都大為提高。1.4單片機的應用領(lǐng)域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

17、，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)療機械了。因此，單片機的學習，開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家，工程師。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為如下幾個范疇：(1)在智能儀器儀表上的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用與儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功

18、能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。(2)在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。(3)在家用電器中的應用現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無所不在。(4)在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應用現(xiàn)在的單片機普遍具備通信接口，可以很方便的與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能

19、控制，從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。(5)在各種大型電器中的模塊化應用某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別與磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應用極大的縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便與更換。此外，單片機在工商，金融

20、，科研，教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。2任務(wù)分析與設(shè)計思路2.1任務(wù)分析 2.1.1本次設(shè)計要求運用所學單片機原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識，設(shè)計出一臺交通信號燈，模擬路口交通信號。交通燈要求如下：1）交通信號燈能夠控制東西、南北兩個方向的交通，紅綠黃燈用對應顏色的發(fā)光二極管代替；2）用四個2位數(shù)碼管分別顯示東、南、西、北方向的通行時間，東西或南北通行時間為30秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設(shè)實際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖2-1所示 圖2-1 模擬路面設(shè)置顯示圖 東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠

21、三種顏色，總共十二盞燈，而實際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯亮滅來設(shè)計控制系統(tǒng)，即可達到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實現(xiàn)控制，另外,兩組對應一致就行了。根據(jù)設(shè)計要求，要求東西或者南北通行30秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍3秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時間）30秒，黃燈亮（警告提醒時間）3秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡化設(shè)計，也為30秒。切換過程東西南北均為黃燈閃爍。2.2設(shè)計思路基于完成以上任務(wù)分析，結(jié)合所學有關(guān)知識，尤其是本學期所學關(guān)于單片機的中斷系統(tǒng)和定時、計數(shù)

22、器的相關(guān)知識及應用，我們知道對于紅、綠、黃兩組各三盞燈的控制，可以通過把這六盞燈分別接到單片機的六個輸出引腳，若用P1口進行輸出，則分配如下圖2-2所示 圖2-2 AT89C51的六個引腳對應的輸出顯示圖 通過對P1口P0P5編程從而實現(xiàn)控制。而各盞燈的熄滅時間的延時情況，則用定時/計數(shù)和中斷結(jié)合應用實現(xiàn)控制。而輸出的時間顯示則每個方向分別用兩個發(fā)光二極管顯示，十位接在P0口，個位接在P2口，對P0口P2口編程即可實現(xiàn)控制。3總體設(shè)計3.1單片機內(nèi)部資源分布圖 圖3-1 單片機內(nèi)部資源分布圖 分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，MCS-51系列單片機是由8大部分組成。這8大部分是：1一個8位

23、中央處理器CPU（又稱為微處理器）CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由運算器和控制器組成，是單片機的核心部件。其中包括算術(shù)邏輯運算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器SP寄存器P、程序計數(shù)器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫寄存器等部件。2128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用于存放數(shù)據(jù)、運算結(jié)果。34KB的片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格?，F(xiàn)在的改進產(chǎn)品里一般都換成了Flash存儲器。4. 18個特殊功能寄存器SFR。 CPU內(nèi)部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構(gòu)成了CPU

24、內(nèi)部的特殊功能寄存器。18個特殊功能寄存器SFR有3個是16位的，共占了21個字節(jié)。5. 4個8位并行輸入輸出I/O接口。P0口、P1口、P2口、P3口、（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。6. 1個串行I/O接口，完成單片機與其他微機之間的串行通信。7. 2個16位定時器/計數(shù)器T0、T1。8. 一個具有5個（52子系列為6個或7個）中斷源，2個可編程優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)。它可以接收外部中斷申請、定時器/計數(shù)器中斷申請和串行口終端申請。3.2單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 圖3-2 交通燈控制的基本構(gòu)造顯示圖單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的

25、具體通行，當然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行駛者，更具人性化。據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上圖3-2所示。單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)、倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。3.3軟件結(jié)構(gòu)框圖 如下圖3-3所示，圖中描述的是基于單片機的交通燈設(shè)計的軟件的結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)，其中主要說明主程序和子程序之間的運行關(guān)系：通過主程序的運行，到顯示子程序的調(diào)用，從而實現(xiàn)功能模塊的顯示，而后在返回到主程序，依次循環(huán)完成軟件的運行。 圖3-3 軟件結(jié)構(gòu)框圖3

26、.4軟硬件分工硬件實現(xiàn)實物連接，軟件與硬件連接相對應，通過編寫程序，使硬件實現(xiàn)期望的功能。說的形象些，軟件相當于其內(nèi)在本質(zhì)功能，而硬件是將該功能表現(xiàn)出來，讓人們可見罷了。4詳細設(shè)計本設(shè)計使用的單片機為AT89C51.它是帶有4K字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與MCS-51兼容  4KFLASH存儲器,壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定128×8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。4.1設(shè)計

27、電路設(shè)計電路主要由兩部分組成，一部分為P1口與十二個發(fā)光二極管連接電路，另一部分是P0、P2口與八個七段顯示器相連的電路，下面分別詳細說明。4.2交通燈電路設(shè)計中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機的I/O接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機P1.0-P1.5控制。單片機的I/O接口與交通燈電路的具體連接方式為：P1.0-P1.2分別接東西方向的紅、黃、綠共6個放光二極管，P1.3-P1.5分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發(fā)光二極管。12個發(fā)光二極管采用了共陽極的連

28、接方式，因此IO口輸出低電平時，與之相連的發(fā)光二極管會發(fā)亮，IO口輸出高電平時，相應的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖4-1所示： 圖4-1（a）基于單片機紅綠燈設(shè)計硬件圖1 圖4-1（b）基于單片機紅綠燈設(shè)計硬件圖24.2.1數(shù)碼管的工作原理該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)控制要求，每個路口需要兩個數(shù)碼管，這樣四個路口就要求八個數(shù)碼管。有序AT89C51單片機的I/O作為輸出時，具有較強吸收電流能力，因此我們可以選用共陽型數(shù)碼管，這樣由單片機的I/O就可以直接驅(qū)動，從而簡化硬件電路的設(shè)計。四個路口倒計時顯示被置在同一時刻顯示相同的數(shù)字，期中P0口用來顯示時間的十位，P2

29、口用來顯示時間的個位。電路如下圖4-2所示 圖4-2 LED數(shù)碼顯示器 LED數(shù)碼管是單片機常用的顯示器件，點陣顯示系統(tǒng)可以顯示復雜的字符、數(shù)字及漢字等信息。根據(jù)連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種組成方式。本系統(tǒng)所使用的便是共陰極數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陰極接在一起，形成一個公共極com，在使用時將com極接低電平。如果想讓某段亮，將該發(fā)光二極管的陽極接高電平，則該發(fā)光二極管點亮。共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起，形成一個公共極com，在使用時將com極接高電平。如果想讓某段亮，將該發(fā)光二極管的陽陰極接低電平，則該發(fā)光二極管點亮。因此，將多個段的發(fā)光二極管點亮，可組

30、合成需要顯示的字符。LED點亮時壓降一般為1.4V左右，驅(qū)動電流一般為10mA，因此在驅(qū)動電路中必須加入限流電阻，對于5V供電系統(tǒng)，限流電阻一般可取300歐姆左右。 4.2.2 I/O口擴展 在單片機應用系統(tǒng)中，經(jīng)常用到簡單的輸入/輸出接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出，如讀取鍵盤狀態(tài)、驅(qū)動數(shù)碼管顯示或打印機打印等。簡單的I/O口擴展的實現(xiàn)：擴展8位數(shù)據(jù)并行輸入的簡單接口輸入，以及8位數(shù)據(jù)并行輸出的簡單輸出接口。對于輸入接口來說，只需要滿足數(shù)據(jù)緩沖功能，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備的隔離。對輸出接口而言，要滿足數(shù)據(jù)的所存功能，以實現(xiàn)快速CPU與慢速外部設(shè)備的速度匹配，并隔離數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備。要進行輸入

31、輸出擴展，首先需要清楚單片機與簡單輸入接口芯片的信號。單片機按照三總線方式將信號分為數(shù)據(jù)信號、地址信號和控制信號；而簡單輸入接口芯片沒有地址信號，只有數(shù)據(jù)信號和控制信號。連接時，將單片機的數(shù)據(jù)信號與輸入接口芯片的數(shù)據(jù)信號相連，將單片機的地址信號與讀控制信號組合成輸入接口芯片所需要的控制信號在與之相連。下面以74LS240為例，如圖4-3所示， 74LS240是八單線驅(qū)動器（反碼，三態(tài)輸出）這種八緩沖器和線驅(qū)動器是為提高三態(tài)輸出存儲地址驅(qū)動器，時鐘驅(qū)動器和總線定向接收器和發(fā)射器性能可和集成度而特意設(shè)計的。設(shè)計者可按需要將原碼，反碼輸出。對稱/G（有效低電平輸出控制） 圖4-3 74LS240引腳

32、示意圖4.2.3單片機的RP1 單片機的RP1就是排阻，公共端是1#引腳，在此電路中連接到電源正極，用于上拉P0口的信號因為P0口內(nèi)部開漏，必須靠上拉電阻才能輸出高電平。這里用10K的時候是當單片機輸出低電平時保證灌入P0口的電流很小，這樣減小不必要的功耗，電阻過小可能會損壞IO；輸出高電平1602需要的電流也很小活著說可以忽略。 圖4-4 排阻RP1引腳示意圖4.2.4 單片機硬件結(jié)構(gòu) AT89C51在一塊半導體芯片上集成了CPU、存儲器、定時/計數(shù)器和各種I/O口等功能部件，具有一臺微型計算機的屬性其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-5所示.89C51單片機內(nèi)包含以下幾個部件?！?】微處理器（CPU）【2】

33、一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路【3】程序存儲器（4KB Flash ROM）【4】數(shù)據(jù)存儲器（128B RAM）【5】兩個16位定時/計數(shù)器【6】可尋址的64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲器空間的控制電路【7】四個8位并行I/O端口【8】一個可編程全雙工串行口【9】具有五個中斷源，兩個優(yōu)先級嵌套的中斷結(jié)構(gòu)（0003H-000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)、000BH-0012H 定時/計數(shù)器0中斷地址區(qū)、0013H-001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)、001BH-0022H定時/計數(shù)器1中斷地址區(qū)、0023H-002AH 串行口中斷地址區(qū)） 單片機的引腳一般有電源引腳、時鐘引腳、控制引腳、輸入/

34、輸出引腳【10】電源引腳 （1）GND:接地 （2）VCC：接+5V電源【11】時鐘引腳 （1）XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端。使用內(nèi)部振蕩器時，是外接晶體的一個引腳。使用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。 （2）XTAL2：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。使用內(nèi)部振蕩器時，是外接晶體的另一個引腳。使用外部振蕩器時，此引腳懸空。【12】控制引腳 （1）RST：當單片機運行時，在此引腳上出現(xiàn)持續(xù)時間大于兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位 （2）ALE/PROG：正常操作時為ALE功能（地址鎖存允許信號），能夠把地址的低字節(jié)鎖存到外部地址鎖存器中，ALE引腳以不變的頻

35、率（時鐘振蕩頻率1/6）周期性的發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。 （3）PROG功能：對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖。 （4）PSEN：外部程序存儲器讀選通信號輸出端。在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN接外部程序存儲器的輸出允許端。 （5）EA/VPP：EA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當EA為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，如果PC值大于0FFFH，將自動轉(zhuǎn)向地址以1000H開始的外部程序存儲器。當EA為低電平時，則直接訪問外部程序存儲器，地址為000

36、0H-FFFFH。 （6）VPP功能：對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加12V EPROM編程電壓?！?3】輸入/輸出引腳 （1）P0口（P0.0-P0.7）：是一個8位極漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線。P0口在做普通I/O使用時需接上拉電阻，能驅(qū)動8個LS型TTL負載。 （2）P1口（P1.0-PI.7）：是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口，能驅(qū)動4個LS型TTL負載。 （3）P2口（P2.0-P2.7）：是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動4個LS型

37、TTL負載。 （4）P3口（P3.0-P3.7）：是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口，能驅(qū)動4個LS型TTL負載。 圖4-5 AT89C51引腳圖 4.3軟件框圖4.3.1主程序流程圖根據(jù)設(shè)計要求，程序框圖如圖4-6所示。軟件可由匯編語言完成。軟件設(shè)計可以分為以下幾個功能模塊：主程序：初始化及鍵盤監(jiān)控計時程序模塊：為定時器的中斷服務(wù)子程序，完成時間定時如遇到特殊情況，可撥動應急開關(guān)，使各向均為紅燈，特殊車輛不受紅燈限制，待其順利通過后將開關(guān)撥回原位，系統(tǒng)恢復狀態(tài)運行。 圖4-6 程序流程圖4.3.2顯示子程序流程圖 如下圖4-7所示，對于子程序的運行圖中做出了詳細的介紹。程序為開始運行

38、狀態(tài)按照程序設(shè)置取倒計時數(shù)值，把提取到的倒計時數(shù)值的十位數(shù)字的型碼送到P0口；隨后按照程序編程提取倒計時數(shù)值的個位數(shù)字并且把提取到的倒計時數(shù)值的個位數(shù)字的型碼送到P2口，隨即調(diào)用延時子程序。整個子程序到此運行完畢隨后返回。圖4-7 子程序流程圖 附錄 #include<REG51.H> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /段碼組合，共陰極 uchar code b4=0xfe,0

39、xfd,0xfb,0xf7; uchar code c6=0x78,0xb8,0xcc,0xd4,0xf8,0xdc; sbit P3_4=P34; sbit P3_5=P35; sbit P3_6=P36; sbit P3_7=P37; uchar m=30,n=35,k=0,cnt=0,y=0,j,x,y; void delay(uchar t); void scankey(void); /中斷程序 void intrupt(void) TMOD=0x01;TH0=0x3c;TL0=0xb0;ET0=1;TR0=1;EA=1;/中斷處理程序void key() ET0=0;TR0=0;EA

40、=0; if(j=1)P1=0xd8; else if(x=1)P1=0; else if(y=1)P1=2; P0=a0; for(;) P2=0xfe;delay(20);P2=0xfd;delay(20);P2=0xf7;delay(20);scankey();if(j=2) ET0=1;TR0=1;EA=1;j=0; break;else if(x=2) ET0=1;TR0=1;EA=1;x=0; break; else if(y=2) ET0=1;TR0=1;EA=1;y=0; break; void time1(void)intrupt 1 TH0=0x3c; TL0=0xb0;

41、cnt+; if(cnt>=20) m-;n-;cnt=0;if(m=0|n=0) k+; if(k>3) k=0; switch(k) case0:m=30,n=35;break;case1:n=5;break;case2:m=25,n=20;break;case3:n=5;break;void delay(uchar t) /延時0.1*n 毫秒0 uchar i; do for(i=0;i<23;i+).,while(t-);void main(void) P3_4=1; P3_6=1; P3=7=1; interrupt(); P1=ck; while(1) if(c

42、nt>=10) if(k=1)P1=c4; else if(k=3)P1=c5; else P1=ck; else P1=ck; P2=0xfe,P0=am/10; delay(50); P2=0xfb,p0=an%10; delay(50); P2=0xf7,P0=an/10; delay(50); scankey(); void scankey(void) if(P3_4=0) delay(2); if(P3_4=0) while(P3_4=0); j+; if(j-) key();if(P3_6=0) delay(2); if(P3_6=0) while(P3_6=0);m+;n+;if(P3_5=0) delay(2); if(P3_5=0) while(P3_5=0); x+; if(x-1);key();if(P3_7=0) delay(2); if(P3_7=0) while(P3_7=0); y+; if(y=1) key(); 結(jié)束語經(jīng)過近一個月的設(shè)計，在王老師的悉心指導和嚴格要求下，我完整的看到了它的工作流程，順利地完成了單片機控制的紅綠燈設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學三年學習成果的一次大檢閱，平時課堂上學到的知識很