基于单片机的交通灯控制器的设计_毕业设计(单片机： AT89C51).pdf

安徽工程大学本科毕业设计（论文）专 业：电子信息科学与技术题 目：基于单片机的交通灯控制器的设计：导师所在单位：电气工程学院安徽工程大学 本科毕业设计（论文）任务书 ：3汪然.智能交通信号控制系统的研究与开发 D.重庆大学，2006 2张丽.单片机的发展与应用 J.科技咨询导报，2007 1张毅刚.单片机原理及应用 M.高等教育.2009.11II原始资料Thed esigno ft r afficlightco nt r o llerbasedo nMCU英文：基于单片机的交通灯控制器的设计中文：I毕业设计（论文）题目Ill毕业设计（论文）任务内容题目：基于单片机的交通灯控制器的设计交通信号灯的控制系统目前朝着小型化、专用化和智能化方 向发展。本课题要求学生运用电子测量、信号处理、单片机原理 及应用等基础知识，基于单片机，用C51或汇编语言设计一个交 通信号灯控制系统，并按照既定的规则运行。要求学生独立选择 芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试，完成整个系统的功能。技术指标及要求：1.十字路口交通灯运行规则；2,具有双向六车道的规则管理能力；3.具有等候时间显示；具有进入交通管制状态功能；4.要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试，完成整个系统的功能。课题完成形式：1.开题报告；2,毕业论文（设计报告书）；3.电路原理图；4.完整的单片机源程序。_ 安徽工程大学毕业设计（论文）基于单片机的交通灯控制器的设计摘 要随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问 题，所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。本文主要是 对给予单片机交通灯控制系统进行设计，平时按照设定的程序进行控制。交通灯控制系 统由AT89c51单片机、键盘、LED指示灯。系统除具有基本交通灯功能外，还可以扩 展LED信息显示功能，对市交通实现有效控制。在本次设计中，查阅了相关资料，对设计内容、意义方面有了比较深的认识和理解。比如说设计问题是在怎么样的情况下提出的，课题研究的目的、意义和采用的研究方法 等。另外，在设计中完成了整个设计系统的总体结构设计，并绘制了硬件电路原路图以及 对设计电路原理图的说明分析。从此次设计中，可以看出单片机功能之强大，应用范围 及前景之广。单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小 型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Int er net连接已是一种趋势。目前，为 了把单片机为核心的嵌入式系统和Int er net相连，已有多家公司在进行这方面的较多研 究。关键词：单片机；AT89C51；交通灯控制器；Pr o t eu s；KEILI王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计The design of traffic light controller based on MCUAbstractWit h t he pr o cess o f u r banizat io n and t he acceler at io n o f mo t o r beco ming fast er,Ur ban t r anspo r t at io n is incr easingly beco ming a glo bal pr o blem.So a mo r e r at io nal and int elligent t r affic light co nt r o l syst em is need ed,which d o esnt co st mu ch.This paper is t o d esign a t r affic light co nt r o l syst em,which is based o n MCU.This syst em co nsist o f t he AT89C51 micr o co nt r o ller,keypad,and LED ind icat o r.Tr affic light syst em can ext end t he LED info r mat io n d isplay fu nct io n t o achieve effect ive co nt r o l o f t he cit y t r affic,in ad d it io n t o t he basic fu nct io n.Du r ing t his d esign,r elevant info r mat io n is inqu ir ed,and d eep kno wled ge and u nd er st and ing o f t he d esign ar e co nveyed.Fo r example,ho w ar e d esign issu es pr esent ed,t he r esear ch pu r po se,meaning and u se o f r esear ch met ho d s,and so o n.In ad d it io n,t he d esign o f t he syst em and t he ent ir e d esign o f t he o ver all st r u ct u r al d esign ar e co mplet ed,and so ar e t he har d war e cir cu it d iagr am and schemat ic o f t he d esign d escr ipt io n o f analysis.Fr o m t his d esign,we can see a st r o ng SCM fu nct io n,t he wid e pr o spect s and r ange o f applicat io ns.Ano t her name o f t he single chip is embed d ed micr o co nt r o ller,becau se it can be embed d ed int o any micr o-o r small-scale equ ipment o r equ ipment.At pr esent,t he MCU embed d ed syst ems and Int er net co nnect io n has been a t r end.In o r d er t o link Micr o co nt r o ller as t he co r e t o t he embed d ed syst ems wit h Int er net,many co mpanies ar e wo r king har d in t his ar ea.Key words:MCU；AT89C51；t r affic light；co nt r o ller；pr o t eu s；KEIL安徽工程大学毕业设计（论文）目录引言.1第1章绪论.21.1交通灯背景及意义.2L2单片机的应用.21.3课题研究.3第2章总体方案设计.42.1 设计方案选择.42.2 计时控制方案.52.3 显示控制方案.52.4 键盘控制方案.5第3章硬件设计.63.1系统设计.63.2主控模块设计.63.3系统时钟电路.83.4系统复位电路.93.5数码管显示电路.103.6信号灯电路.123.7按键电路设计.13第4章软件设计.154.1主程序模块.154.2定时器T0服务子程序.154.3按键子程序设计.164.4显示程序模块.17第5章调试与检测.195.1 KEIL软件使用说明.195.2 PROTEUS软件使用说明.205.3用PROTUES绘制本设计电路.225.4检测与调试.245.5仿真结果与分析.24致 谢.29参考文献.30附录A：系统原理图.31附录B：一片引用的英文文献及其译文.32附录C：主要参考文献的题录及摘要.39附录D：主要源程序.41in王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计插图清单图2-1硬件整体框架示意图.4图2-2交通灯示意图.5图3-1系统构成.6图3-2 AT89c51引脚结构.7图3-3 AT89c51内部时钟方式.8图3-4 AT89C51外部时钟方式.9图3-5系统复位电路.9图3-6七段LED显示器.10图3-7发光二极管示意图.12图3-8信号灯设计电路.12图3-9数码管及信号灯连接示意图.13图3-10独立式键盘电路.14图4-1主程序流程图.15图4-2按键过程.16图4-3键盘事件流程图.17图 4-4 显示程序流程图.17图5-1 UVISION2的界面图.19图5-2 C51工具包整体结构.20图5-3 Proteus界面示意图.21图5-4 PROTEUS ISIS原理图输入流程图.23图5-5南北方向绿灯亮.24图5-6东西方向绿灯.25图5-7东西方向黄灯亮.25IV安徽工程大学毕业设计（论文）表格清单表3-1特殊功能口.8表3-2 LED对应段码.10表3-3数码管字型编码表.11表5-1电路图的元件库清单.23v安徽工程大学毕业设计（论文）引言交通信号灯关系着人们的生命和人才的安全，目前，红绿灯安装在各个道口上，已 经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在 伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿 两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组 成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压 力探测器安在地下，当车辆接近时，红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的 路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟 汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减 少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号 灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除 非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和 过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车 线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车 线而不能安全停车时可以进入交叉路口。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象 日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能 满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出 了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有 助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低 由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智 能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节 约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社 会效益，为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。-1-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计第1章绪论1.1 交通灯背景及意义随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负 荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路 建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺 乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道 路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合 处交通状况的制约。人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道 路少的道路交通状况已经很明显了。我国是13亿多人口的大国，到2004年，全国的机 动车保有量超过了 6000万，而全国公路通车总里程只有14.3万公里。静态比例为：人 均车辆越0.5辆，而人均道路只有0.00011公里；每辆车均道路占有量约为0.002公里；且其中90%的道路属于机动车与非机动车和行人混杂。车辆的增加反映出了国家的整体 进步，但是也给人民带来了其他的一些负面的影响。今后儿年机动车辆数字还在急剧增 加，道路超负荷承载，致使交通事故逐年增加。在一个交通十字路口，如果还是像以前 一样由单纯的一种信号灯和交通警察的协调来维持交通是不够的。根据统计每年因交通 事故死亡的人数占所有事故死亡总人数的80%,而且这个比例还在不断的增加。如果将每个交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高发的 地方，不但可以大大的降低交通事故的发生率，而且可以节省大量的人力财力。基于新 型规则的可编程交通控制系统（以下简称交通控制系统）可以实现对车辆、行人的控制，使的交通便于管理。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。1.2 单片机的应用51单片机是对目前所有兼容Int el 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的 始祖是Int el的8031单片机，后来随着Flash r o m技术的发展，8031单片机取得了长足 的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片 机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。51 系列单片机的典型产品有：AT89c51、8031、8751、80c51、80C3k 87c51 等，AT89c51内部有4kB ROM,8751内部有4kB EPROM,8031片内无ROM。除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。AT89c51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash 存储器。使用At mel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和 引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯 片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,AT89c51为众多嵌入式控制应用系 统提供高灵活-、超有效的解决方案。单片机是应工业测控需要而产生的，最能反映其功能及形态的名称是在一个应用系 统中，Single-chip Micr o-co nt r o ller0按照测控系统的特点和要求，单片机的应用可分为 单机应用和多机应用两大类。我们这次要完成的单片机课程设计就是它的单机应用，下 面在介绍一下单片机在单机应用领域内的主要内容。-2-安徽工程大学毕业设计(论文)(1)智能产品单片机与传统机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，购成新一 代机电一体化产品。目前，利用单片机构成的智能产品已广泛应用于家用电器、办公设 备、数控机床、纺织机械、工业设备等行业。(2)智能仪表目前，各种传感器、变送器、控制仪表已普遍采用单片机应用系统。它集测量、处 理、控制功能于一体，具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和 语音等功能。单片机构成的智能仪表，能使仪表具有数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性 化等优点，赋予测量仪表以崭新的面貌，使传统的仪器、仪表发生根本性的变革，它代 表了仪器仪表的发展趋势。(3)测控技术用单片机构成的各种工业控制系统中的数据采集系统具有工作稳定可靠、抗干扰能 力强的优点，如炉温恒温控制系统、电镀生产自动控制系统等。(4)智能接口在计算机系统，特别是较大型的工业测控系统中，除通用外部设备外，还由许多外 部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口。这些外部设备与接口如果完全由主机 进行管理，势必会造成主机负担过重，运行速度降低，接口的管理水平也不可能提高。如果用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行加工处理，可以大量降低接 口的通信密度，极大的提高了接口控制管理水平。在一些通用计算机外部设备上，已实 现了单片机的键盘管理、打印机控制、绘图仪控制、硬盘驱动控制等。1.3 课题研究本课题要求学生运用电子测量、信号处理、单片机原理及应用等基础知识，基于单 片机，用C51或汇编语言设计一个交通信号灯控制系统，并按照既定的规则运行。要求 学生独立选择芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试，完成整个系统的功能。本次毕业设计的具体要求如下：(1)、十字路口交通灯运行规则；(2)、具有双向六车道的规则管理能力；(3)、具有等候时间显示；具有进入交通管制状态功能；(4)、要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、仿真、调试，完成整个系统的功 能。本次设计采用AT89C51单片机作为智能交通灯控制系统处理器，使其能模仿城市 十字路口交通灯的功能，并对满足特殊的控制要求。每条道路上各配有一组红、黄、绿 交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车 辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制 十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。-3-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计第2章总体方案设计2.1 设计方案选择能实现此电路的方法很多，具体设计可依自身的条件选择方案。第一种方案：采用数字电子技术实现。用基本的555芯片（利用单稳态实现定时）,计数芯片（如74LS163,74LS160等）完成计时功能，控制电路芯片，译码芯片（如 74LS138）等基本芯片，结合电阻，电容等基本元件，通过逻辑电路实现交通灯的功能。第二种方案：用EDA技术实现交通灯功能。利用有限状态机（判断时间推回控制 红绿灯的转换），用PLD来完成对交通灯的设计，可以实现交通灯主干道副干道黄红绿 灯的转换。设计可基于超高速硬件描述语言VHDL和在Alt er a公司的FLEX系列的 CBA56020A芯片上编程实现。通过仿真，调试和测试，可达到所需要的技术指标。第三种方案：使用单片可编程来实现交通灯的功能。利用单片机的外围扩展，加上 液晶显示电路和二极管构成基本硬件。然后编程实现对定时，控制，显示电路的控制，然后调试，完成设计。结合实际情况，现选用第三种方案对交通灯进行设计。根据课题要求，该系统具有交通灯的显示功能，倒计时功能，紧急情况处理功能等，因此可以把该系统分为以下几个模块，包括信号状态灯显示电路，时间显示，键盘，主 控模块。系统总体框架如图2-1所示。特殊功能按 键重启按键图2-1硬件整体框架示意图时间显示信号灯本方案的主要思想是用时间控制交通灯状态的转换，时间变化是有规律的。先南北直行红灯亮，而后黄灯亮3秒，再直行绿灯亮27秒，黄灯亮3秒；然后南 北转弯绿灯亮，黄灯亮，南北交通灯都亮红灯；东西交通灯以同样规律变化。（1）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮3秒，黄灯亮时，绿灯灭。（2）要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）时均有倒计时显 示。所以基本符合现实功能，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。2、基本功能、扩展功能分析考虑交通灯的功能，一个十字路口至少需8组交通灯：东西南北各两组，一组指挥 转弯，一组指挥直行。而设计的关键是控制交通灯的亮灭。考虑南北、东西方向灯的亮灭规律相同，故可以考虑用四组交通灯来模拟实际的八 组交通灯：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。可用计数器控制时间，在不同的时间显示不同的灯。根据设计分析，可以采用如下方案实现交通灯显示：通过-4-安徽工程大学毕业设计（论文）计数来计时，不同的时间输出不同的使能信号，使各方向的不同交通灯显示不同的颜色。倒计时显示需设计不同的倒计时计数器，显示不同方向交通灯的显示时间，通过数 码管显示时间，使行人方便。东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。如图2-2所示图2-2交通灯示意图2.2 计时控制方案利用MCS-51内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。该方案节 省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提 号，2.3 显示控制方案显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用 串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂,信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。LED动态显示 硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片 机除了扫描AT89c51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。2.4 键盘控制方案键盘分为独立式键盘和行列式键盘，独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线，I/O接口线浪费较大，在单片机应用系 统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一根I/O接口线上,故只在按键数量不多时采用。而行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通，而是 通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。本设计采用 四个按键，所以这里选用独立式键盘。-5-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计第3章硬件设计3.1系统设计根据原理框图，可知本系统主要有主控模块，时间显示模块，信号灯模块，键盘模 块等组成。按键JvAT89C5174LS245时间显示(数码管)信号灯(LED)二图3-1系统构成按键主要是用来设置各信号灯点亮的时间，74LS245用来驱动数码管显示时间，用 发光二极管模拟信号灯。3.2 主控模块设计主控模块是对整个系统进行控制，是整个系统的“大脑”，在本次设计中，采用 AT89C51作为主控芯片。AT89c51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，内含4k byt es的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 byt es的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89c51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。主要特性：与MCS-51兼容-4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0HZ-24HZ 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM,32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路-6-安徽工程大学毕业设计(论文)P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7RST/Vpd RXD P3.1 P3.2 P3.3TO P3.4TO P3.5 wr P3.6 访 P3.7XT AL 2 XTAL 1Vss图3-2 AT89c51引脚结构140239338437536635734833932AT89C51311130122913281427152616251724182319222021Vcc PO.OP0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6 _P0.7 ea/rPP ALE/PROGV7654321O 噂P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2,P2.引脚功能说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0：P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口 的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以 被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进 行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为 低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作 为第八位地址接收。P2 0：P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此 作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口 当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八 位。在给出地址力”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写 时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址 信号和控制信号。P3：P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电 流。当P3 口写入力”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部 下拉为低电平，P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89c51的一些特殊功能口，如表3 1所示。-7-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计表31特殊功能口引脚端口第二功能P3.0RXD（序列输入端口）P3.1TXD（序列输出端口）P3.2INTO（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6WR（外部数据存储写控制端）P3.7RD（外部数据存储读控制端）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位 字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率 周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6o因此它可用作对外部输出的脉冲或 用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC 指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不 管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保 持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程 电源（VPP）oXTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.3 系统时钟电路图3-3 AT89c51内部时钟方式时钟是单片机的心脏，单片机的各功能部件的运行都是以时钟的频率为基准的。因 此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟的质量也直接影响单片机系统的稳定性。通-8-安徽工程大学毕业设计（论文）常的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，如图3-3示，另一种是外部时钟方式,如图3-4oAT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放 大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器 和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的电容Ci和C2典型值通常为30pF 左右。电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的 振荡频率的范围通常为1.2MHz12MHz之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率也 就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求也就越 高，对印刷电路板的要求也高，即要求线间的寄生电容要小。在本次毕业设计中，我们 的AT89C51单片机选择6MHzo外部时钟信号TTL图3-4AT89C51外部时钟方式如图3-4所示，外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，由于出自同一个时钟信号,在实际使用时，常用于多片单片机同时工作，以便于同步，能达到很高的精度要求。一 般的电路，对外部脉冲信号只要求高电平的持续时间大于20u S,一般为低于12MHz的 方波。3.4 系统复位电路复位电路我采用上电按钮复位的方式。当开关打开时，RST通过电阻接地，当有开 关闭合时由于电容的作用使电源VCC通过电阻施加在单片机复位端RST上，实现单片 机复位。只是可惜，在进行仿真器调试过程中，该复位电路是不起作用的。具体电路如 图3-5所示。4L-OR110kC3T卜10uF图3-5系统复位电路-9-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计3.5 数码管显示电路LED显示器是由发光二极管显示字段的单片机输出设备。单片机应用系统常采用七 段LED数码管作为显示器，这重显示器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。因此应用比较广泛。LED数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种结构。(1)共阴极结构：如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称为共阴极结构，则数码 显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光，如图3-6(a)所示。(2)共阳极结构；如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳极结构，则数码 显示段输入低平有效，当某段输入低电平该段便发光，如图3-6(b)所示。(c)外形及引脚(a)共阴极(b)共阳极图3-6七段LED显示器在LED显示器中，为了显示数字，就要为LED显示器提供段码。七段发光二极管,再加上一个小数点位，共计8段。因此提供给LED显示器的段码正好一个字节。在本 次设计中。各段与字节中各位的对应关系如表3-2所示：表3-2 LED对应段码代码位D7D6D5D4D3D2DIDO显示段d pgfedcba在7段LED显示器中，如图3 5所示，LED的显示有共阳和共阴极之分。每个不 同的设计，根据其在设计中的具体情况，采用的是不同的编码表。本次设计采用的是表 3-3所示的共阳极编码方式。其编码表如表3-3所示：-10-安徽工程大学毕业设计（论文）表3-3数码管字型编码表显示 字符共阳极D7D6D5D4D3D2DIDO数据d pgfedcba字型码011000000COH111111001F9H210100100A4H310110000BOH41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H显示 字符共 阴 极D7D6D5D4D3D2DIDO数据d pgfedcba字形码0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH（3）LED动态显示接口:LED动态显示就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选 码和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各七段数码管。对每位数码 管来说，每隔段时间点亮-次，如此循环。利用人眼的“视觉暂留”效应，只要每位显 示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。在动态显示方式中，同一时刻，只有一位 LED数码管在显示，其他各位是关闭的。在段选码和位选码每送出一次后，应保持1ms 左右，这个时间应根据实际情况而定。不能太小，因而发光二极管从导通到发光有一定 的延时，导通时间太小，发光太弱人眼无法看清。但也不能太大，因为毕竟要受限于临 界闪烁频率，而且此时间越长，占用CPU时间也越多。采用动态显示方式比较节省I/O接口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度-11-王同锐：基于单片机的交通灯控制器的设计不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。所以本次设计采用动态扫描方式。另外，在本次设计中，LED数码管需要驱动电路，为此，我采用74LS245作为驱 动芯片。74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态 双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可 以输入数据。当单片机的P0 口总孽负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入 74LS245等总线驱动器。当片选端在低电平有效些DIR=O，信号由B向A传输；（接 收）。DIR=1，信号由A向B传输；（发送）当互为高电平时，A、B均为高阻态。由 于P2 口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2 口 与驱动器输入线对应相连。P0 口与74LS245输入端相连，近端接地，保证数据现畅通。AT89C51的n5和尸SEN相与后接DIR,使得而或PSEN有效时,74LS245输入（PO.iDi）,其它时间处于输出（PO.iDi）3.6 信号灯电路在设计交通灯时，采用了发光二极管代替信号灯。先介绍一下二极管，见图3-7。二极管工作原理是单向导通，即只有正极电压高于负极电压某特定值时才会导通，而负 极电压高于正极电压是不导通的。正极 N 正极M负磔 力负极图3-7发光二极管示意图发光二极管是一种特殊的二极管，导通时会发光（发光二极管导通压降一般为 1.7V1.9V）。此外，工作电流要满足该二极管的工作电流。图3-8信号灯设计电路发光二极管的正负极可以用万用表进行判断，把万用表拨至二极管档或电阻挡，用-12-安徽工程大学毕业设计（论文）两个表笔分别接触二极管的两个引出脚。若发光二极管被点亮，则与红表笔相接的引出 脚为正极。从外观上看，发光二极管的正极引脚的长度也比较长。一般发光二极管与I/O端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管 的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制。一般发光二极管的点亮电 流为5mA至10mA。路灯设计时我采用了红、黄、绿三种发光二级管。如图3-8所示。在本次设计中，电路的具体连接方式如图3-9所示，P0 口经过74LS245与数码管 相连，P1 口经电阻与LED相连。阻值大小计算如下，所需阻值=电源电*称鬻电平,在本次设计中，电源电压为+5V,LED 电阻上的电流压降为1.5V,I/O 口电压为0.2V,电阻上流过的电流一般为170mA,所以，按照题目 要求，设计中采用2.7k阻值的电阻。P 口聆叩 P 口倔 D1 P 口的 D2 P0.1ftD3 P 口.网H P口.丽5 PDD6 PD.TD?P2IW P23P22A1。P2.3-A11 P2.WM2 P2SM3P2副m PP.WM6P3MxD P3.1/TXD P3WTD P3MJtTP3EP35jT P3f咽 内.7而U2,DHcriy图3-9数码管及信号灯连接示意图3.7 按键电路设计在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、内存地址、命令及 指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。常用的键盘接口分为独立式按键接口与矩阵式键盘接口。在本次设计中，由于所需 的按键较少，我们采用独立式按键。如图3 10所示：独立式键盘的接口电路：在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统 输入信息。这时，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为 独立式