四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）基于单片机交通灯控制器基于单片机交通灯控制器目 录摘 要1第一章 概述21.1 设计思想21.2 交通灯设计方案选择与论证21.3 设计要求及目的31.3.1 基本要求31.3.2 提高要求31.3.3 设计目的31.4 交通灯控制系统简要说明4第二章 系统总体方案及硬件设计52.1 主控芯片AT89C51单片机52. 2 两位八段式数码管72.3 复位和时钟电路92.4 其它元件的说明102.5 总电路的设计102.5.1 系统电路原理图102.5.2 总体电路的工作原理102.5.3 各端口控制作用11第三章 软件设计133.1 交通灯状态的分析133.2 主程序流程图133.3 中断程序流程图16第四章 Proteus软件仿真174.1 仿真过程174.2 检测与调试18总 结20参考文献21致 谢22附录1：源程序代码23附录2：元器件明细表28- I -摘 要本设计是交通信号灯控制系统，随着社会的不断的进步，社会的不断发展。交通也日渐复杂，交通的自动化也不断更新，交通的一些指挥系统光靠人来完成是远远不够的，这就需要设计各种交通指挥自动化系统来完成这些复杂的工作。从而使交通指挥系统更加有秩序，更加安全。至此本人设计了交通信号灯控制系统，来指挥十字路口车辆的停通，使红绿灯指挥系统实现自动化，无人化。该交通灯控制系统控制的是东西和南北两个方向上的车辆通行，系统共采用6个发光二极管来模拟各路交通信号灯，4个LED七段数码管以倒计时的方式显示各个方向上允许通行或禁止通行的信号灯剩余的时间。停35S，准备5S，之后通行30S，并在东西和南北两个方向上这两种状态不断循环。此系统核心元件为单片机AT89C51，单片机）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。对其编写相关程序来控制交通信号灯和数码管的时间显示，并采用外部中断来控制紧急情况。关键词 AT89C51芯片；数码管；交通灯 第 27 页 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第一章 概 述 1.1 设计思想由表(1)，可以看出一个大周期的时间为两个红灯的时间，在程序中设一个计数器，当从0计至两个红灯时间时，为一个周期，对其清零，从新下一个周期。从图上也可以看出，在一个周期内，有四个特殊时间点，这四个特殊时间点是需要换向的，当计数器里的数和四个特殊点相同时，说明至少有一路信号被减到0，需要重新对数据区送数，而且还要把红绿灯的状态换一下。 正常工作时（既没有键按下时），整个主程序只有显示子程序。其它全放在中断中做。用T0作为秒信号发生器，当一秒时，计数器加一，然后比较计数器是否和四个特殊点的时间值相同，不相同各数据区的数减一，相同进行相应处理。其中，紧急状态用了INT0中断，当INT0为低电平时，程序进入紧急状态。在处理按键时，因为按键的一次动作不仅包含按下，还包含弹开，所以在处理按键，我不仅考虑按下，还考虑弹开，当可靠按下，一边调显示子程序，一边等待键松开，当可靠松开后，才退出子程序。这样每按下一次键只会有一次动作，而且就是键被按下不松开，也不会也现，数码管没有显示的现象。1.2 交通灯设计方案选择与论证交通灯控制系统，可由多种电路来构成，我们这里提供三种方案供选择：方案一：由普通的数字电路集成芯片组成这种方案的特点是：硬件设计思路简单，但用元器件多，电路比较复杂，焊接调试容易出错，而且不利于智能控制，调时电路复杂。方案二：用VHDL语言编程控制这种方案的特点是：硬件设计简单，电路结构清晰，电路比较复杂 ，VHDL语言编程控制硬件，可方便的进行仿真，调试。方案三：单片机控制采用单片机控制，可提高电路的可靠性与稳定性，硬件电路比较简单，主要用软件来控制，控制方式灵活多样，能满足不同情况的控制，可利用中断等方式通过程序来方便的实现调时（如图1-1所示）。89c51倒计时显示电路控制电路复位电路时钟电路交通灯信号显示电路器图1-1整机电路设计方案图综合以上三种方案的特点，结合我们自身的知识结构，我们采用方案三，选择常用的51系列单片机构成。1.3 设计要求及目的1.3.1 基本要求1采用AT89C51单片机控制交通信号灯；2以南北方向的交通灯为例，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭；3红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节。1.3.2 提高要求1采用LED数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间；2可由拨盘开关强制设置为东西红，南北绿/东西绿，南北红/东西南北都为红；3控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；4控制系统的原理图和接线图采用PROTEL等专用绘图软件绘制。1.3.3 设计目的在该设计中通过学生自主地设计和调试某一简单实际系统，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术等课程方面的知识，熟练掌握单片机仿真系统的使用方法，达到提高综合应用相关知识的能力，掌握单片机系统设计全部设计过程的目的。1.4 交通灯控制系统简要说明 此系统核心元件为单片机AT89C51，对其编写相关程序来控制交通信号灯和数码管的时间显示，并采用外部中断来控制紧急情况。系统共采用6个发光二极管来模拟各路交通信号灯，4个LED七段数码管以倒计时的方式显示各个方向上允许通行或禁止通行的信号灯剩余的时间。停35S，准备5S，之后通行30S，在东西和南北两个方向上这两种状态不断循环。源程序采用C语言编写，并通过keil软件进行编译，最后倒入AT89C51单片机中，运行系统。设计好后通过PROTUES软件仿真，并调试。第二章 系统硬件电路设计 2.1主控芯片AT89C51单片机 1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RAM32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 图2-1 AT89C51芯片管脚2管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 图2-1：AT89C51芯片管脚。P0口：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口：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“1”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口：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“1”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，如下表所示：表2-1 AT89C51功能表管脚名称功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行口输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0计时器0外部输入P3.5T1计时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 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1/6。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）。 XTAL1：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振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模