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1、 单片机模拟交通灯的设计单片机模拟交通灯的设计 摘 要 本设计是依据数字集成电路、单片机技术为基础，采用 MCS-51 系列单片机 AT89C51 为控制器件结合 LED 数码显示电路、发光二极管指示电路组成交通灯硬件电路， 利用单片机内部定时中断溢出产生 1s 实现倒计时。系统能够完成 25s 倒计时显示，在倒 计时到 5s 时绿灯开始闪烁以提醒过往的车辆及行人安全通行，倒计时到 2s 时黄灯亮。 关键词：单片机；AT89C51；交通灯 ABSTRACT This design is based on digital integrated circuits, microcontroller
2、technology, the use of MCS-51 series microcontroller AT89C51 devices for the control circuit with LED digital display, LED traffic lights indicating hardware circuit, the use of internal microcontroller timer interrupt overflow 1s achieved countdown. System can accomplish the 25s countdown, the coun
3、tdown to when the green light starts flashing 5s to alert passing vehicles and pedestrians safe passage, the countdown to when the yellow light 2s. Keywords: SCM；AT89C51；Traffic lights 目 录 1 绪论绪论1 1.1 研究背景研究背景.1 1.2 单片机的概述单片机的概述.1 1.3 单片机的应用单片机的应用.2 1.4 单片机的发展史单片机的发展史.2 2 系统硬件设计系统硬件设计3 2.1 系统原理系统原理.
4、3 2.2 AT89C51 的介绍的介绍4 2.3 AT89C51 的引脚说明的引脚说明5 2.4 时钟电路时钟电路.7 2.5 复位电路复位电路.7 2.6 单片机的最小系统构成单片机的最小系统构成.8 2.7 7405 TTL 集电极开路六反相器集电极开路六反相器8 2.8 指示电路指示电路.8 2.9 LED 数码显示器数码显示器9 3 系统软件设计系统软件设计11 3.1 系统整体程序流程图系统整体程序流程图.11 3.2 设置定时，显示初始化设置定时，显示初始化.11 3.3 处理状态、倒计时显示处理状态、倒计时显示.13 3.4 路口红绿灯状态子程序路口红绿灯状态子程序.14 3.
5、5 LED 显示子程序显示子程序14 4 系统仿真系统仿真16 4.1 仿真平台介绍仿真平台介绍.16 4.1.1 Keil 软件介绍软件介绍16 4.1.2 Proteus 仿真软件介绍仿真软件介绍17 4.2 系统硬件实现系统硬件实现.19 4.3 系统仿真及分析系统仿真及分析.19 5 总结总结22 参考文献参考文献.23 附附 录录.24 致致 谢谢.30 0 1 绪论 1.1 研究背景研究背景 当今，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，蓝两色的机械扳手式信
6、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。 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，1914 年始安装于纽约市 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，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器
7、来启动红绿灯，司 机遇红灯时按一下嗽叭，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。 交通信号灯的出现，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。 一般的交通灯系统采用固定周期换灯的控制方式，路口的交通灯大多只有红绿黄指 示灯，行人在过路口时，会出现走到路中央绿灯跳变为红灯的情况。为符合以人为本的 设计理念，我们可在路口安装与信号灯同步的倒记时显示器，行人和自行车可根据绿灯 结束的时间决定是否过路口。设计中我们用 AT89C51 单片机的并
8、行口接发光二极管，模 拟交通灯的变化规律。8 个数码管用来显示秒值，东、西、南、北各两个。12 个发光二 极管，东、西、南、北各三个，分为红、绿、黄三种颜色。 1.2 单片机的概述单片机的概述 1 单片机指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部 件，包括 CPU（Central Processing Unit）、随机存取存储器 RAM（Random Access Memory）、只读存储器 ROM（Read-Only Memory）、基本输入/输出（Input/Output）接 口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机， 从而实现微
9、型计算机的基本功能。 1.3 单片机的应用单片机的应用 （1）智能仪器仪表 现代仪器仪表采用单片机，不仅提高了仪器仪表使用功能和精度，使仪器仪表智能 化而且简化了其结构，减小了体积，降低了成本。 （2）工业控制 单片机还可以用于工业控制器对各种物理量的采集及控制。例如，电流、温度、电 压、流量等等物理参数的采集和控制都可以利用单片机实现，从而提高生产效率和产品 质量。 （3）家用电器 现在家用电器都向智能化发展，单片机是家用电器智能化的大脑和心脏。例如洗衣 机、空调、电冰箱、电视机等。 （4）信息和通信产品 信息和通信产品的自动化和智能化也离不开单片机的参与。典型产品如：打印机、 传真机、考勤
10、机、电话机等。 1.4 单片机的发展史单片机的发展史 单片机技术的发展十分迅速，大致可分为 4 个阶段： 第一阶段（19761978）：低性能单片机的探索阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为代 表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有 8 位 CPU、定时器/计数器、并行 I/O、RAM 和 ROM 等。主要用于工业领域。 第二阶段（19781982）：高性能单片机阶段。这一类单片机带有串行 I/O 口，8 位 数据线、16 位地址线可以寻址的范围达到 64KB，有控制总线、较丰富的指令系统等。这 类单片机的应用范围较广，并在不断地改进和发展。 第三阶段（19821990）：16 位单
11、片机阶段。16 位单片机除 CPU 为 16 位外，片内 RAM 和 ROM 容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。 2 第四阶段（1990 ）：微控制器的全面发展的阶段。各公司的产品在尽量兼容的同 时向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。 2 系统硬件设计 2.1 系统原理系统原理 本设计主要采用 AT89C51 单片机为核心结合电源电路、时钟电路、复位电路构成单 片机最小系统，并与外围倒计时显示电路和指示电路共同构成单片机模拟交通灯系统。 其系统整体框图如下图 2-1 所示。 电源电路 时钟电路 复位电路 单片机 AT89C51 显示电路 指示电路 图 2-
12、1 系统整体框图 EA/V P 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 IN T0 12 IN T1 13 T 0 14 T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 T X D 11 RX D 10 U7 AT 89C51 C2 30pF C
13、1 30pF Y1 CRYST AL + C3 CAPACIT OR POL R1 RES2 X 1 X 2 X 1 X 2 V CC a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS6 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS1 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS4 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5
14、6 7 a b c d e f g DS7 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS8 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS5 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS3 DPY_7-SEG a bf c g d e DPY LED gn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g DS2 DPY_7-SEG DS0
15、led-red DS2 led-yellow DS1 led-green DS4 led-green DS3 led-red DS5 led-yellow DS6 led-red DS7 led-green DS9 led-red DS11 led-yellow DS8 led-yellow DS10 led-green U2 7405 U57405 U17405 U67405 U3 7405 U4 7405 V CC P2.4 P2.5 P2.6 P2.1 P2.2 P2.3 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 东 东 东 东 000 111 222 333 444
16、555 666 00 11 22 33 44 55 66 000 111 222 333 444 555 666 00 11 22 33 44 55 66 000 111 222 333 444 555 666 00 11 22 33 44 55 66 000 111 222 333 444 555 666 00 11 22 33 44 55 66 000 111 222 333 444 555 666 00 11 33 22 55 44 66 3 图 2-2 系统原理图 2.2 AT89C51 的介绍的介绍 图 2-3 单片机内部总体结构图 设计采用的是 Atmel 公司的 89C51 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，其主要结构 包
