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1、基于 AT89C51 的交通灯设计研究应用电子 09-1 吴名超摘要 本论文基于 AT89C51 完成了交通灯的设计与研究,阐述了单片机在当今科学技术发展过程中的重要地位以及本交通灯的主要功能设计思想和各个功能设计要求，最后又简述了本设计的电路连接。0 引言交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。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。本系统采用单片机 AT89C51 为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及
2、倒计时时间。AT89C51 是美国 ATMEL 公司推出的系列单片机，将多种功能的8 位 CPU 与 FPEROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的 CMOS 控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。1 功能设计交通灯根据其显示情况可以分为四个状态：第一，可以通过定时来控制每个状态的时间；第二，通过定时也可以向 LED 数码管中每隔 1秒送一个数，显示该状态剩余的时间；第三，如果有中断出现则进入相应的处理程序，先保留目前的显示状态，然后根据情况显示处理中的状态，紧急情况结束则恢复到保留的原来状态。本设计系统由
3、单片机 I/O 口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、紧急情况中断系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软件上采用 C51 编程，主要编写了主程序，LED 数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。2 功能设计要求2.1 输人输出要求在应用电路中，采用 8255A 对单片机的 I/O 口进行有效的扩展，从而大大增加了可利用的 I/O 口资源，使得 I/O 口很充裕。8255 的 PA 口和PB 口接发光二极管，通过对 PA 口和 PB 口的位写“1”或
4、“0”来控制发光二极管的亮、灭，进而模拟显示出十字路口交通灯的各种状态。MCS-51 单片机串行口方式 0 为移位寄存器方式，外接 2 片74LS164 作为 2 位 LED 显示器的静态显示接口，把 89C51 的 RXD 作为数据输出线，TXD 作为移位时钟脉冲。74LS164 为 TTL 单向 8 位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。LED 数码管则用来对各种状态进行倒计时的显示。设计中采用74LS164 静态驱动 LED 数码管，利用单片机的 RXD 作为数据的输出端给 164 送数。利用 164 的移位进行多位的显示。利用延时程序控制每秒时间，从而控制 RXD 送数的时间间隔。紧
5、急情况的处理则采用查询加中断的方式。通过查询 P1.2 和 P1.3的状态来控制外部中断 1，然后进去相应的处理程序。在哪一方向上有紧急情况，则能通过开关进行中断，使该方向上为绿灯放行，同时紧急情况报警灯亮。2.2 数据管理能力要求在单片机应用系统中，数码管显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中 CPU 的开销小，可以提供单独锁存的 I/O 接口电路很多。所以本设计采用串并
6、转换电路74LS164 的静态显示电路。2.3 故障处理要求对于从紧急中断状态恢复可通过一个周期的自省恢复。亦可通过复位电路的开关实现。3 电路设计 MCS-51 单片机串行口方式 0 为移位寄存器方式，外接 2 片74LS164 作为 2 位 LED 显示器的静态显示接口，把 89C51 的 RXD 作为数据输出线，TXD 作为移位时钟脉冲。74LS164 为 TTL 单向 8 位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中第 1、2 脚为串行数据输入端，2 个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。第 8脚为时钟输入端，可连接到串行口的 TXD 端。每一个时钟信号的上升沿加到
7、T 端时，移位寄存器移一位，8 个时钟脉冲过后，8 位二进制数全部移入 74LS164 中。第 9 脚为复位端，当 R=0 时，移位寄存器各位复0，只有当 R=1 时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第 3-6 和 10-13 引脚）并行输出端分别接 LED 显示器的 hga 各段对应的引脚上。在给出了 8 个脉冲后，最先进入 74LS164 的第一个数据到达了最高位，然后如果再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出。设计中的 2 片7LS164 首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入 8 个脉冲时，从单片机 RXD 端输出的数据就进入到了第一片 74LS164 中了，而当第二个 8 个脉冲到
8、来后，这个数据就进入了第二片 74LS164，而新的数据则进入了第一片 74LS164，这样首先送出的数据被送到了右面的 164中，后送入的则在左面的 164 中。4 结论近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合来加以完善。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。本论文中利用 AT89C51 单片机模拟实现十字路口的交通灯亮灭、倒计时显示、紧急情况处理等功能。
