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1、目 录1 设计要求及总体方案介绍 21.1 设计课题任务21.2 功能要求说明21.3 设计总体方案介绍及工作原理说明32 硬件系统的设计 52.1 硬件系统各模块功能介绍52.2 电路原理图 82.3 元器件布局图 82.4 元器件清单 83 软件系统的设计93.1 单片机的使用资源情况 93.2 软件模块功能介绍 123.3 程序流程图 123.4 程序清单 144 设计总结154.1 使用说明 154.2 仿真结果 154.3 误差分析 174.4 设计体会 18参考文献 17附 录 18附录一 电路原理图18附录二 元器件布局图19附录三 元器件清单20附录四 程序清单211 设计要求
2、及总体方案介绍1.1 设计课题任务设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮5秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。1.2 功能要求说明本次课程设计在硬件方面的接法如下：P2口接二极管，P2.0、P2.1、P2.2口线分别来控制东西方向的绿灯、黄灯和红灯;P2.3、P2.4、P2.5口线分
3、别控制南北方向的红灯、黄灯和绿灯。P0口作为数码管的位控（这里只用到了P0.0、和P0.1两根口线），P1口作为数码管的段控，P3口作为输入部分（这里用到了P3.0、P3.1、P3.2口线），控制数码管的显示情况和二极管的亮灭情况。当交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。当按下启动按钮K1并释放后，数码管显示将会从“55”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向开始一直亮绿灯，东西方向一直亮红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“05”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向每隔一秒黄灯就闪烁一次，东西方向亮一直红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“25”开始
4、倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向一直亮绿灯，直到显示为“00”时，数码管又将从“05”开始倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向每隔一秒黄灯就闪烁一次；当没有其他键按下时，交通灯将这样一直循环下去。当按下结束键K2并释放后，数码管将显示“P.”,东西南北方向无灯亮。当按下紧急键K3并释放后，数码管将显示“09”，并且每隔一秒就减1，东西南北方向全部红灯亮。单片机采用AT89S52，fosc=12MHZ。其按键功能如表1.1所示。 表1.1 按键功能按键键名功能P3.4K1键启动键P3.7K2键结束键P3.6K3键紧急键1.3 设计总体方案介绍及工作原理说明1.3.1 总体方案介绍该交
5、通灯电路由单片机AT98S52、键盘接口电路、显示接口电路、发光二极管控制电路、时钟电路和复位电路构成，原理框图如图1.1所示。 图1.1 原理框图（1） 电源提供方面采用独立的稳压电源，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供使用。（2） 显示方面完全采用数码管显示，用来显示有限符号和数码字符。（3） 键盘输入方面直接在I/O口线上接按键开关，因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多。我们共用到了4个按键，分别为：K0、K1、K2、K3。1.3.2 工作原理首先时钟电路产生单片机工作时所需要的时钟信号，这是单片机能够正常工作的前提，而单片机有无定时的基础以及定多长的时间，这些
6、还需要我们人为的确定。我是采用10ms延时程序来反复调用来定时，在我们的硬件电路中，按键的键功能程序在中断服务中，在正常情况下会不断运行主程序，当有键按下时，CPU去转去执行中断程序，而中断程序可以执行三种键功能：第一个是十秒倒计时紧急红灯亮；第二个是结束倒计时，显示P.；第三个是重新开始倒计时。其原理是INTO=P3.4&P3.6&P3.7，当有键按下时，外部中断0口线就会变成低电平，通过键扫程序来具体判断到底是哪个键按下，CPU才会去执行中断里面的某个键功能。12个发光二极管是由P0口控制的，P0口与二极管之间串接一个限流电阻使二极管不易烧坏，采用送低电平有效。2 硬件系统的设计2.1 硬
7、件系统各模块功能介绍2.1.1 显示及显示驱动电路在本次课程设计中，为了使硬件电路更简单化，为了节省口线，我们采用的是二位一体共阳数码管，显示原理跟单个LED的显示原理完全相同， 由于七段数码显示器在显示字形代码时需要有足够的功率，所以需在显示器上加显示驱动，本设计的显示驱动是采用74LS245芯片作为驱动，并且，无论是位控线上还是段控线上都串接一个电阻，以提高其输出功率，在这里采用220欧母电阻。显示及驱动电路图如图2。 图2.1 显示及驱动电路2.1.2 指示灯控制电路 本次课程设计采用P2口控制二极管的发光情况，口线送低电平有效，具体设计如下:P0.2控制东西方向的绿灯，P0.3口控制东
8、西方向的黄灯，P0.4控制东西方向的红灯，P0.5控制南北方向的红灯，P0.6控制南北方向的黄灯，P0.7控制南北方向的绿灯。如图2.2所示。 图2.2 指示灯控制电路2.1.3 键盘控制电路键盘是最常用的输入设备，是实现人机对话的纽带。按其结构形式可分为非编码键盘和编码键盘。编码键盘采用硬件方法产生键码。每按下一个键，键盘能自动生成键盘代码，键数较多，且具有去抖动功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其键码由软件确定，这种键盘键数较少，硬件简单，广泛应用于各种单片机应用系统，在单片机控制电路中，可把单片机使用的键盘分为独立式和矩阵式两种。独立式实际上就是一组
9、独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O口连接，即每个按键独占一条口线，这种接法简单。矩阵式键盘也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以键按行列组成矩阵。本设计中键盘数目较少，且为安装方便，因此在本设计中采用独立式接法。如图2.3所示。图2.3 键盘控制电路按从一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按的是哪个键，另一项是键功能的实现。第一项工作是使用接口电路实现的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。具体来说，键盘接口应完成以下操作功能：(1) 键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键”）。(2) 键识别，以确定闭合键的行列位置。(3) 产生闭合
10、键的键码。(4) 排除多键、串键（复键）及去抖动。以上这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电路来完成。但具体哪些由硬件哪些由软件完成，要看接口电路的情况。总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就得复杂一些。2.1.4 时钟电路时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。通过在芯片的外部XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，本设计中采用的晶振频率为12
11、MHz，电容为33pF。 2.1.5 复位电路复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，复位是单片机的初始操作，其主要功能是:为一些专用寄存器设置初始状态、程序状态字PSW清0、程序计数器PC被赋值为0000H等，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需安装复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，完成复位操作共需要24个状态周期，复位结束后，单片机从地址0000H单元开始执行程序，SP为07H,其它寄存器大多数被置为00H,本设计使用频率为12MHz的晶振，所以复位信号持续时间应超过2s才能完成复位
12、操作。复位电路分为上电复位、按键复位、按键脉冲复位三种，本次课程设计采用的是按键复位。2.2 电路原理图电路原理图见附录一所示。2.3 元器件布局图元器件布局图见附录二所示。2.4 元器件清单元器件清单见附录三所示。3 软件系统的设计3.1 单片机的使用资源情况3.1.1 硬件资源使用说明l P0口为二极管的控制端l P1口用作地址/数据总线l P2口用作地址/数据总线l P3.4、P3.6、P3.7口线作为键盘输入端l 采用了INTO外部中断既在AT89S52的P0口用来接十二个发光二极管的阴极，控制其亮与灭，P1口和P2口外接由2个LED数码管(LED1、LED0)构成的显示器，用P2口作
13、LED的段码输出口（P2.0P2.7对应于LED的adp），P1口作LED的位控输出线（P1.1、P1.0分别对应于LED1、LED0），其中在P1的串行口外接2个三极管作为显示驱动，显示为2个数码管（LED0LED1）进行动态显示。P3口外接三个个按键K1、K2、K3（分别对应于P3.4、P3.7、P3.6口）用于调整显示接口电路。 3.1.2 交通灯的分配表 交通灯的口线分配如表3.1所示，“1”表示送高电平，“0”表示送低电平。表3.1 交通灯分配表P0.2东西绿灯1101P0.3东西黄灯1110P0.4东西红灯0011P0.5南北红灯1100P0.6南北黄灯1011P0.7南北绿灯0111控制码6FHA
