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1、沈阳大学职业技术学院毕业设计（论文）摘要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日新月异更新。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，单片机技术已是从事机电控制工作的一项重要技能，目前单片机已广泛地用于现代工业控制自动化系统，十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。 本文首先介绍了组合逻辑电路的组合逻辑电路的特点、一般分析方法和一般设计方法以及常见的几种组合逻辑电路，并利用组合逻辑电路设计出交通信号灯的控制电路。其次主
2、要介绍中规模集成电路设计逻辑电路的应用。重点介绍AT89C51单片机控制交通信号灯的工作原理及其硬件电路设计，其中，对AT89C51单片机芯片及交通信号灯模型作了较详细介绍。最后简单介绍了本系统可改进的地方。关键词：AT89C51单片机 交通信号灯 无线收发 LED 数码管Abstract： Operation principle and hardware circuit utilizing AT89C51 one-chip computers to control the traffic signal lamp are designed. The article has done more
3、detailed introduction to AT89C51 one-chip computer chips and this traffic signal lamp model. Introduced this systematic place where we can improve briefly finally.Keywods：AT89C51、LED、The number managing引言早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。第一次对交叉路口交通的控制尝试起源于1868年英国伦敦，当时由警察手工轮流变换指挥用的旗帜，当时的控制指令可以称之为旗
4、语。这种控制方式在1908年传到美国纽约，并且很快在全国传播开来。城市电气化的发展导致了1914年在俄亥俄州的克利夫兰市出现了第一台电力驱动的交通信号灯。1919年，纽约市开始把手动指挥的旗子换成了电机控制的信号灯。在1923年，Garrett Morgan申请专利Morgan交通信号灯，后来卖给了通用电气公司。到1932年，在布鲁克林市Parkside大街上的最后一个手动控制的旗子也被电机控制信号灯取代。从1920年到1970年近50年的时间里，电机驱动的信号灯占据了交通信号控制系统的主要市场。周期长度是通过安装合适的齿轮来进行保证的，通过在一个计时转盘上插入销子来把周期分成不同的时间间隔。
5、为了适应交通变化的需要，这种划分时间的方式被称为“三个时段”划分法。同时为了保证相邻的交叉口能够在一个交通信号系统中以预计的信号周期、绿信比和相位差下工作，一种“七条线缆”连接的方式发展起来，以使相邻的电机驱动的信号灯能够在一种系统控制的方式下工作，即使现在我们步入了新千年，在一些城市的某些地方仍然使用这种基于三个时段划分周期的信号控制器和七条线缆连接的系统。甚至，大部分在电机驱动的系统中发展起来的术语到现在仍然在现代的微处理控制器中使用。在20世纪60年代早期，计算机被引进到交通信号控制系统中。在1963年，第一个计算机控制的交通信号控制系统在加拿大的多伦多市安装，到20世纪70年代，微处理
6、器被普遍使用，相应的硬件和软件也开始起步。随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地，我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起，买私家车不再是梦想。但是，私家车、公交车的大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。放眼现在的中国，如广州、香港、上海等大都市，无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展，交通事业决不能停步不前。有及于此，我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的，作出相应的改善。本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。1、组合逻辑电路1）什么是组合逻辑电路? 在数字电路中，任何时刻输出信号的稳态
7、值仅决定于该时刻各个输入信号取值的组合，而与先前状态无关的逻辑电路叫组合逻辑电路。组合逻辑电路的输入信号和输出信号常常不止一个，组合逻辑电路框图如图2-24所示，其输出信号的一般表达式可以写为 Li=?(A1，A2，An) (i=1，2，,m)2）组合逻辑电路的特点: 输出输入之间没有反馈延迟通道，电路中不含记忆单元，输出仅取决于该时刻的输入而与电路原状态无关。3）组合逻辑电路的一般分析方法(组合逻辑电路图求解逻辑功能): 组合逻辑电路图列出逻辑函数表达式(迭代法,由输入逐级向后推) 求标准表达式或简化的表达式(转换或化简) 列出相应的真值表判断电路功能。 举例：分析该图逻辑电路（1） 迭代法
8、求输出逻辑表达式,如图： E=AB，D=AC，G=BC，F=E+D+G=AB+AC+BC（2）求标准表达式或简化的表达式(转换或化简)（3）列出相应的真值表由真值表可以看出,该逻辑电路是一个三人多数表决电路。4）组合逻辑电路的一般设计方法：根据设计要求(要实现的逻辑功能)画出逻辑电路图.设计要求列出真值表(确定输入、输出变量及它们的逻辑关系) 化简写出简化的逻辑表达式(或转换成逻辑器件所需的表达形式)画出逻辑图。 举例：设计一个异或电路.（1） 该电路有两个输入A、B和一个输出F,根据异或的逻辑关系列出真值表 （2） 由真值表写出逻辑表达式(化简或转换)F=（3） 画出逻辑图在这里设计一个监视
9、交通信号灯状态的逻辑电路。每一组信号灯均由红、黄、绿三盏灯组成，如图所示。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。而当出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。 按照组合逻辑电路的设计步骤进行设计，得到实现监视交通信号灯状态的逻辑电路。 实验仪器序 号名 称主要用途1数字电路实验装置连接电路、显示输入和输出信号2万用表 1只测量电阻、电压、电流3元器件： 74LS00 74LS04 74LS20 各一块利用集成电路实现逻辑功能4导线 若干连接电路实验内容和步骤1、按照组合逻辑电路的设计步骤进行设计，根据实验室条件，选择用反相器、
10、与非门实现监视交通信号灯状态的逻辑电路。2、按照原理图进行电路的连接。3、根据实验数据填写真值表，验证逻辑功能。输入变量输出RAGZ0000010100111001011101115） 组合逻辑电路中的竞争和险象：竞争：因门电路的传输时延而造成多路信号由于经过不同路径产生的时差现象；险象：由竞争产生的错误输出；检查(产生条件：输入存在互补变化；消除：添加冗余项).竞争 逻辑险象 6）常见的五种组合逻辑电路：着重于其功能和输出与输入的对应逻辑关系。（1）编码：将输入信号转换成对应的数码信号；编码器：互斥输入，方块图、逻辑图。优先编码，方块图、逻辑图 。（2）译码：将输入的码组翻译变换成对应的输出
11、信号，是编码的逆过程；译码器：二进制译码器， 方块图、逻辑图。数字显示译码器：七段显示，十进制数字显示。（3）多路选择器：又叫数据选择器，在地址输入端的控制下从多路数据输入中选择一个送到公共输出端。方块图 ，逻辑图 。（4）数值比较器：比较两个二进制数的大小。一位二进制数比较器，二位二进制数比较器。（5）加法器：实现二进制数加法运算。全加器，逐位进位加法器，加法器。逐位进位，超前进位形成电路、三位。7） 中规模集成组合逻辑电路及应用：应用着重于扩展(分级扩展和级联扩展)和实现组合逻辑函数(重点多路选择器和译码器)。（1）中规模集成译码器74139：2线-4线译码器，功能表、逻辑图；74154：
12、4线-16线译码器，功能表、逻辑图；分级扩展：下图利用允许端用一片74139和四片74154扩展为6线-64线译码器 级联扩展(补充)：用二片74139实现3线-8线译码器； （2）中规模集成多路选择器74153：双4选1；分级扩展：用五片74153扩展为双16选1；级联扩展(补充)：用74153实现8选1；实现组合逻辑函数：用8选1和4选1实现三变量函数用8选1；用4选1注：利用对比真值表的方法欠简单明嘹,可用多路选择器的输出表达式和逻辑函数表达式对比的方法； （3） *中规模集成数值比较器；级联扩展：串行、并行比较， (a)串行比较 (b)并行比较 （4）*中规模集成加法器；（5） *中规
13、模集成优先编码器。了解了组合逻辑电路，我们再来看看单片机。单片机无线收发控制的交通信号灯模型可以分为电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路和显示电路四部分组成，组成电路如图1： 图1 由于显示部分都是采用三色LED和数码管模拟，比较简单，所以在此不作详尽叙述。下面主要叙述单片机主控电路、直流电源的组成及其原理。2、单片机主控电路1）主要元器件介绍单片机主控电路的主要元件是AT89C51，其外型如图：AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司
14、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位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2）管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 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
