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1、摘要1绪论12设计方案简述22.1实现主要功能22.2设计方案与意义23详细设计33.1系统硬件电路设计33.2 AT89C51芯片简介33.3芯片74LS237介绍63.4单元电路设计73.5系统整体设计电路93.6系统软件功能设计94 PROTEUS 与 Keil C51 的操作124.1硬件电路图的接法操作124.2单片机系统PROTEUS设计与仿真过程134.3仿真结果145.5总结18绪论交通灯是人们日常出行必须要遵守的交通规则。它的发明源于 19世纪初，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。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
2、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，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。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程 式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究 意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。 利用单片机控制技术.提出了软件和硬件设计方案，能够实现道 路的最大通行效率。本课程设计的任务就是设计一个交通灯的控制系统。鼓励学生在 熟悉基本原理的情况下，与实际应用相联系，提出自己的方案， 完善设计。具体设计任务如下
3、：1 进行系统总体设计。2 完成系统硬件 电路设计。3 完成系统软件设计。4 撰写设计说明书。设计 要求：1该控制系统能控制东西南北四个路口的红黄绿灯正常工作。东 西和南北方向分时准行和禁行。2. 两垂直方向的准行时间均为60s或120s,可以进行控制转换。3. 准行方向亮绿灯与禁行方向亮绿灯55s后，四个产品同时加亮 一黄灯进行闪烁，以警告车辆及行人，准行方向与禁行方向即将 改变。4四个道口无用数码管显示六人行或禁行的剩余时间5.在交通情况特殊情况下可以通过K1、K2、K3按键对交通灯进 行控制。设计方案简述智能交通灯的设计思路如图智能交通控制器LED显 示 剩 余 时 间中断进入紧急状态根
4、据智能交通灯的具有的功能，将它主要分为三部分，包括数码 管显示剩余时间部分、交通灯显示部分和按键实现部分。总体设 计思路如图2-1所示。2.1实现主要功能1该控制系统能控制东西南北四个路口的红黄绿灯正常工作。东 西和南北方向分时准行和禁行。2. 两垂直方向的准行时间均为60s或120s，可以进行控制转换。3. 准行方向亮绿灯与禁行方向亮红灯最后5秒时，四个路口同时 加亮一黄灯进行闪烁，以警告车辆及行人，准行方向与禁行方向 即将改变。4四个道口均用数码管显示准行或禁行的剩余时间。5在出现紧急状况时，可以通过人为操作进入特殊情况。在此包 含了 4种特殊情况，包括加长东西南北方向的通行时间，四个方
5、向均禁行，东西方向保持通行南北方向禁行，南北方向保持通行 东西方向禁行。当特殊情况结束时，人为操作进入正常状态。 2.2设计方案与意义根据实际生活中使用的交通灯，在此次的智能交通灯的设计中 也将具有显示时间的功能，使我们的设计与实际结合起来，在此部分LED灯 将配合红黄绿灯的发光时间显示数据，对于每个数据将使用定时 器来实现定时1秒，当1秒时间到达，LED上显示的时间自动减 1，当时间减至为0交通灯变换红黄绿灯。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于 程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研 究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。 利用单片机
6、控制技术.提出了软件和硬件设计方案，能够实现道 路的最大通行效率，使其满足交通需要。3详细设计3.1系统硬件电路设计硬件电路由AT89C51单片机、4个4位共阳极的数码显示管、复位电路、时钟电路、按键电路以及交通灯演示系统组成。时钟电路LED显示系统父通灯显示系统按键系统复位电路硬件系统框图复位电路3.2 AT89C51芯片简介芯片AT89C51的外形结构和引脚图如图2-1所示。AT89C51是 种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memor y)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片
7、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 MC-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 提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2.1主要特性8051CPU 与 MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)全静态 工作：0HZ-24KHZ三级程序存储器保密锁定128*8位内部RAM 32 位可编程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3.2.2管脚说明VGND:接地。P0 口： P0 口为一个
8、8位漏极开路双向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FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH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
9、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 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8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
10、”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，各功能口功能如 下：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD （串行 输出口）P3.2/INT0 （外部中断 0） P3.3/INT1 （外部中断 1） P3.4 T0 （计数器0外部输入）P3.5 T1 （计数器1外部输 入）P3.6/WR （外部数据存储器写选通）P3.RD （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
11、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 锁存地址的地址字节。CC：供电电压器，为很多嵌入式控制系统 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是目的。然而它可用作 对外部输出的脉冲或用于定是目的。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输出可 在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令 时才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执 行状态AL
12、E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(OOOOH-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引脚。3.3芯片74LS273介绍74LS273是8位数据/地址
13、锁存器，如图2-2所示，它是一种带清 除功能的8D触发器，下面介绍一下它的管脚图功能资料。1脚是复位CLR,低电平有效，当1脚是低电平时，输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位；当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁 存，当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、 17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、 9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上显示器。为了显示数字或符号，要为LED显示
14、器提供代码，即字 形代码。其段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因 此提供的字形代码的长度正好是一个字节。智能交通灯用到的数 字09的共阳极字形代码如表3-5：显示数值驱动代码（16进制）0123456789C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H表3-5驱动代码表3.4.2时钟电路设计MCS-51单片机芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放 大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。当使用内部振荡电路时，XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微 调电容，如图所示，图中C2、C3大小一般为30pF。还加了复位 /备用电源
15、引脚的接线方法，任何单片机在工作之前都要进行复 位，以便CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始化状态， 并从这个状态开始工作，也就是程序开始执行之前，单片机做好 准备工作。如何进行复位呢？只能在单片机的RST引脚上保持两 个机器周期（24个时钟周期）的高电平即可对单片机实现复位 操作。当主电源VCC发生掉电或者是电压降低到电平规定值时，VPD上 外接的备用电源自动启用，为单片机内部RAM提供电源，以保 护片内RAM中的信息不丢失,使系统在恢复上电后能正常运行。3.4.3复位电路设计AT89C51的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路通常采用 上电复位和按钮复位两种方式。在此次设计中，我使用了上电复 位方式。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。3.5系统整体设计电路（1）结合各部分设计电路，得到交通灯各部分硬件线路如图示。更位电路时钟电路按键电路噱鸣器报警电路(2)交通灯PCB设计(3)交通灯电路原理仿真3.6系统软件功能设计3.6.1 LED显示程序3.6.2程序设计思路在这部分我使用了数码管动态显示方式来显示数据。所谓动态显 示方式，就是在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态， 而其他各位的位选线处于关闭状
