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1、单片机模拟交通灯的设计 2011 年 5 月独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 年月日授 权 声 明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业设计的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计的复印件和磁盘，允许毕业设计被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编设计。本人设计中有原创性
2、数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）： 签名： 年月日指导教师签名： 年月日摘 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ABSTRACTThis design is based on digital integrated circuits, microcontroller te
3、chnology, 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 countd
4、own 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11.1研究背景11.2单片机的概述11.3单片机的应用21.4单片机的发展史22系统硬件设计32.1系统原理32.2 AT89C51的介绍42.3 AT89C51的引脚说明52.4时钟电路72.5复位电路72.6单片机的最
5、小系统构成82.7 7405 TTL 集电极开路六反相器82.8指示电路82.9 LED数码显示器93系统软件设计113.1系统整体程序流程图113.2设置定时，显示初始化113.3处理状态、倒计时显示133.4路口红绿灯状态子程序143.5 LED显示子程序144系统仿真164.1仿真平台介绍164.1.1 Keil软件介绍164.1.2 Proteus仿真软件介绍174.2系统硬件实现194.3系统仿真及分析195总结22参考文献23附 录24致 谢30 1绪论1.1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，
6、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
7、近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，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AT89C5
8、1 单片机的并行口接发光二极管，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，从而实现微型计算机的基本功能。1.3单
9、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、考勤机、电话机等。1.4单片机的发展史单片机技术的发展十分迅速，大致可分为
10、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。第四阶段（1990 ）：
11、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2-1 系统整体框图图2-2 系统原理图2.2 AT89C51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，其主要结构包含中央处理器、程序存储器（ROM）
12、、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：（1）中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。（2）内部数据存储器内部数据存储器包括RAM（128*8）和RAM地址寄存器，用于存放可读/写的数据。实际其几个内部共有256个RAM单元，但其中后128个单元为专用寄存器，能作为普通RAM存储器供用户使用的只是前128个单元。因此，通常所说的内部数据存
13、储器是指前128个单元，简称“内部RAM”。（3）内部程序存储器内部程序存储器包括ROM（4K*8）和程序地址寄存器等。AT89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据，因此称之为程序存储器，简称“内部ROM”（4）定时器/计数器由于控制应用的需要，89C51内部共有两个16位的定时器/计数器，用定时器/计数器0和定时器/计数器1表示，用于实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。（5）并行I/O口89C51共有4个8位I/O口（P0、 P1、P2和P3），以实现数据的并行输入/输出。（6）串行口89C51单片机有一个全双工串行口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行
14、数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（7）中断控制电路89C51的中断功能较强，以满足控制应用的需要。共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。（8）时钟电路89C51芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。2.3 AT89C51的引脚说明图2-4 AT89C51的引脚图按其功能可分为电源、时钟、控制和I/O接口四大部分：（1）电源引脚 Vcc：电源端，接+5V ；Vss：接地端。（2）时钟引脚XTAL1和XTAL2：当使用芯片内部时钟时，XTAL1和XTAL2用于外接石英晶体谐振器和微调电容；当使用外部时钟时，用于接入外部时钟脉冲信号。（3）控制引脚RST/VPD：复位/掉电保护信号输入端。RST为复位信号输入。Vcc掉电后，此引脚（VPD）可接备用电源，低功耗条件下保证内部RAM中的数据。ALE/：地址锁存控制信号/编程脉冲输入端ALE为地址锁存允许。当单片机访问外部存储器时，该引脚的输出信号ALE用于锁存P0端口的低8位地址。AL
