毕业设计（论文）-单片机的简单交通灯控制设计.doc

河南城建学院专科毕业设计（论文）摘要 i 摘摘 要要 交通灯安装在各个路口上，成为疏导交通工具有效的手段，单片机是微型计 算机的一个重要分支，特别适用于控制领域，故又称为微控制器，对基于单片机 的交通灯控制系统进行了设计。本系统采用美国 atmel 公司生产的单片机 at89s51，以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过 at89s51 芯片的 p1 口设 置红、绿灯点亮的功能，通过 at89s51 芯片的 rxd、txd 输入、输出设置显示时 间。单片机系统采用的直流供电。系统功能为：以 mcs-51 系列单片机作为控制 核心，设计并制作交通灯控制系统，东西南北四个方向具有直行通行指示灯。 在对系统功能分析的基础上，提出了三种设计方案，经比较，选择性能较优 的 led 动态循环显示方案进行了设计。设计包括硬件和软件两大部分。硬件部分 包括单片机时钟电路、时间显示、交通灯显示，报警模块等部分。选用 atmel 公 司的 at89s51 单片机作为控制核心，东西南北四个方向设置了 led 时间显示和交 通灯显示，时间显示采用二位 led 显示器，交通灯显示则采用红绿黄单色高亮发 光二极管来模拟。软件采用了模块化的设计方法，主要分为主程序、定时器中断 服务子程序、倒计时显示子程序、交通灯模拟显示子程序四部分。 关键词: 交通灯；单片机；at89s51 河南城建学院专科毕业设计（论文）摘要 ii abstract traffic light control system based on scm (single chip microcomputer) is designed in this paper. system requires that mcs-51 series scm is used as cpu. traffic light control system should be designed and made .there are four groups light which indicate to turn left, turn right, and go straight ahead and pedestrian access in east, west, north and south four directions. timer shows traffic conversion remainder time. when special vehicles, such as 119,120 go through, the system can automatically allow special vehicles running and other vehicles is prohibited. based on analysis of the system functions, three schemes are put forward .by comparison, led dynamic cycle display scheme has better functions and it is selected to be designed. the design includes hardware part and software part. hardware has three parts .they are scm system, led time display, traffic lights. at89s51 scm is selected as control cpu. led display and traffic lights are set in east, west, north and south four directions. three led monitors are used to show time. highlight and red- green two color traffic lights are used as traffic lights. software is designed by module. it is divided into main program, timer interrupting service subroutine, led display subroutine, traffic display subroutine. key words: traffic light； scm； at89s51 河南城建学院专科毕业设计（论文）目录 iii 目录 摘摘 要要i 1、绪、绪 论论.1 1.1 课题背景.1 1.1.1 课题研究的意义.1 1.1.2 课题研究的动态.1 1.2 课题内容.2 1.2.1 课题研究的主要内容.2 1.2.2 预期达到的成果.2 2、系统工作原理及设计方案、系统工作原理及设计方案.3 2.1 设计原理.3 2.2 方案论证4 2.2.1 显示界面方案4 2.3 单片机概述 .5 3、硬件电路的设计、硬件电路的设计.8 3.1 时钟电路和复位电路.8 3.1.1 时钟电路.8 3.2.2 复位电路.8 3.2 控制模块9 3.3 信号灯模块.10 3.4 显示模块11 3.4.1 数码管介绍.11 3.4.2 led 显示器的显示方法 12 3.5 报警模块.13 3.6 按键模块13 4、程序设计与流程图、程序设计与流程图.15 4.1 主程序模块15 4.2 信号灯模块15 4.3 显示模块.16 4.4 中断服务模块.19 结论结论.21 参考文献参考文献.22 致谢致谢.23 附录附录 a：源程序：源程序.24 附录附录 b：电路图：电路图 .29 河南城建学院专科毕业设计（论文）绪论 1 1、绪、绪 论论 1.1 课题背景课题背景 1.1.1 课题研究的意义课题研究的意义 国民经济的迅速发展，城市街道车辆大幅度增长，给城市交通带来巨大压力， 交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。而街道各十字路口， 又是车辆通行的瓶颈所在。已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方 案都存在着一定的局限性。研究车辆通行规律，找出提高十字路口车辆通行效率 的有效方法，对缓解交通阻塞，提高畅通率具有十分现实的意义。 微控技术的日益完善和发展，单片机的应用在不断走向深入，使它的应用比 定导致传统的控制技术从根本上发生变革。也就是说单片机应用的出现是对传统 控制技术的革命。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电 器等领路得到了广泛应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。因 此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。因此了解单片机知 识，掌握单片机的应用技术具有重大的意义。 交通灯是交管部分管理城市交通的重要工具。现在交通灯一般设在十字路口， 在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控 制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。目前绝大部分交通 灯其时间都是设定好的，采用的是单段式定时控制或多段式定时控制。 1.1.2 课题研究的动态课题研究的动态 交通灯系统多采用单片机或者各种门电路控制，甚至还存在人工控制交通灯， 这些控制装置尽管成本较低，但是可靠性能较差，而且电子装置容易受高频信号 的干扰，致使控制出现错乱，影响正常的交通次序。改用单片机控制，则可大大 改善以上提到的问题，是其在定时的准确性和可靠性大大提高。 面向 21 世纪的智能化汽车的交通运输系统应使车、路高度智能化，使人、 车、路三者合一，逐步实现汽车在公路上自动安全地运行。为解决交通堵塞，交 通事故的国际难题而发展起来的智能交通系统，是将先进的信息技术，数据通讯 和传输技术、电子自动控制技术及计算机处理技术等有效地用于整个地面运输管 理体系，全方位发挥作用的实时、准确、高效的公路综合管理系统。 智能交通系统是指人们将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技 术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系中，从而 建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理 系统。实施智能交通系统工程不仅能够提高交通的效益与效率，增强交通安全性， 河南城建学院专科毕业设计（论文）绪论 2 而且有利于合理利用土地与能源，甚至对于国民经济的持续发展与社会经济效益 的全面提高都是至关重要的。 1.2 课题内容课题内容 1.2.1 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三 者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系 统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统， 它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断 增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，有些城市纷纷修建城市 高速道路。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制， 高速道路没有充分发挥出预期的作用。 该篇文章根据单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特 点，提出了一种用 mcs-51 单片机自动控制交通信号灯及时间显示的方法，同时 给出了软硬件的实现方法，为交通指挥自动化提供了一种新的廉价手段，具有一 定的推广意义。虽然简单，但是对于研究单片机，初步的学习具有重要意义。 而且伴随着城市化进程的加快，交通拥堵现象日益严重如何对交通进行管理 成为很多成日急需解决的问题。显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。作为本 次设计的交通灯，控制的具体要求如下： （1）信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且 先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 （2）南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报 警。 （3）南北红灯亮维持 25s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20s。到 20s 时，东西绿灯闪烁，闪烁 3s 后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维 持 2s。到 2s 时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 （4）东西红灯亮维持 30s。南北绿灯亮维持 25s。然后闪烁 3s，熄灭。同时南北 黄灯亮，维持 2s 后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 （5）周而复始。 1.2.2 预期达到的成果预期达到的成果 通过本次设计，实现十字路口交通灯的信号灯的控制，来指导东西南北四个 方向的车辆的通行，维持十字路口的正常车辆通行秩序，保证车辆的通行安全， 减少不必要的交通事故。不过这个设计只适用于简单的路口的信号灯控制。这只 河南城建学院专科毕业设计（论文）绪论 3 是交通信号灯设计中的初级设计，交通灯的设计的研究深度还是很大的，通过这 次设计，使得我们将所学的知识与实际生活中的应用结合。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 系统工作原理及设计方案 4 2、系统工作原理及设计方案、系统工作原理及设计方案 2.1 设计原理设计原理 随着城市化进程的加快，交通拥堵现象日益严重如何对交通进行管理成为很 多成日急需解决的问题。显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。设计一个十字 路口交通灯控制电路，根据设定好的周期时间能够指挥车辆在十字路口完成各个 路口不同时段的直行运行。 采用 at89s51 单片机作为控制器，通行倒计时显示采用 led 数码管，通行指 示灯采用发光二极管，led 显示采用动态扫描，以节省端口数。按以上系统构架 设计，at89s51 单片机端口刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，耗 电较少，可靠性高等特点。 s0：南北红灯亮，东西绿灯亮，持续时间 20s。 s1:南北红灯亮，东西绿灯闪三次，持续时间 3s。 s2：南北红灯亮，东西黄灯亮，持续时间 2s。 s3: 东西红灯亮，南北绿灯亮，持续时间 25s。 s4：东西红灯亮，南北绿灯闪三次，持续时间 3s。 s5：东西红灯亮，南北黄灯亮，持续时间 2s。 然后再依次循环。信号灯的状态表如下所示。 表 2.1 状态表 无南北方向东西方向 p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0 状 态 红黄绿红黄绿 十六进制值 s0000111101eh 000111101ehs1 000111111fh s2000111011dh s30011001133h 0011001133hs4 001110113bh s5001010112bh 注：（1）0 表示灯亮，1 表示灯灭。 采用单片机的 i/o 口 p3 直接和交通灯连接，p0、p2 口通过限流电阻接 led 数码管。控制程序放在单片机的 rom 中，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中， 由单片机 p1.0-p1.5 控制，由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源 正极连接，因此 i/o 口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮，并通过 led 数码管显示时间倒计时。i/o 输出高电平时，相应指示灯会灭。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 系统工作原理及设计方案 5 根据具体的功能，该控制器分为以下几个功能模块：数码管显示模块，声音 报警模块，指示灯显示模块，数码显示模块等。通过各模块的控制和调用可以实 现交通灯控制器的基本功能。各模块之间结构图如图 2-1。 a t 8 9 s 5 1 串行口计算机 按钮开关 数码管 指示灯 扬声器 图 2-1 系统组成结构框图 2.2 方案论证方案论证 2.2.1 显示界面方案显示界面方案 该系统要求完成倒计时的功能。基于上述原因，我们考虑了两种方案： 方案一：完全采用 led 显示。这种方案可以显示各种符号和数码字符，这种 方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。 方案二：完全采用点阵式 lcd 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软 件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。利用这很容 易实现交通灯在紧急情况下处理能力。 综上所述，第一方案就可以满足题目的要求，而且使系统变的简单可行。根 据方案一，我们采用 led 的静态显示原理。静态显示是指数码管显示某一字符时， 相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立， 公共端固定接地（共阴极）或接正电源（共阳极） 。每个数码管的 8 个字段分别 与 8 位 i/o 口输出的一位相连。i/o 口只要有段码输出，相应字符就显示来来， 并保持不变，直到 i/o 口输出新的段码。 2.2.2 led 连接方案连接方案 关于 led 的显示的不同，我们可以讨论两种连接方案。 方案一：采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度且占用 cpu 时 间少，编程简单，显示便于监测和控制。但其硬件电路复杂，成本高，只适合于 显示位数较少的场合。多位静态显示接口应用，如要用 p1 口显示多位，则每位 河南城建学院专科毕业设计（论文） 系统工作原理及设计方案 6 数码管都应有各自的锁存、译码及驱动器。还需有相应的位选通电路，位选通电 路输出位码。单片机通过对位、段的相应控制实现多位静态显示。 方案二：采用动态显示接口方式，动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码 管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应地 并联在一起，由一个 8 位的 i/o 口控制，各位的位选线（共阴极或共阳极）由另 外的 i/o 口线控制。 动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描 方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另 一位数码管，并送出相应的段码。依此规矩循环，即可使各位数码管显示需要显 示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效 应，只要每位显示间隔时间足够短就可以给人以同时显示的感觉。采用动态显示 方式比较节省 i/o 口，硬件电路也较静态显示简单，所以我们选择第二种方案实 现系统的显示功能。 2.3单片机概述单片机概述 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（microcontroller unit） ，常用英文字母的缩写 mcu 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。 单片机由芯片内仅有 cpu 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大 量外围设备和 cpu 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂 的而对体积要求严格的控制设备当中。intel 的 z80 是最早按照这种思想设计出 的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。单片微型计算机 是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种。单片 微型计算机简称单片机，特别适用于工业控制领域，因此又称为微控器。单片机 芯片的引脚示意图如图 2.2 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 系统工作原理及设计方案 7 图图 2.2 单片机芯片示意图 该系统的核心部件是单片机说以单片机得选择很重要，为了完成单片机遇上 位机的通信，所以选择 at89s51 系列的单片机，该单片机完全兼容传统的 8051 单片机。 at89s51 是 mcs-51 系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系 统的讲解。89s51 单片机包含中央处理器、程序存储器(rom)、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 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、数据存储器(ram) at89s51 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们 是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能 用于存放用户数据，所以，用户能使用的 ram 只有 128 个，可存放读写的数据， 运算的中间结果或用户定义的字型表。 3、程序存储器(rom) 河南城建学院专科毕业设计（论文） 系统工作原理及设计方案 8 at89s51 共有 4kb 掩膜 rom，最大可扩展 64k 字节，用于存放用户程序， 原始数据或表格。 4、定时/计数器： at89s51 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用 于控制程序转向。 5、并行输入输出(i/o)口： at89s51 共有 4 组 8 位 i/o 口(p0、 p1、p2 或 p3)，用于对外部数据的传输。 6、中断系统 at89s51 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一 个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 本设计使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也 比较强大，而且可以随时更新系统，根据道路情况适时调整交通灯的状态，全面 有效地利用交通灯指示交通情况。 at89s51 单机的电源线有以下两种： （1） vcc：+5v 电源线。电源线 （2） gnd：接地线。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 9 3、硬件电路的设计、硬件电路的设计 3.1 时钟电路和复位电路时钟电路和复位电路 3.1.1 时钟电路时钟电路 系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。at89 单片机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。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器 一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 c1 和 c2 构成并联谐振电路， 接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小 会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因 此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12mhz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电 容值约为 30pf。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机 芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。 图 3.1 时钟电路 外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将 xtal1 接地，xtal2 接外部振荡 器就行。对外部振荡信号无特殊要求，只要保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12mhz 的方波信号。 3.2.2 复位电路复位电路 使 cpu 进入初始状态，从 0000h 地址开始执行程序的过程叫系统复位。从实 现系统复位的方法来看，系统复位可分为硬件复位和软件复位。硬件复位必须通 过 cpu 外部的硬件电路给 cpu 的 reset 端加上足够的时间高电位才能实现。上电 复位、人工按钮复位和硬件看门狗复位都是硬件复位。硬件复位后，各专用寄存 器均被初始化，且对片内通用寄存器没有影响。 软件复位就是用一系列指令来模拟硬件复位功能，最后通过转移指令使程序 从 0000h 地址开始执行。对各专用寄存器的复位操作是容易的，也没必要完全模 拟，可根据实际情况需要在主程序初始化完成。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 10 本次设计的复位是由外部的复位电路来实现的，即人工按钮实现。复位电路 通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复 位电路。复位电路如图 3.2 所示。 图 3.2 复位电路 3.2 控制模块控制模块 控制模块电路如图所示。 at89s51 的 p1 口用于控制南北东西通行灯，p3，p2，p0 口用于 2 位 led 显 示器的段码控制。/vpp接5v 电源端，晶振及复位按典型电路设计，晶振频ea 率为 12mhz。控制模块电路图如图 3.3 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 11 图 3.3 控制系统 3.3 信号灯信号灯模块模块 由 12 个 led 来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的相关口线，路口倒计 时的显示就不能实现，所以本次设计中采用一种比较简单电路如图 3.4 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 12 图 3.4 灯控制电路 观察图可以看出：四组发光管（每组含有红，黄，绿三种灯各一个）一端连 接在单片机上，另一端接地。图中电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止因 上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误，以及防止由于在导电的瞬间电压过高 损坏二极管。共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯，使 用单片机软件系统对二极管控制，低电平驱动。从而控制十字路口交通灯的灯灭 和灯亮情况。 3.4 显示模块显示模块 3.4.1 数码管介绍数码管介绍 led 显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式 两种。对于多位 led 显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连 接方式如系统原理图。在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。这样虽然 在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与 全部显示器持续点亮效果完全一样。本次采用四组两个数码管，同时为了节省口 资源，采用串口显示的方式驱动数码管。数码管的图示如图 3.5 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 13 图 3.5 数码管 3.4.2 led 显示器的显示方法显示器的显示方法 在单片机系统中，通常用 led 数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具 有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。 七段 led 显示器由八个发光二极管组成。其中 7 个长条形的发光管排列成 “日”字形，另一个圆点形的放光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能 显示各种数字及部分英文字母。led 显示器有两种不同的形式：一种是 8 个发光 二极管的阳极都连在一起的，称为共阳极 led 显示器；另一种是 8 个发光二极管 的阴极都连在一起的，称为共阴极 led。图 3.6 为共阴极 led 显示器。 图 3.6 共阴极 共阴和共阳结构的 led 显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导 通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示各种字符。8 个笔划段 hgfedcba 对应于一个字节（8 位）的 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0,于是用 8 位二进 制码就可以表示欲显示字符的字型代码。例如，对于共阴 led 显示器，当公共阴 极接地（为零电平） ，而阳极 hgfedcba 各段为 0111011 时，显示器显示“p“字符， 即对于共阴极 led 显示器， “p”字符的字形码是 73h。如果是共阳 led 显示器， 公共阳极接高电平。 本系统采用动态扫描显示接口电路，动态显示接口电路是把所有显示器的 8 个笔划段 a-h 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 com 各自独立地受 i/o 线控制。cpu 向字段输出口送出字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但 究竟是哪个显示器亮，则取决于 com 端。也就是说我们可以采用分时的方法，轮 流控制各个显示器的 com 端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中， 每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms） ，但由于人的视觉暂留现象及发光 二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足 够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。常用的 led 显示器 有 led 状态显示器（俗称发光二极管） 、led 七段显示器（俗称数码管）和 led 十 六段显示器。发光二极管可显示两种状态，用于系统状态显示；数码管用于数字 显示；led 十六段显示器用于字符显示。本次设计采用共阳极的数码管接法。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 14 3.5 报警模块报警模块 报警电路使用的蜂鸣器是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提 示、报警、音乐等许多应用场合。蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相 似的地方，通常工作电流比较大，电路上的 ttl 电平基本上驱动不了蜂鸣器，需 要增加一个电流放大的电路才可以，这一点与家用电器中的功放有相似之处三极 管的 b 极通过 at89s51 单片机的 p3.7 脚控制，通过网络标号 alarm 电气连接。 当 p3.7 脚为高电平时三极管截止，蜂鸣器不叫，当 p3.7 脚为低电平时三极管导 通，蜂鸣器发出声音，使用电路图如图 3.7 所示。 图 3.7 报警电路 3.6 按键按键模块模块 在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外， 其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数 字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件 结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 cpu 相连。 cpu 可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该 键号送入累加器 acc，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再 返回主程序。 微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换 成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的 ttl 逻辑电平，以便与通用 数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影 响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的 长短与开关的机械特性有关，一般为 510 ms，在触点抖动期间检测按键的通与 断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作， 这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采 河南城建学院专科毕业设计（论文） 硬件电路设计 15 取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用 硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。而在本次设计中，牵涉到的按键虽 然较少，但是从经济角度考虑，以及结合实际情况，所以还是认为采用软件消抖 比较合适。如图 3.8 所示： 图 3.8 键合断时的电压抖动 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 16 4、程序设计与流程图、程序设计与流程图 4.1 主程序模块主程序模块 先是各个变量，端口的初始化，然后进行信号灯程序的循环执行环节，随之 的是数码管对应的显示剩余秒数，依次按步执行，如果在某一时刻出现了东西南 北绿灯同时亮，那么执行中断程序，使得所有的灯都灭，然后等待检修故障，再 通过复位按钮，使得程序从新开始执行。主程序流程图如图 4-1 所示： 图 4-1 主程序流程图 4.2 信号灯模块信号灯模块 下面的是信号灯的程序流程，先是 s0：南北红灯亮，东西绿灯亮，持续时间 20s；s1:南北红灯亮，东西绿灯闪三次，持续时间 3s；s2：南北红灯亮，东西黄 灯亮，持续时间 2s；s3: 东西红灯亮，南北绿灯亮，持续时间 25s；s4：东西红 灯亮，南北绿灯闪三次，持续时间 3s；s5：东西红灯亮，南北黄灯亮，持续时间 2s。就这么依次循环。信号灯流程图如图 4.2 所示。 开始 各变量、端口初始化 信号灯子程序 显示子程序 中断信号 中断子程序 否 是 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 17 图 4.2 信号灯顺序流程图 4.3 显示模块显示模块 显示程序采用动态显示，由位码控制那一个数码管显示，由段码控制数码管 显示什么数值，根据中断程序显示时间来查表显示数值，两位数码管逐个点亮， 同时每显示一次判断倒计时是否结束？没有没有结束继续显示，显示完了从头开 始进入下一个阶段的显示。如图 4.3 所示： 南北红灯亮，东西绿灯 亮，持续 20s 南北红灯亮，东西绿 灯闪烁 3s 南北红灯亮，东西黄 灯亮，持续 2s 东西红灯亮，南北绿 灯亮，持续 25s 东西红灯亮，南北绿 灯闪烁 3s 开始 东西红灯亮，南北 黄灯亮 2s 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 18 初始化 取数 查表取段码 段码送显示口 位码送控制口 调用延时子程序 子程序返回 图 4.3 显示程序流程图 经过初始化后，通过查询相应的信号灯的状态，将相关信号传送到数码管， 通过相关的转换程序以及延时程序，将剩余时间以倒计时的形式显示出来。 东西向数码管先是显示 25s，此时为东西向通行，南北红灯禁行。其中前 20 秒是绿灯亮，然后有 3s 是绿灯闪烁，最后是黄灯亮 2s，然后转东西向红灯，红 灯要亮 30s，此时是东西向禁止行车，而南北向通行。等红灯倒计时结束后，就 转到显示 25s 的状态，依次循环。东西向数码管的显示流程如图 4.4 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 19 开始 初始态显示 25s 减一减到二？ 显示 2s 减一减到零？ 显示 30s 减一减到零？ n y n y n y 图 4.4 东西向数码管的显示流程图 南北向数码管先是显示 25s，此时为东西向通行，南北红灯禁行。等 30s 倒 计时结束后，数码管显示 30s，先是前 25s 绿灯亮，然后转到 3s 的绿灯闪烁，最 后是黄灯亮 2s。等黄灯过后，就转到显示 25s 的状态，之后就这样依次循环。南 北向数码管现实的流程图如图 4.5 所示。 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 20 开始 初始态显示 25s 减一减到零？ 显示 30s 减一减到二？ 显示 2s 减一减到零？ n y n y n y 图 4.5 南北向数码管的显示流程图 4.4 中断服务模块中断服务模块 当发生东西南北的绿灯都亮的情况时，那么系统产生中断，使所有的信号灯 都熄灭，并发出报警信号。等故障解除后，可以恢复现场恢复到中断前的状态， 也可以由人工复位按钮进行复位，使程序从新开始执行。其实这步也可以通过程 序来实现，这样会更加方便，只是对程序的要求会更高，然而确实很方便的，只 是由于水平有限，在这次设计中没有实现，感到十分遗憾。 关于中断这个部分，本次的设计只是交通灯设计中很基础的部分，而且对于 一些更有深度的部分并未涉足，比如说紧急情况下的中断及相关的恢复（例如救 河南城建学院专科毕业设计（论文） 程序设计与流程图 21 护车过十字路口等特殊状况） ，这方面就牵涉到程序的中断，及相关数据的恢复 与保存。 int0 保护现场 所有信号灯都熄灭 等待解除故障 解除故障后恢复现场 中断返回 图 4.6 中断程序流程图 河南城建学院专科毕业设计（论文）结论 22 结论结论 单片机，体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可 靠性高，灵活性好，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且 已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品 的更新换代，应用前景广阔。即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专业 基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。本文 的交通灯系统，只是单片机广泛应用于各行各业中的一例。 而本次设计只是交通灯系统中一个很基础简单的设计，这只是这个方面的初 级入门，其实以后这个方向的前景还是很广阔的，也是很大，很深奥的，比如智 能交通灯系统，能够随时间和路上车流量的不同而设置合适的时间以方便车辆的 通行。而关于不同时间段的交通灯时间可以由人工进行手动修改，或是牵涉到随 着车流量的大小而改变，这个就牵涉到智能模糊控制，但是由于所学知识的不足 和卑微，力不能及。要是想在这方面学好，做好，确实还有很长的路要走。而我 们只是了解了这方面的皮毛，路漫漫其修远。 通过本次设计，本人提高了分析和解决实际问题的综合能力。另外，也培养 了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的作风。我不仅加深了对单片机理论的理 解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精 神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使 之功能不断完善，成为真己的东西。在此，忠心感谢老师以及许多同学的指导和 支持。我会继续努力。 经过三年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情 况下，我认真严肃的完成了我的毕业设计。它已不仅是一个对我三年学习知识情 况和动手能力的检验，而且还是对我的钻研精神，面对困难的心态，做事的毅力 和耐心的考验。在这个过程中我深刻的感受到了做毕业设计的意义所在。 鉴于本人水平有限，本次设计还存在一些不足之处，而且有些部分确实做的 不好，在程序部分，由于知识水平不足，根本无法胜任，期间找了本科班程度好 的同学进行请教，所以可见知识的欠缺，有不当和错误之处，请评阅与答辩的各 位老师谅解。 河南城建学院专科毕业设计（论文）参考文献 23 参考文献参考文献 1王幸之.at89系列单片机原理与接口技术m .北京：北京航空航天大学出版 社，2004. 2李忠国.单片机应用技能实训m .北京：人民邮电出版社，2006. 3先锋工作室.单片机程序设计实例m .北京：清华大学出版社，2003. 4 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）m .北京：北京航空航天大学出 版社，1998. 5 余永权.世界流行单片机技术手册美国系列m .北京：北京航空航天大 学出版社，2004. 6 李广弟.单片机基础m .北京：北京航空航天大学出 版社，1992. 7 张毅刚.单片机原理及接口技术m .哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990. 8 潘永雄.电子线路 cad 实用教程m .西安：西安电子科技大学出版社，2004. 9 何立民.单片机应用技术大全m .北京：北京航空航天大学出版社， 1994. 10 张毅刚.单片机原理及接口技术m.哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社， 2001 11 谭浩强.单片机课程设计m.北京: 清华大学出版社，2000 12 蔡美琴 mcs-51 系列单片机系统及其应用m.北京: 高等教育出版社 2004.2 13付家才 单片机控制工程实践技术m.北京: 化学工业出版社，2004.5 14潘新民 微型计算机控制技术 m.北京: 人民邮电出版社，1999.9 15余锡存 单片机原理及接口技术m.西安: 西安电子科技大学出版社,2000.7 16雷丽文 等.微机原理与接口技术m.北京: 电子工业出版社，1997.2 17周立功 增强型 80c51 单片机速成与实战m .北京: 北京航空航天大学出版 社 2004.5 18周航慈 单片机应用程序设计技术m.北京: 北京航空航天大学出版社,1991. 19张志良等 单片机原理与控制技术m.北京: 机械工业出版社，2001 年7 月第1 版 河南城建学院专科毕业设计（论文）致谢 24 致谢致谢 这次设计的完成离不开石磊老师的教导和训诲。在设计的整个过程中，石 磊老师不断给我们讲解不会的地方，和需要指引的方向。他指导我们抓住问题的 关键，条理清楚，理清思路。正是石老师的教导和讲解，与细致入微的关怀激励 着我完成了本次毕业设计，真的很感谢石老师，在此，谨向石老师表示衷心的感 谢。老师敏锐的思维、开阔的视野、严谨的治学态度、渊博的理论知识、一丝不 苟的学术作风、正直宽厚的为人品格都给我留下了深刻的印象，使我终生受益。 通过这次毕业设计，使我拥有了将知识与实际相联系并结合的机会，锻炼了 自己，也认识到自己无论是在知识方面，还是在动手方面，以及面对问题时的态 度和心态方面，有很多的不足，也开拓了自己的视野。在单片机的基本原理、单 片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面使我都能向前 迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。我在指导老师石磊 老师的精心指导和严格要求下，获得了获得了重要的指导，极大地提高了实践能 力，并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，这对我今后进一 步学习单片机方面的知识有极大的帮助。在此，我忠心感谢石老师的指导和支持。 在未来的工作和学习中，我将以更好的成绩来回报老师。 在完成设计期间，还有许多其他专业课的老师给予了我们极大的帮助，热情 的指导，在此向他们表示衷心的感谢!以及感谢本科班的一些同学给予我们在学 习上的大力支持与无私帮助。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的 电气系全体老师和领导，正是由于你们的培养和教导，使我们顺利毕业，教导我 们如何为人处事。最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，正是他们在物质 和精神上的支持和帮助，我得以顺利完成学业。谢谢你们! 河南城建学院专科毕业设计（论文）附录 25 附录附录 a：源程序：源程序 org 0000h ljmp start org 000bh ljmp ctc0 org 0030h start： mov tmod， #01h ；定时器 t0 初始化 mov th0 ， #3ch ；定时器 t0 初始化 mov tl0， #0b0 ；定时器 t0 初始化 mov r3， #20 ；定时器次数初始化 mov r5， #03 ；循环次数初始化 mov 30h， #16h ；数据缓冲区初始化 mov 31h， #16h ；数据缓冲区初始化 mov 32h， #16h ；数据缓冲区初始化 mov 33h， #16h ；数据缓冲区初始化 setb ea ；总允许中断 setb et0 ；t0 允许中断 setb tr0 ；启动 t0 mov dptr， #tab ；置表格 tab 起始值 clr a movc a， a+dptr mov p3， a ；查表将结果送 p3 口 inc dptr clr a movc a， a+dptr mov r4， a ；查表下一地址，结果送寄存器 r4 mov 30h， a ；将结果送 30h inc dptr clr a movc a, a+dptr mov r6, a ；查表下一地址，将结果送 r6 mov 31h, a ；将结果送 31h inc dptr clr a 河南城建学院专科毕业设计（论文）附录 26 movc a, a+dptr mov r7, a ；查表下一地址，将结果送 r7 mov 32h, a ；将结果送 32h inc dptr clr a movc a , a+dptr mov r2, a ；查表下一地址，将结果送 r7 mov 33h, a ；将结果送 32h inc dptr mov 50h, dph ；将下一地址送 50h 和 51h mov 51h， dpl loop： lcall display ；调用显示程序 jb p1.0, loop1 ；k1 键未按下，转 loop1 lcall delay1 ；延时 10ms 消除抖动 jb p1.0, loop1 ；k1 键未按下，转 loop1 loop2 jnb p1.0, loop2 ；k1 键按下，顺序执行 k1 键功能 mov a, p0 mov p0 , #11h ；送 11h 到 p0 口，使两个方向的灯都亮红灯 clr tr0 ；定时器停止计数 mov 30h, #16h mov 31h, #16h mov 32h, #16h mov 33h, #16h anjian: jb p1.1, loop