【毕业论文】基于51单片机的交通灯控制（WORD档）P52

1、.大学毕业设计（论文）题 目 基于51单片机的交通灯控制学生姓名 . 指导老师 . 所 属 系 电子工程学院 专 业 电子工程 年 级 .级 学 号 基于51单片机的交通灯控制摘 要十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，那么靠什么来实现着井然有序呢，靠的就是交通信号灯的自动指挥系统，在日常生活中交通信号灯的使用，使交通得以有效管理，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。交通灯控制系统由stc90c58ad单片机，键盘，led显示，交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置，led显示功能，使交通实现有效控制,从而提高交通灯控制系统的总体

2、能力和综合应用能力。交通灯的使用从某种程度上也反映了一个城市的文明程度，和经济实力，以及综合实力。关键词 交通信号灯/stc90c58ad/单片机/led/有效控制traffic lights control based on51single chip micro computerabstract crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers lane, people walkways, everything in good order and well arranged, so what to achieve i

3、n order? is the traffic lights on the automatic command system, the use of traffic lights in everyday life, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. the traffic light control system consists of

4、 stc90c58ad single-chip microcomputer, keyboard, led display, traffic lights delay. the system in addition to the basic traffic lights function, but also with the time setting, led display function, realize the effective control of traffic, so as to improve the overall capability of traffic light co

5、ntrol system and comprehensive application ability. the use of traffic lights in some extent also reflects the degree of civilization of a city, and the economic strength, and the comprehensive strength.key words traffic signal lamp, stc90c58ad, mcu, led, effective control 目 录 摘 要iabstractii1 前言11.1

6、 选题背景11.2 交通灯的分类11.3 交通灯功能简介21.4 路口交通简介21.5 单片机的发展41.5.1 单片机的发展历史41.6 单片机的发展趋势51.6.1 cmos化51.6.2 低功耗化51.6.3 低噪声与高可靠性51.6.4 高性能化61.6.5 小容量、低价格化61.6.6 外围电路内装化61.6.7 串行扩展技术61.6.8 集成化62 芯片简介82.1 mcs-51单片机内部结构82.1.1 中央处理器82.1.2 数据存储器(ram)82.1.3 程序存储器(rom)92.1.4 定时/计数器(rom)92.1.5 并行输入输出(i/o)口92.1.6中断系统92.

7、1.7 时钟电路92.2 单片机的结构92.2.1 mcs-51整体说明102.2.2 mcs-51的引脚说明102.3 8255芯片简介122.3.1 8255可编程并行接口芯片简介122.3.2 8255可编程并行接口芯片工作方式说明132.4 74ls373简介132.4.1 74ls373管脚示意图132.4.2 8051单片机引脚图及引脚功能介绍143 系统硬件设计153.1 交通灯状态153.2 硬件设计图153.2.1 硬件设计框图153.2.2 整个系统的的电路图163.2.3 最小系统163.2.4 交通灯电路图173.2.5 控制电路图183.2.6 倒计时电路图193.3

8、 硬件设计203.3.1 单片机结构203.3.2 单片机的选择203.4 单片机最小系统233.5 led显示电路264 软件结构及说明274.1 系统流程图274.2 定时器原理284.3 软件定时原理294.4 硬件定时原理294.5 程序设计模块294.6 t0中断子程序304.7 int0中断子程序315 调试与功能说明325.1 调试与分析325.2 调试故障分析326 结束语346.1 全文总结346.2 工作展望34致谢36参考文献37附录1 系统部分源程序38附录2 系统整体电路图44附录3 系统仿真电路图451 前言1.1 选题背景随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起

9、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，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。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。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况

10、的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。，当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切 相连。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技 术革新。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什 么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次技术革命。目前，单片机仍以其高可靠性、高性价比，在工业控制系统、数据采集系统、智能画仪器仪表、智能家电

11、等诸多领域得到了广泛的应用,本文就是利用单片机完成一个简易的交通灯控制系统，本设计方案的这种十字路口控制器较为简单，用红、黄、 绿三种颜色的led灯代替了交通灯，加上一个倒计时显示计时器来控制，只能完成一些简单的交通灯控制。1.2 交通灯的分类 交通灯包括交通信号灯、交通工具信号灯和交通工具照明灯三类。 交通信号灯：它是为管理交通工具和行人的动向，传达一种命令而设置的一类固定不动的灯具。交通信号包括用灯光的颜色、闪烁和排列组合成的灯光信号和能显示发光文字、符号的灯光标志两种。后者只用于陆上道路交通中，起指示限速、导向和表示道路情况等的作用。交通信号灯可按交通的种类分为：用于陆上交通的铁路信号灯

12、、道路交通信号灯，用于水上交通的航标灯（大型的称灯塔）和用于空中交通的机场灯、障碍灯等。 交通工具信号灯：它是安装在交通工具上以显示其存在和运动状态的一类灯具。包括飞机灯、船灯、火车灯和汽车灯。 交通工具照明灯：它是安装在交通工具内部或外部起照明作用的灯具。其中照明前方或搜索目标的一类灯具称强光照明灯，它们有规定的光分布，如火车和汽车上的前照灯、船用探照灯、苏伊士运河灯和飞机的着陆滑行灯等。 不同类型的交通灯的外形、结构、光源、光分布和供电方式等有所不同，但光色和外壳防护性能基本相同。1.3 交通灯功能简介本方案的交通灯就是一个简易的交通指示灯控制系统，万用电路板，led灯，单片机，电阻等构成

13、。 开机时，系统为显示状态，四个路口数码管从默认的倒计时时间（本系统四个路口都为30s）开始倒计时； 显示状态时，led板数码管开始倒计时显示南北红灯亮30秒，东西绿灯亮25秒，南北黄灯亮5秒，之后转为南北绿灯亮25秒，东西红灯亮30秒，东西黄灯亮5秒，依次循环往复。1.4 路口交通简介十字路口交通情况如图1.1所示: 图1.1 路口交通示意图（注：r表示车辆右拐 l：表示车辆左拐 s:表示车辆直行 p:表示人行 数字1、2、3、4表示路口1、2、3、4）图1.1中，常规交通灯的绿灯亮状态（通行）顺序如图1.2所示: 图1.2 常规交通灯的绿灯亮状态（通行）顺序示意图其中，“1-2p”表示1p

14、和2p可以通过路口2通行；“2-3”表示2p和3p可以通过路口3通行；“3-4p”表示3p和4p可以通过路口4通行；“4-1p”表示4p和1p可以通过路口1通行。1.5 单片机的发展 单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 1.5.1 单片机的发展历史如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以intel公司的mcs 48为代表。mcs48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有motorola 、zilog等，都取得了满意的效果

15、。这就是scm的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。 （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。intel公司在mcs48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列mcs 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。mcs-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 cpu外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶

16、段，也是单片机向微控制器发展的阶段。intel公司推出的mcs96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着mcs51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80c51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道a/d转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。（4）第四阶段（1990至今）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 1.6 单片机的发展趋势

17、目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着cmos化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。1.6.1 cmos化 近年，由于chmos技术的进小，大大地促进了单片机的cmos化。cmos芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80c51取代8051为标准mcu芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用cmos（金属栅氧化物）半导体工艺生产。cmos电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极型半导体工艺的ttl电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的

18、提高，又出现了hmos（高密度、高速度mos）和chmos工艺。chmos和hmos工艺的结合。目前生产的chmos电路已达到lsttl的速度，传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于ttl电路。因而，在单片机领域cmos正在逐渐取代ttl电路。1.6.2 低功耗化 单片机的功耗已从ma级，甚至1ua以下；使用电压在36v之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。低电压化，几乎所有的单片机都有wait、stop等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在36v范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12v。目前0.8

19、v供电的单片机已经问世。1.6.3 低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。大容量化 以往单片机内的rom为1kb 4kb，ram为64128b。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内rom最大可达64kb，ram最大为2kb。 1.6.4 高性能化 主要是指进一步改进cpu的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（risc）结构和流水线技术，可以大幅度

20、提高运行速度。现指令速度最高者已达100mips（million instruction per seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其i/o功能，由此引入了虚拟外设的新概念。1.6.5 小容量、低价格化 与上述相反，以4位、8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。1.6.6 外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件

21、集成在片内。除了一般必须具有的cpu、rom、ram、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、dma控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。1.6.7 串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位otp（one time programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是i c、spi等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。1.6.8 集成化随着半导体集成工艺的不断发

22、展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80c51系列是其中的佼佼者，加之intel公司将其mcs 51系列中的80c51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名ic制造厂商，如philips、 nec、atmel、amd、华邦等，这些公司都在保持与80c51单片机兼容的基础上改善了80c51的许多特性。这样，80c51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80c51系列。80c51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的mcu品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80c51可能最终形成事实上的标准mcu

23、芯片。2 芯片简介2.1 mcs-51单片机内部结构8051是mcs-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051内部结构如图2.1所示：图2.1 8051内部结构示意图8051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，现在分别加以说明：2.1.1 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。2.1.2

24、数据存储器(ram)8051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。2.1.3 程序存储器(rom)8051共有4096个8位掩膜rom，用于存放用户程序，原始数据或表格。2.1.4 定时/计数器(rom8051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。2.1.5 并行输入输出(i/o)口8051共有4组8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于对外部数据的

25、传输。全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。2.1.6中断系统8051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。2.1.7 时钟电路8051内置最高频率达12mhz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。2.2 单片机的结构单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结

26、构，即普林斯顿(princeton)结构。intel的mcs-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的mcs-96系列单片机则采用普林斯顿结构。mcs-51系列单片机的内部结构示意如图2.2所示。 图2.2 mcs-51单片机内部结构示意图2.2.2 mcs-51的引脚说明mcs-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40pin封装的双列直接dip结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个i/o口，中断口线与p3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图2.3：图2.3 mcs-51单片机引脚示意

27、图reset/vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在reset引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器pc指向0000h，p0-p3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07h，其它专用寄存器被清“0”。reset由高电平下降为低电平后，系统即从0000h地址开始执行程序。然而，初始复位不改变ram（包括工作寄存器r0-r7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见图2.4。此外，reset/vpd还是一复用脚，vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部ram的数据不丢失。 图2.4 8051复位

28、图和时钟电路图/ale 当访问外部程序器时，ale(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ale端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ale会跳过一个脉冲。如果单片机是eprom，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，pc的16位地址数据将出现在p0和p2口上，外部程序存储器则把指令数据放到p0口上，由cpu读入并执行。/ea/vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kb的程序存储器，当ea为高电平并

29、且程序地址小于4kb时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kb地址则读取外部指令数据。如ea为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,ea端必须接地。在编程时，ea/vpp脚还需加上21v的编程电压。2.3 8255芯片简介2.3.1 8255可编程并行接口芯片简介8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即a口、b口和c口，对应于引脚pa7pa0、pb7pb0和pc7pc0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常a口、b口作为输入输出的数据端口。c口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁

30、存器。它们分别与端口a/b配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是c口按位置位/复位控制字。其中c口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如表2.1：表2.1 方式控制字格式d7d6d5d4d3d2d1d0 d7：设定工作方式标志，1有效。 d6、d5：a口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 d4：a口功能 （1=输入，0=输出） d3：c口高4位功能 （1=输入，0=输出） d2：b口方式

31、选择 （0=方式0，1=方式1） d1：b口功能 （1=输入，0=输出）d0：c口低4位功能 （1=输入，0=输出）2.3.2 8255可编程并行接口芯片工作方式说明 方式0：基本输入/输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式1：选通输入/输出方式。这时a口或b口的8位外设线用作输入或输出，c口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式2 ：双向总线方式。只有a口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时c口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。2.4 74ls373简介2.4.1 74ls373管脚示意图

32、74ls373 是一种带三态门的8d锁存器，其管脚示意如图2.5所示。其中：1d-8d为8个输入端。 1q-8q为8个输出端。 le为数据打入端：当le为“1”时，锁存器输出 输出状态同输入状态；当le由“1”变“0”时，数据 打入锁存器 oe为输出允许端：当oe=0时，三态门打开； 当oe=1时，三态门关闭，输出高阻。图2.5 74ls373管脚示意图2.4.2 8051单片机引脚图及引脚功能介绍8051单片机引脚功能介绍：40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和i/o引脚。1. 电源: （1） vcc - 芯片电源，接+5v；（2）vss - 接地端；注：用万用表测试单片

33、机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的ttl电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。2. 时钟:xtal1、xtal2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。3. 控制线:控制线共有4根，（1） /ale/prog:地址锁存允许/片内eprom编程脉冲 /ale功能：用来锁存p0口送出的低8位地址 /prog功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，此引脚输入编程脉冲。（2）/psen:外rom读选通信号。（3）rst/vpd:复位/备用电源。 rst（re

34、set）功能：复位信号输入端。 vpd功能：在vcc掉电情况下，接备用电源。（4） /ea/vpp:内外rom选择/片内eprom编程电源。 ea功能：内外rom选择端。 vpp功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，施加编程电源vpp。4. i/o线80c51共有4个8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32个引脚。p3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 3 系统硬件设计3.1 交通灯状态交通灯状态图如图3.1所示: b北绿灯黄灯红灯 红灯 绿灯a 黄灯 绿灯a绿灯 红灯 红灯黄灯绿灯b 图3.1 交通灯状态示意图s1：东西通行，南北禁止

35、s2：南北通行，东西禁止s1状态30秒，s2状态30秒，黄灯亮5秒，循环执行。3.2 硬件设计图3.2.1 硬件设计框图硬件设计框图如图3.2所示：图3.2 硬件设计框图3.2.2 整个系统的的电路图整个系统电路图有最小系统电路，倒计时电路，交通灯单路，控制电路图构成。电路图如图3.3所示： 图3.3 系统电路图3.2.3 最小系统最小系统由时钟电路和复位电路，单片机，电源等组成，电路图如图3.4所示： 图3.4 最小系统电路图3.2.4 交通灯电路图交通灯有四组共12个led灯组成，红，黄，绿灯各四个，南北红灯亮30秒，东西绿灯亮25秒，东西黄灯亮5秒，然后东西红灯亮30秒，南北绿灯亮25秒

36、，南北亮5秒，依次循环往复。电路图如图3.5所示： 图3.5 交通灯电路图3.2.5 控制电路图控制电路图如图3.6所示： 图3.6 控制电路图3.2.6 倒计时电路图倒计时电路图，具体内容为红灯亮30秒，黄灯亮5秒，緑灯亮25秒，一次循环进行。电路图如图3.7所示： 图3.7 倒计时电路图3.3 硬件设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性；软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。3.3.1 单片机结构本设计以单片机为控制核心，采

37、用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。键盘及状态显示，开关键盘输入交通灯初始时间，通过单片机p1输入到系统。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。3.3.2 单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：

38、中央处理器、存储器和i/o接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。下面介绍一下单片机的主要应用领域和特点。（1）家用电器领域 用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）办公自动化领域 单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。（3）商业应用领域 商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测

39、系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。（4）工业自动化 在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。（5）智能仪表与集成智能传感器 目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。（6）现代交通与航空航天领域

40、通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为stc90c58的单片机。因为：stc90c58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flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-52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at89c52

41、提供了高性价比的解决方案。stc90c58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，stc90c58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。pin9:reset/vpd复位信号复用脚，当8052通电，时钟电路开始工作，在reset引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器pc指向0000h，p0-p3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07h，其它专用寄存

42、器被清“0”。reset由高电平下降为低电平后，系统即从0000h地址开始执行程序。然而，初始复位不改变ram（包括工作寄存器r0-r7）的状态，8052的初始态。8052的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见图3.8。此外，reset/vpd还是一复用脚，vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部ram的数据不丢失。 图3.8 8051复位电路图和时钟电路图3.4 单片机最小系统单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统应包括单片机、晶振电路、复位电路。下面介绍51单片机的最小系统电路图3.9所示： 图3.9 单片机最小系

43、统图单片机的最小系统是由电源、复位、时钟，下面介绍一下每一个组成部分。1. 电源引脚 vcc40电源端gnd20接地端工作电压为5v，另有at89lv51工作电压则是2.7-6v, 引脚功能一样。时钟电路如图3.10所示： 图 3.10 时钟电路图2. 时钟电路xtal1是片内振荡器的反相放大器输入端，xtal2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到xtal1，而xtal2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12mhz，时钟频率就为6mhz。晶振的频率可以在1mhz-24mhz内选择。电容取30pf左右。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

44、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22f。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。3. 复位电路在振荡

45、器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后p0p3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器sfr全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为rom的00h处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚rst通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的s5p2，由复位电路采样一次。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。当时钟频率选用6mhz时，c取22f，rs约为200，rk约为

46、1k。复位操作不会对内部ram有所影响。常用的复位电路如图3.11所示：图3.11 常用复位电路图4. 输入输出引脚(1) p0端口p0.0-p0.7 p0是一个8位漏极开路型双向i/o端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个ttl。对内部flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，p0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。(2) p1端口p1.0p1.7 p1是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到

47、高电平，作输入用。对内部flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。(3) p2端口p2.0p2.7 p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，p2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) p3端口p3.0p3.7 p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部flash程序存储

48、器编程时，接控制信息。除此之外p3端口还用于一些专门功能，具体见表3.1。表3.1 p3端口功能表p3引脚兼用功能p3.0串行通讯输入（rxd）p3.1串行通讯输出（txd）p3.2外部中断0（ int0）p3.3外部中断1（int1）p3.4定时器0输入(t0)p3.5定时器1输入(t1)p3.6外部数据存储器写选通/wrp3.7外部数据存储器写选通/rd 3.5 led显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管led显示器、液晶lcd显示器、crt显示器等。led显示器是现在最常用的显示器之一，如图3.1

49、2所示。图3.12 led显示器图发光二极管（led）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式led显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（led数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。led数码管有共阳、共阴之分。图3.13是共阳式、共阴式led数码管的原理图和符号。图3.13 共阳式数码管的原理图和数码管的符号图 4 软件结构及说明4.1 系统流程图系统流程图如图4.1所示：中断返回开始设置中断工作方式、触发方式、初始化是否有中断运行过程

50、执行中断yn图4.1 系统流程图4.2 定时器原理定时器工作的基本原理其实就是给初值，让它不断加1直至减完为模值，这个初值是送到th和tl中的。它是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值，即所要求的计数值设定为c，把计数初值设定为tc 可得到如下计算通式： tc=m-c （4.1）式中，m为计数器模值。计数值并不是目的，目的是时间值，设计1次的时间，即定时器计数脉冲的周期为t0，它是单片机系统主频周期的12倍，设要求的时间值为t，则有c=t/t0。计算通式变为： t=（mtc）t0 （4.2）模值和计数器工作方式有关。在方式0时m为81

51、92；在方式1时m的值为65536；在方式2和3为256。就此可以算出各种方式的最大延时。如单片机的主脉冲频率为12mhz，经过12分频后，若采用方式最大延时只有8.129毫秒，采用方式最大延时也只有65.536毫秒。这就是为什么扫描周期为50ms的原因，若使用软件则会耽搁程序流程，显然不可行。相反，时间计时方面却不可能只用计数器，因为显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。4.3 软件定时原理mcs-51的工作频率为12mhz，机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12mhz）=1us。我们可

52、以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。4.4 硬件定时原理本系统主要使用了外部中断，中断信号有引脚int0和int1输入，低电平有效，cpu每个时钟周期都会检测int0和int1上的信号，at89c51允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号，可由用户通过设置tcon中it0和it1位的状态来实现。以it0为例，it0=0，为电平触发方式，it0=1，为负边沿触发方式，本设计采用电平方式，ie0为其中断标志位，有中断信号则置位，中断服务子程序响应后，ie0自动清零。ie中

53、的ea为允许中断的总控制位，为1开启，ex0为外部中断允许控制位，为1开启。在优先级的允许下，一旦有外部中断信号产生，单片机cpu首先保护断点，pc值进栈，然后执行相应的中断服务子程序，执行完后，用reti指令返回，此时cpu会从堆栈中取保存的断点地址，送回pc，程序再正常执行。4.5 程序设计模块数码管显示子程序流程图如图4.2所示：图4.2 数码管显示子程序流程图4.6 t0中断子程序流程图t0中断子程序流程图如图4.3所示：定时计数初值50ms计数(count)加1判断1s(count=20?)到否count清0time_sn-;time_ew-恢复现场中断返回ny图4.3 t0中断子程序流程图如图4.7 in