单片机模拟交通灯毕业设计.docx

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单片机模拟交通灯毕业设计

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设计任务书

设计题目：

模拟交通灯

设计要求：

1.在十字路口的两个方向上各设一组红绿黄灯,显示顺序为：

其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯,另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。

2.设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通过或禁止通行的时间,其中左转灯、绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是15S、30S、3S、48S。

3.当各条路上任意一条出现特殊情况,例如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁,当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。

摘　　要

设计以单片机为核心部件的模拟交通灯，利用74LS244作为断码驱动器，74LS07作为位码驱动，LED七断数码管作为计时显示用，用发光二极管指示交通的通行，用按键进行紧急事件的发生，使两个方向都亮红灯，绿灯亮通行，红灯亮停止通行。

本设计利用定时器进行定时，使定时器工作于方式一定时50ms，配合软件计数器，调用中断程序使定时器定时20此，达到定时1S的目的，同时调用显示程序，显示到计时的时间，用单片机Intel89S51作为核心部件,8路74ls244总线驱动器作为字形驱动芯片和6路驱动74ls07位选码作为中心器件来设计交通灯控制器，实现了交通灯的控制，显示时间直接通过89S51的P0、P1口输出；交通灯信号通过P3口输出；按件通过p3口输入，本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。

关键词：

单片机，交通灯，位码，段码，显示

目　　录

摘　　要II

1单片机的发展及应用1

1.1单片机的发展1

1.2单片机的应用1

2总体方案设计3

2.1系统框图3

2.2计时控制方案3

2.3显示控制方案3

2.4键盘控制方案4

3硬件设计5

3.189S51单片机的简介5

3.289S51单片机的引脚6

3.389S51单片机复位方式7

3.474LS244的功能7

3.574LS07的功能8

3.6键盘接口工作原理9

3.7七段LED显示工作原理10

3.8电路原理11

4软件设计13

4.1定时１秒的方法13

4.2定时器初值计算13

4.3主程序模块13

4.4中断服务程序模块15

4.5显示程序模块16

5系统调试18

6结论20

致　　谢21

参考文献22

附　录A23

1单片机的发展及应用

1.1单片机的发展

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。

1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片微型计算机即单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。

单片机的发展分为4个阶段：

第一阶段（1974—76年）：

单片机初级阶段。

因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。

例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口

第二阶段（1976—78年）：

低性能单片机阶段。

以Intel公司生产的MCS——48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器计数器，并行IO接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单

而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。

第三阶段（1978—83）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。

多级中断系统，16位定时器计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有AD转换器。

第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32位单片机推出阶段。

此阶段的主要特征是：

一方面发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同的客户要求。

2总体方案设计

2.1系统框图

交通灯控制的总体设计框图如图2.1所示。

图2.1系统框图

2.2计时控制方案

利用MCS-51内部的定时器计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。

该方案节省硬件成本，切能够使读者在定时器计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，

2.3显示控制方案

显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。

该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。

LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描89S51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。

2.4键盘控制方案

键盘分为独立式键盘和行列式键盘，独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一跟IO接口线，IO接口线浪费较大，在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一根IO接口线上，故只在按键数量不多时采用。

而行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通，而是通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省IO接口。

本设计采用两个按键，所以这里选用独立式键。

盘

3硬件设计

3.189S51单片机的简介

89S51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：

图3.1单片机内部结构示意图

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）

    89S51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）

89S51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：

89S51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（IO）口：

89S51共有4组8位IO口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

6、中断系统

89S51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。

3.289S51单片机的引脚

89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89S51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为IO接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.89S51单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示.

图3.289S51引脚分配图

89S51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。

89S51单片机的外接晶体引脚有以下两种:

（1）XTAL1：

片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。

采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。

（2）XTAL2：

片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。

采用外部振荡器时，该引脚悬空。

外接晶体引脚。

控制线89S51单片机的控制线有以下几种：

（1）RST：

复位输入端，高电平有效。

（2）ALEPROG：

地址锁存允许编程线。

（3）PSEN：

外部程序存储器的读选通线。

（4）EAVpp：

片外ROM允许访问端编程电源端。

3.389S51单片机复位方式

单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位.复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.

（2）89S51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET（RST）引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位.复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变.复位电路一般有上电复位

、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.a.上电复位电路b.手动复位电路c.自动复位电路

图3.3单片机复位电路

3.474LS244的功能

74LS244是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图3.4所示，G为控制端，又称为使能端其工作原理如下：

当G=0时，A输入为低电平时，Y输出也为低电平。

当G=0时，A输入为高电平时，Y输出为高电平。

当G=1时，A不论输入高电平还是低电平Y为高阻状态

功能表如表3.1所示：

表3.174LS244的功能表

图3.474LS244管脚图

3.574LS07的功能

74LS07是六缓冲的数码驱动器，它是有6个集电极开路的非门所组成，管脚分布如图3.5所示，其工作原理如下，当使能端为低电平时，输入为高电平时输出也为高电平，当输入为低电平时输出也为低电平，其逻辑表达式为：

Y=A

图3.574LS07管脚图

3.6键盘接口工作原理

在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、内存地址、命令及指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。

3.6.1按键开关的去除抖动功能

目前,MCS—51单片机应用系统上的按键常采用机械触点

式按键,它在断开、闭合时输入电压波形如图3.6所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般为5~10ms。

由于抖动，会造成被查询的开关状态无法准确读出。

例如，一次按键产生的正确开关状态，由于键的抖动，CPU多次采集到底电平信号，会被误认为按键被多次按下，就会多次进行键输入操作，这是不允许的。

为了保证CPU对键的一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理，必须消除产生的前沿（后沿）抖动影响。

图3.6按键过程

3.6.2独立式键盘的接口电路

独立式键盘的接口电路：

在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息。

这时，可将每个按键直接接在一根IO接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。

如图3.7所示，每个独立按键单独占有一根IO接口线，每根IO接口线的工作状态不会影响到其他IO接口线。

这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根IO线，IO接口线浪费较大。

故只在按键数量不多时采用这种按键电路。

在此电路中，按键输入都采用低电平有效。

上拉电阻保证了按键断开时，IO接口线有确定的高电平。

当IO接口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。

图3.7独立式键盘电路

3.7七段LED显示工作原理

LED显示器是由发光二极管显示字段的MCS-51单片机输出设备。

单片机应用系统常采用七段LED数码管作为显示器，这重显示器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。

因此应用比较广泛。

LED数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种结构。

（1）共阴极结构