单片机模拟交通灯毕业设计.docx

1、单片机模拟交通灯毕业设计以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。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

2、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

3、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 II1 单片机的发展及应用 11.1 单片机的发展 11.2单片机的应用 12 总体方案设计 32.1系统框图 32.2 计时控制方案 32.3 显示控制方案 32.4 键盘控制方案 43 硬件设计 53.1 89S51单片机的简介 53.2 89S51单片机的引脚 63.3 89S51单片机复位方式 73.4 74LS244的功能 73.5 74LS07的功能 83.6 键盘接口工作原理 93.7 七段LED显示工作原理 103.8 电路

4、原理 114 软件设计 134.1 定时秒的方法 134.2 定时器初值计算 134.3 主程序模块 134.4 中断服务程序模块 154.5 显示程序模块 165 系统调试 186 结 论 20致谢 21参考文献 22附录A 231 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（197476年）：单片机初级阶段。因

5、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（197678年）：低性能单片机阶段。以Intel公司生产的MCS48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（197883）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

6、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

7、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

8、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3.1 89S51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

9、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(

10、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。3.2 89S51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3.2 89S51引脚分配图 89S51单机的电源线有以下两种：（1） VCC：+5

11、V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。 3.3 89S51单片机复位方式

12、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3.4 74L

13、S244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3.1 74LS244的功能表 图3.4 74LS244管脚图3.5 74LS07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=

14、A 图3.5 74LS07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, MCS51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510ms。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C

15、PU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