基于单片机的交通灯的设计

基于单片机的交通灯的设计内容摘要：

，并具有 2级的优先级别选择。 其外引脚功能见表 31 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 8 页 共 40 页 表 31 AT89C52 引脚功能 引脚名称 引脚功能 P0 口八位双向端口线 P1 口八位双向端口线 P2 口八位双向端口线 P3 口八位双向端口线 ALE 地址锁存控制信号 psen 外部程 序存储器读选通信号 ea 访问程序存储控制信号 RST 复位信号 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体引线端 由于工艺标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的。 为了满足实际需要部分信号引脚被赋予双重功能，即第一功能和第二功能。 最常用是 8 条 P3口所提供的第二功能，在本设计中将也会用到一部分第二功能，如表 32 所示。 表 32 P3 各引脚的第二功能 第一功能 第二功能 第二功能信号名称 RXD 串行数据接收 TXD 串行数据发送 int0 外部中断 0 申请 int1 外部中断 1 申请 T0 定时 /计数器 0 外部输入 T1 定时 /计数器 1 的外部输入 wr 外部 RAM 或外部 I/O 写选通 rd 外部 RAM 或外部 I/0 读选通 AT89C52 单片机的信号流向电路图及工作原理 通过以单片机 AT89C52 为核心，用 4组 TRAFFIC 型号的灯代替交通灯， P1 端口 允许端接低电平， 因此使其点亮相应输入端为低电平。 4 个两位集成数码管的位选端分别接到 P2 口，段选端分别与 P0 口相连。 当遇到紧急情况时 ， 外部中断 0 发生响应， 两个方向上的红灯 都 亮，以便 处理紧急事件 ，假设 紧急是 通过路口的时间为 10 秒， 紧急 过后，交通灯恢复中断前的状态 ，当有特殊 车到达时， 外部中断 1发生响应，某一干道 上红灯亮 ，另一干道上绿灯亮 ，以便让 特殊 车通过，假设 特殊 车通过路口的时间为 5秒， 特殊 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 9 页 共 40 页 车通过后，交通灯恢复中断前的状态。 图 32 AT89C52 单片机的信号流向电路图 如 图 32所示，单片机正常工作情况下，从 到 的 6 个端口输出的高电平，使交通灯点亮。 从 到 的 8 个端口输出的低电平信号输入数码管使能端和 到 的两个端口输出的高电平输入数码管的选通端共同控制外部数码管电路的正常工作，而从。 单片机时钟 电路 单片机时钟电路是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应该在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。 时钟电路用于产生单片机工作的时钟信号。 时钟电路工作原理 在 MCS51系列单片机内部有个高增益反相放大器，器输入引脚为 XTAL1，其输出端引脚为 XTAL2。 只要在 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，就可以构成一个稳定的自激振荡器，如图 33所示。 时钟电路工参数及计算 时钟电路一般的，电容 C1和 C2 取 30pF 左右；晶体振荡器的频率范围是。 由于晶体振荡频率越高，系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。 因此去振荡频率为 12MHz。 单片机 采用 晶振频率 为 12MHZ 的 振荡周期 (或外部引 入的时钟周期 ) 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 10 页 共 40 页 为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。 振荡频率二分频后形成状态周期。 图 33 时钟振荡电路 或称 s周期，所以， 1个状态周期包含有 2个振荡周期。 振荡频率 foscl2 分频后形成机器周期 MC。 所以， 1个机器周期包含有 6 个状态周期或 12个振荡周期。 1个到 4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。 AT89C52 单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在 1 个到 2个机器周期之间。 4 种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值 (例如，波特率、定时器的定时时间等 )的基本时序单位。 下面是单片机 分别 外接晶振频率 12MHZ 时 的各种时序单位的大小 : 振荡周期＝ 1/fosc=1/12MHZ= 状态周期 =fosc2= MHz122 = 机器周期 =fosc12= MHz1212 =1us 指令周期 =(1～ 4)机器周期 =1～ 4us。 时钟电路如图 34 所示。 单片机复位电路 无论是在单片机刚开始接上电源时还是断电后 或者发生故障都要复位。 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 PC=000H,使单片机从程序储存器的第一个单元取指令执行。 单片机的复位的条件是：必须使 RST（第 9引脚）加上持续周期（即 24 个脉冲震荡 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 11 页 共 40 页 周期）以上的高电平。 若时钟频率为 12MHz，每个机器周期为 1uS,则需要加上持续 2uS以上时间周期的高电平。 上电复位 要求电源接通后，单片机自动复位 ，其 上电位复位电路如图 35所示。 图 34 内部时钟电路图 图 35 上电复位电路图 交通灯循环显示电路 交通灯可以通过电流的不同显示不同的颜色，从而指示系统的状态，让人们对该时刻的情况做出正确的判断以及处理，一般它显示的颜色有红光、绿光，蓝光、黄光等等。 而本设计采用的交通灯显示的颜色是红光、黄光、绿光。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 12 页 共 40 页 图 36 发光二极管循环显示电路图 根据要求 设计的 循环显示电路如图 36 所示。 12 个交通灯其工作过程为， 当 的为高电平时，直接 从从 端接线端标号 P1 输入对应的交通灯标号 P1 出对应的红灯而点亮控制的东西方向红灯 ，其余端口原理与上述相同。 数码管显示电路 数 码管显示原理 LED 数码管外部结构及管脚图 3图 38 所示，而三极管本身可分为共阳极和共阴极两种结构，本设计使用的是共阳极数码管。 共阳极数码管内部结构如图 39 所示， 8 个发光二极管的阳极所示， 8 个发光二极管的阳极连接在一起，作用为公共控制端（ ） ,接高电平。 阴极作为“段”控制端，显示不同的字符。 如显示一时， b、 c两端接低电平，其它各段接高电平。 数码管显示电路 数码管显示电路如图 310 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 13 页 共 40 页 图 37 LED 数码管 图 38 数码管引脚 图 39 共阳极数码管内部结构 如图 310 所示，数码管的显示电路有四个两位的 7 段数码管组成，从左到右分别表示东南西北四个方向的倒计时显示，并利用 P2 口同时控制四个数码管内的每段二极管被点亮和利用 P0口同时驱动四个数码管的个位或十位被点亮，又因为 P0口做输出端，所以必须接上拉电阻才有高电平输出。 综合上述，由于采用的是共阳极数码管，所以当 端口为低电平时，对应的四个数码管的“ a” 段二极管同时被点亮，其余端口指示数码管内的二极管被点亮原理与上述相同。 并 由于采用的是动态驱动方式，所以当 为高电平时，数码管的十位被驱动，当 为高电平时，数码管的个位被驱动，又因为个位与十位间的延时时间很短，所以从肉眼看数码管的个位和十位可近似为同时被驱 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 14 页 共 40 页 动进行倒计时。 图 310 数码管显示电路图 中断电路 中断是通过该改 CPU 的运行方向。 计算机在执行程序的过程中，外部设备向 CPU 发出中断请求信号，要求 CPU 暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来的被中断的程序。 这种程序在执行过程中由于外界原因而被中间打断的情 况。 在 AT89C51 中，中断源有 5个，分别为外部中断 0INT 、外部中断 1 请求 1INT 、 T0溢出中断请求 TFO、 T1 溢出中断和串行口中断请求 RI 或 TI。 本设计采用中断源 0INT 和 1INT 两个。 中断 电路如图 311 所示。 根据图 311 所示，由 P3口的第二功能可知， 和 分别控制交通灯的紧急情况和特殊情况，当按下 端口的按钮， 口被 送入低电平信号到单片机，外部中断 0发生相应，系统进入紧急情况状态，当中断倒计时时间到时，系统恢复到原有状 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 15 页 共 40 页 图 38 中断电路图 态；当按下 端口的按钮， 口被送入低电平信号到单片机，外部中断 1 发生相应，系统进入特殊情况状态，当中断倒计时时间到时，系统恢复到原有状态。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 16 页 共 40 页 第 4 章 软件设计 系统的软件设计也是工具系统功能的设计。 单片机软件的设计主要包括执行软件的设计和监控软件的设计。 单片机的软件设计通常要考虑 根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理的总体结构，使软件开发 清晰、简洁和流程合理； 子程序设计 子程序包括显示子程序和状态子程序，分别用于数码管显示和状态转换。 数码管显示 如下图 41 所示。 图 41 显示灯流程图 子程序 void display() //数码管倒计时显示 { P0=0xfd； P2=led[temp/。