基于51单片机的交通灯的设计

东 北 林 业 大 学单 片 机 原 理 实 验 课 程 设 计总 结 报 告设 计 项 目 ： 基于 51 单片机的交通灯的设计 项目完成人： 罗鹏、孙思楚 指 导 教 师 ： 赵 伟 教授 学 院： 机电工程学院 专 业： 电子信息工程 2009 级 3 班 2011 年 11 月 30 日综合电子课程设计任务书学生姓名 罗鹏 学号 20094507 专业（班级） 电子信息三班学生姓名 孙思楚 学号 20094448 专业（班级） 电子信息三班设计项目 基于 AT89C51 单片机的电子交通灯的设计设计内容通过 8*8 点阵简单实现直行、转弯的交通指挥设计显示年、月、日、星期、时、分、秒能够通过键盘输入日期和时间的初值通过功能键能够实现数据储存、查询、上传（串行通讯）功能通过功能键能够实现外中断和定时中断功能主要技术指标和要求希望通过此次单片机课程设计提高我们单片机程序设计的能力，熟悉 51 单片机运行模式，最终完成我们所选的设计，更为以后的毕业设计打下良好的基础。设计所用仪器设备蓝海微芯 单片机板 LJD-SY 5200PC 机工作计划熟悉实验设备、收集资料：2 天设计实验：12 天编写课程设计报告：4 天参考资料赵伟单片机原理及应用教程 东北林业大学出版社指导教师签字基于 AT89C51 单片机的电子交通灯的设计摘 要本 设 计 主 要 研 究 一 种 基 于 AT89C51 单 片 机 的 交 通 灯 的 设 计 方 案 。 交 通 的 出 现 有效 地 管 制 了 交 通 ， 为 人 们 的 出 行 提 供 了 便 捷 与 安 全 的 保 障 ， 为 道 路 提 供 了 交 通 运 输 能力 ， 减 小 了 交 通 事 故 的 发 生 频 率 。近 年 来 随 着 科 技 的 飞 速 发 展 ， 单 片 机 的 应 用 正 在 不 断 深 入 ， 同 时 带 动 传 统 控 制 检测 技 术 日 益 更 新 。 51 单 片 机 是 基 础 入 门 的 一 个 单 片 机 ， 也 是 应 用 最 广 泛 的 一 种 。8051 单 片 机 是 常 用 于 控 制 的 芯 片 ， 在 智 能 仪 器 仪 表 、 工 业 检 测 控 制 、 机 电 一 体 化 等 方面 取 得 了 令 人 瞩 目 的 成 果 ， 用 其 作 为 交 通 灯 控 制 系 统 的 实 例 也 很 多 。 使 用 8051 单 片机 能 够 实 现 交 通 灯 变 化 的 自 动 控 制 ， 而 且 8051 单 片 机 易 于 学 习 、 掌 握 、 性 价 比 高 。本 系 统 采 用 单 片 机 AT89C51 为 中 心 器 件 来 设 计 交 通 灯 控 制 器 ， 系 统 实 用 性 强 、 操作 简 单 、 扩 展 性 强 。 本 设 计 采 用 单 片 机 模 拟 十 字 路 口 交 通 灯 的 各 种 状 态 显 示 以 及 倒 计时 时 间 。 系 统 除 基 本 的 交 通 灯 功 能 外 ， 还 具 有 时 间 日 期 显 示 、 存 储 查 询 、 定 时 器 、 中断 显 示 等 功 能 。 在 设 计 中 我 们 应 用 LJD-SY-5200 单 片 机 实 验 系 统 做 系 统 仿 真 。 LJD-SY-5200 实验 系 统 具 有 丰 富 的 硬 件 资 源 。 本 设 计 采 用 AT89C51 单 片 机 控 制 可 编 程 芯 片 CH451 实现 交 通 灯 控 制 功 能 ， 并 实 现 键 盘 输 入 、 断 码 显 示 、 修 改 日 期 时 间 、 数 据 的 存 储 与 查 询 、定 时 器 中 断 等 功 能 。关键词：AT89C51；LJD-SY-5200 单片机芯片；交通灯 目 录摘要1 绪论 .11.1 引言 .11.2 系统方案设计 .11.3 系统方案论证与实现 .12 系统主要器件选型及依据 .32.1 数码管驱动及键盘控制芯片 CH451.32.2 DS1302 芯片简介 .42.3 LED8*8 点阵 .52.4 74HC573 芯片简介 .52.5 74HC138 芯片简介 .62.6 AT24C02A 芯片简介 .73 系统硬件设计 .83.1 系统的硬件设计总框图 .83.2 LED8*8 点阵交通灯界面 设计基础 .83.3 时间日期显示设计基础 .83.4 数据存储查询设计基础 .93.5 键盘显示模块设计基础 .104 系统软件设计 .114.1 系统主流程图 .114.2 LED8*8 点阵显示交通灯功能模块 .134.3 时间日期修改、显示功能模块 .144.4 数据记录显示功能模块 .154.5 数据存储显示功能模块 .165 结论 .17参考文献附录东北林业大学课程设计1基于 AT89C51 单片机的电子交通灯的设计1 绪论1.1 引言单 片 机 是 一 种 集 成 在 电 路 芯 片 ， 是 采 用 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 把 具 有 数 据 处 理 能力 的 中 央 处 理 器 CPU 随 机 存 储 器 RAM、 只 读 存 储 器 ROM、 多 种 I/O 口 和 中 断 系 统 、定 时 器 /计 时 器 等 功 能 ， 还 包 括 显 示 驱 动 电 路 、 脉 宽 调 制 电 路 、 模 拟 多 路 转 换 器 、A/D 转 换 器 等 电 路 ， 集 成 到 一 块 硅 片 上 构 成 的 一 个 小 而 完 善 的 计 算 机 系 统 。目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎 很 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单 片 机 的 踪迹 。 导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ， 工 业自 动 化 过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能 IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安全 保 障 系 统 ， 录 像 机 、 摄 像 机 、 全 自 动 洗 衣 机 的 控 制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 等以 及 自 动 控 制 领 域 的 机 器 人 、 智 能 仪 表 、 医 疗 器 械 和 各 种 智 能 机 械 。单 片 机 具 有 体 积 小 、 功 耗 低 、 控 制 功 能 强 、 扩 展 灵 活 、 微 型 化 和 使 用 方 便 等 优 点 ，广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 中 ， 结 合 不 同 类 型 的 传 感 器 ， 可 实 现 诸 如 电 压 、 功 率 等 物 理 量 的测 量 。 采 用 单 片 机 控 制 使 得 仪 器 仪 表 数 字 化 、 智 能 化 、 微 型 化 ， 且 功 能 比 起 采 用 电 子或 数 字 电 路 更 加 强 大 。单 片 机 经 过 1、 2、 3 代 的 发 展 ， 目 前 单 片 机 正 朝 着 高 性 能 和 多 品 种 方 向 发 展 ， 它们 的 CPU 功 能 在 增 强 ， 内 部 资 源 在 增 多 ， 引 脚 的 多 功 能 化 ， 以 及 低 电 压 底 功 耗 。信 号 灯 的 出 现 ， 使 交 通 得 以 有 效 管 制 ， 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 。 1968 年 ， 联 合 国 道 路 交 通 和 道 路 标 志 信 号 协 定 对 各种 信 号 灯 的 含 义 作 了 规 定 。 绿 灯 是 通 行 信 号 ， 面 对 绿 灯 的 车 辆 可 以 直 行 ， 左 转 弯 和 右转 弯 ， 除 非 另 一 种 标 志 禁 止 某 一 种 转 向 。 左 右 转 弯 车 辆 都 必 须 让 合 法 地 正 在 路 口 内 行驶 的 车 辆 和 过 人 行 横 道 的 行 人 优 先 通 行 。 红 灯 是 禁 行 信 号 ， 面 对 红 灯 的 车 辆 必 须 在 交叉 路 口 的 停 车 线 后 停 车 。 黄 灯 是 警 告 信 号 ， 面 对 黄 灯 的 车 辆 不 能 越 过 停 车 线 ， 但 车 辆已 十 分 接 近 停 车 线 而 不 能 安 全 停 车 时 可 以 进 入 交 叉 路 口 。1.2 系统方案设计利 用 控 制 芯 片 、 键 盘 显 示 模 块 、 时 钟 电 路 、 存 储 器 和 点 阵 等 分 别 实 现 ：（ 1） 通 过 8*8 点 阵 简 单 实 现 直 行 、 转 弯 的 交 通 指 挥 设 计（ 2） 显 示 年 、 月 、 日 、 星 期 、 时 、 分 、 秒（ 3） 能 够 通 过 键 盘 输 入 日 期 和 时 间 的 初 值（ 4） 通 过 功 能 键 实 现 数 据 储 存 、 查 询 、 上 传 （ 串 行 通 讯 ） 功 能（ 5） 通 过 功 能 键 实 现 外 中 断 和 定 时 中 断 功 能系 统 初 始 化 后 ， 点 阵 上 显 示 “电 ”“WHY NOT ?”。 通 过 功 能 键 能 实 现 日 期 和 时间 的 初 值 设 定 。 通 过 功 能 键 进 入 交 通 灯 状 态 ， 在 点 阵 上 显 示 “ 交 通 灯 ”、 “左 前 右 ”， 并 且 自 动 储 存 。系统框图如图 1-1 所示东北林业大学课程设计2图 1-1 系统框图1.3 系统方案论证与实现（1）方案论证： 倒 计 时 显 示 模 块方案 1：用液晶屏显示交通灯的各方倒计时功能，LCD 液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。显示清晰，实现功能全。但是开发板 P0 口同时作用在点阵和液晶上，不能同时用，故该方案舍弃。方案二：使用 8 为数码管作为交通灯倒计时，通过芯片 CH451，可实现当前交通倒计时功能显示，缺点是数码管显示数字，显示不灵活多变，需严格控制交通界面的时间来实现此倒计时功能。综上，LCD 液晶屏与点阵 IO 口冲突，会导致此设计出现故障。故选用方案二数码管作为倒计时模块。 交 通 状 态 显 示 模 块方 案 一 ： 利 用 8*8 点 阵 显 示 实 时 交 通 界 面 ， 可 利 用 几 个 方 格 代 替 几 个 方 向 ， 并 且 通 过点 阵 的 颜 色 控 制 ， 可 实 现 “红 ”“黄 ”“绿 ”三 种 颜 色 ， 与 现 实 交 通 灯 十 分 接 近 ， 也 一目 了 然 。 故 此 方 案 可 行 性 相 当 之 高 。方 案 二 ： 使 用 LCD 液 晶 屏 作 为 交 通 状 态 显 示 ， LCD 液 晶 屏 显 示 内 容 丰 富 ， 多 样 。但 是 它 不 能 实 现 多 种 颜 色 的 切 换 ， 单 调 ， 而 且 也 不 明 显 。 现 实 生 活 中 的 交 通 灯 采 用 点阵 ， 故 此 方 案 实 用 价 值 不 高 。综 上 ， 故 选 用 方 案 一 点 阵 显 示 当 前 交 通 状 态 ， 更 形 象 ， 更 切 实 际 。（2）系统方案实现：系统主要由硬件和软件两大部分构成，其中硬件主要由单片机芯片上 LED8*8 点阵、LCD 部分、键盘及 LED 部分、信息按钮部分构成。软件部分是由 keil 编写的一个汇编程序，然后利用单片机芯片上的串口将程序下载到单片机芯片板中进行各部分功能的实现，具有良好的人机界面，便于使用。由于显示年、月、日、星期、时、分、秒，能够通过键盘输入日期和时间的初值，通过功能键实现数据储存、查询、上传（串行通讯）功能，通过功能键实现外中断和定时中断功能，通过功能键实现交通灯左转、右转、直行等功能。89C51ROM24C028*8 点阵时钟电路 LCD 液晶屏8 段数码管CH451键盘电 源 模 块东北林业大学课程设计32 系统主要器件选型及依据2.1 数码管驱动及键盘控制芯片 CH451CH451 是 一 个 多 功 能 外 围 芯 片 ， 通 过 可 以 级 联 的 4 线 串 行 接 口 与 单 片 机 、DSP、 微 处 理 器 等 交 换 数 据 。 CH451 包 含 三 个 功 能 ： 数 码 管 显 示 驱 动 、 键 盘 扫 描 控 制 、 P 监 控 ， 三 个 功 能 之 间 相 互 独 立 ， 单 片 机 可 以 通 过 操 作 命 令 分 别 启 用 、 关 闭 、 设 定CH451 的 任 何 一 个 功 能 。 CH451 的 串 行 接 口 是 由 硬 件 实 现 的 ， 单 片 机 可 以 频 繁 地 通过 串 行 接 口 进 行 高 速 操 作 ， 而 绝 不 会 降 低 CH451 的 工 作 效 率 。 图 2-1 为 CH451 外围 电 路 图 。 表 2-1 为 按 键 键 值 表 。图 2-1 CH451 外围电路图表 2-1 按键键值表（ 1） 显 示 驱 动 内 置 大 电 流 驱 动 级 ， 段 电 流 不 小 于 25mA， 字 电 流 不 小 于 150mA。 动 态 显 示 扫 描 控 制 ， 直 接 驱 动 8 位 数 码 管 或 者 64 位 发 光 管 LED。 可 选 数 码 管 的 段 与 数 据 位 相 对 应 的 不 译 码 方 式 或 者 BCD 译 码 方 式 。 数 码 管 的 字 数 据 左 移 、 右 移 、 左 循 环 、 右 循 环 。 各 数 码 管 数 字 独 立 闪 烁 控 制 。东北林业大学课程设计4 通 过 占 空 比 设 定 提 供 16 级 亮 度 控 制 。 支 持 段 电 流 上 限 调 整 ， 可 以 省 去 所 有 限 流 电 阻 。 扫 描 极 限 控 制 ， 支 持 1 到 8 个 数 码 管 ， 只 为 有 效 数 码 管 分 配 扫 描 时 间 。（ 2） 键 盘 控 制 内 置 64 键 键 盘 控 制 器 ， 基 于 88 矩 阵 键 盘 扫 描 。 内 置 按 键 状 态 输 入 的 下 拉 电 阻 ， 内 置 去 抖 动 电 路 。 键 盘 中 断 ， 低 电 平 有 效 输 出 。 提 供 按 键 释 放 标 志 位 ， 可 供 查 询 按 键 按 下 与 释 放 。（ 3） 外 部 接 口 高 速 的 4 线 串 行 接 口 ， 支 持 多 片 级 联 ， 时 钟 速 度 从 0 到 10MHz。 串 行 接 口 中 的 DIN 和 DCLK 信 号 线 可 以 与 其 它 接 口 电 路 共 用 ， 节 约 引 脚 。 完 全 内 置 时 钟 振 荡 电 路 ， 通 常 不 需 要 外 接 晶 体 或 者 阻 容 振 荡 。 内 置 上 电 复 位 和 看 门 狗 Watch-Dog， 提 供 高 电 平 有 效 和 低 电 平 有 效 复 位 输 出 。2.2 DS1302 芯片简介DS1302 包 括 时 钟 /日 历 寄 存 器 和 31 字 节 （ 8 位 ） 的 数 据 暂 存 寄 存 器 ， 数 据 通 信 仅通 过 一 条 串 行 输 入 输 出 口 。 实 时 时 钟 /日 历 提 供 包 括 秒 、 分 、 时 、 日 期 、 月 份 和 年 份 信息 。 闰 年 可 自 行 调 整 ， 可 选 择 12 小 时 制 和 24 小 时 制 ， 可 以 设 置 AM、 PM。 实 时 时钟 具 有 能 计 算 2100 年 之 前 的 秒 、 分 、 时 、 日 期 、 月 份 、 年 、 星 期 的 能 力 ， 还 有 闰 年 调整 能 力 。（ 1） 控 制 指 令 图 2-2 为 控制指令（ 8 位）图 2-2 控制指令（ 8 位）每 个 字 节 的 传 输 是 有 控 制 字 节 指 定 的 ， 控 制 字 节 的 最 高 位 Bit7 必 须 是 1， 如果 是 0， 写 入 将 被 禁 止 。 bit6 为 0则 指 定 对 时 钟 /日 历 寄 存 器 控 制 读 写 操 作 ， 为1则 为 RAM 区 数 据 的 控 制 读 写 操 作 ， bir1bit5 指 定 相 关 寄 存 器 待 进 行 输 入 输 出 操作 ， 最 低 位 bit0 指 定 是 输 入 还 是 输 出 ， 为 0则 为 输 入 ， 相 反 则 输 入 有 效 ， 输 入 输出 根 据 脉 冲 的 上 升 沿 和 下 降 沿 串 行 进 行 。（ 2） 写 保