本科毕业设计-基于at89c51单片机的交通灯研究设计

本科毕业论文（设计）题目（中文）基于AT89C51单片机的交通灯设计（英文）DESIGNOFTRAFFICLIGHTBASINGONAT89C51学院信机学院年级专业2007级电子信息工程学生姓名张春雷学号070144928指导教师陈志红完成日期2011年4月摘要随着全球城市化进程的加快，机动车的数量大增，各地的交通承受的压力都很大，因而出现的问题也越来越多。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。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。本设计采用AT89C51为核心器件来控制交通灯。PROTUES软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件，是做仿真的得力助手。本交通灯以单片机为核心，以LED灯作为倒计时显示。有系统简单实用性强运行稳定且可靠等优点。关键词交通灯；单片机；PROTEUSABSTRACTWITHTHEACCELERATEDPROCESSOFGLOBALURBANIZATION,SIGNIFICANTINCREASEINTHENUMBEROFMOTORVEHICLES,THETRAFFICAROUNDTHEGREATPRESSURETOBEAR,SOMOREANDMOREPROBLEMSHOWTOUSETHEAPPROPRIATECONTROLMETHODTOMAXIMIZETHEUSEOFAGOODCITYTOINVESTINCOSTLYHIGHSPEEDROADCONSTRUCTIONTOEASETHEMAINROADANDRAMPCITYWITHTRAFFICCONGESTIONAROUNDTHEAREA,HASINCREASINGLYBECOMEATRANSPORTATIONMANAGEMENTANDURBANPLANNINGDEPARTMENTSOLVEDTHEMAINPROBLEMWITHTHEDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,THEUSEOFSCMTECHNOLOGYFORINTELLIGENTMANAGEMENTOFTRAFFICLIGHTS,HASBECOMEWIDELYUSEDMETHODTHISDESIGNUSESAT89C51ASTHECORECOMPONENTTOCONTROLTHETRAFFICLIGHTSPROTUESSOFTWAREISPUBLISHEDBYTHEBRITISHLABCENTERELECTRONICSCOMPANIESEDASOFTWARETOOLS,SIMULATIONOFTHERIGHTHANDISDOINGTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECOREOFTRAFFICLIGHTSTOLEDLIGHTSASTHECOUNTDOWNDISPLAYASIMPLESYSTEMPRACTICABILITYRUNSTABLEANDRELIABLEKEYWORDSTRAFFICLIGHTSSCMPROTEUS目录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明I上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表II上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表IV中文摘要及关键词V英文摘要及关键词VII1单片机概述111单片机的发展112单片机的定义213单片机的特点214单片机的应用领域32选题背景521交通灯的简介522AT89C51芯片简介63交通灯的研究思路731概述732需求分析733设计思想734设计要求74交通灯的仿真实现941PROTUES仿真软件942实现原理943实现过程10431选取元器件10432系统连线12434运行状态1344测试155总结16参考文献17附录181绪论在城市中很明显的能感受到交通的日益拥堵，各种各样的问题都会出现在马路上，像行人穿马路，车辆的行进，都少不了交通灯的指挥，可以说如果没有了交通灯，交通将会瘫痪。所以交通灯有着不可或缺的重要地位。11单片机的发展单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。SCM即单片微型计算机（SINGLECHIPMICROCOMPUTER）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，INTEL公司功不可没。MCU即微控制器（MICROCONTROLLERUNIT）阶段，主要的技术发展方向是不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，INTEL逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数PHILIPS公司。PHILIPS公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记INTEL和PHILIPS的历史功绩。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。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。单片机的发展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。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I/O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，有的片内还带有A/D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12单片机的定义单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（MICROCONTROLLER），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来，最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小、更容易集成于复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。13单片机的特点单片机是以工业测控对象、环境、接口特点出发向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性方向发展。主要特点如下种类多，型号全很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。大部分产品有较好的兼容性，保证了已开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。提高性能，扩大容量，性能价格比高集成度已经达到300万个晶体管以上，总线速度达到数十微妙到几百纳秒，指令执行周期已经达到几微妙到数十纳秒，以往片外XRAM现已在物理上存入片内，ROM容量已经扩充达32K，64K，128K以致更大的空间。价格从几百到几元不等。增加控制功能，向真正意义上的“单片”机发展把原本是外围接口芯片的功能集成到一块芯片内，在一片芯片中构造了一个完整的功能强大的微处理应用系统。低功耗现在新型单片机的功耗越来越小，供电电压从5V降低到了32V，甚至1V，工作电流从MA降到A级，GZ2频率从十几兆可编程到几十千赫兹。特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等。C语言开发环境，友好的人机互交环境多数单片机都提供基于C语言开发平台，并提供大量的函数供使用，这使产品的开发周期、代码可读性、可移植性都大为提高。14单片机的应用领域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、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、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、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。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。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。在家用电器中的应用现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。2选题背景21交通灯简介在日常生活中能够很明显地感受到，随着全球城市化进程的加快，机动车的数量大增，各地的交通承受的压力都很大，因而出现的问题也越来越多。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但是道路交通拥堵的问题日益显著，可以预见智能交通灯将会有很大的应用前景。所以改善交通系统的工作效率，将会有效地改善交通状况。而交通灯是交通系统中必不可少的重要一环，有着不可忽视的地位。交通灯信号灯的出现是人类历史上的一次重大改革，使人类的聚居生活，产生了深远的影响。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。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。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。而且近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。本设计采用AT89C51为核心器件来控制交通灯。设置了红灯绿灯燃亮时间的功能。红灯绿灯循环点亮，有倒计时功能，当红灯转换绿灯时黄灯会闪烁以提醒。本交通灯以单片机为核心，以LED灯作为倒计时显示。有系统简单实用性强运行稳定且可靠等优点。在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市C5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。交通指挥灯是非裔美国人加莱特摩根在1923年发明的。此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。现代交通灯应该更为人性化。22AT89C51芯片简介AT89C51为8位通用微处理器，采用工业标PDIP封装的AT89C51引脚图，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。在AT89C51片内存储器中，80HFFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空间映象如表2所示。并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C51除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON（参见表3）T2MOD（参见表4），寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。AT89C51有256个字节的内部RAM，80HFFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。主要功能特性1兼容MCS51指令系统28K可反复擦写大于1000次）FLASHROM；332个双向I/O口；4256X8BIT内部RAM；53个16位可编程定时/计数器中断；6时钟频率024MHZ；72个串行中断，可编程UART串行通道；82个外部中断源，共8个中断源；92个读写中断口线，3级加密位；10低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11有PDIPPQFPTQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。图1AT89C51引脚图3交通灯的研究思路31概述这个设计是利用单片机最小系统来设计交通灯，单片机的最小系统包括复位电路、外部晶振、低位地址锁存等。此课程应具有的功能是使得十字路口的红，绿灯交替点亮；在灯色交换时，绿灯闪烁再黄灯亮提醒。并且设有主干道绿灯时间较长，以及紧急停车按钮，能够应对各种突发状况，最终完成课题。32需求分析交通灯是我们日常生活出行经常见到的，是必不可少的，随着城市社会经济的发展,城市道路资源不足和机动车辆的数量与日俱增,并引发很多交通问题。这篇设计根据城市交通的特点和可能面临的交通问题,提出基于交通灯控制的管理系统。一个能够根据实际情况来更改规则的交通灯将会能够更为有效地处理各种交通问题。33设计思想由于自身的切身体会，某些道路的主干道车辆较多每次需要通行的需求量很大可是绿灯时间却与支干道一样，很多车辆或行人来不及穿过马路，可是支干道却时间有余，没有充分的利用到交通灯的时间设置而导致交通拥堵。这样的交通灯很不合理，导致了多余资源的浪费本课程设计是基于AT89C51设计的红绿交通灯。用AT89C51、74LS244与电阻、开关、LED等组成单片机的最小系统。为了能够适应现今交通如此发达的城市，而要拥有能够处理应急事件的能力，这样的交通灯才能够更好的服务于人民。34设计要求1主、支干道交替通行，主干道每次通行时间均为30秒，支干道每次通行时间均为20秒；2绿灯亮时表示可以通行，红灯亮时表示禁止通行，红绿灯之间的转换通过黄灯来实现。3每次绿灯变红灯时，黄灯先闪5秒（此时另一干道上的红灯不变）；4十字路口要求有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。5能够控制交通灯仅放行东西、或南北、或者紧急停车，来处理各种紧急状况。35交通灯管理系统功能表1交通灯管理系统电路原理图30秒5秒30秒东西方向灯红灯黄灯绿灯南北方向灯绿灯红灯红灯从上表中我们可以很容易的看出1当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为30秒。2黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红绿灯的状态即将切换。3当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行，时间为20秒。4这样如上表的时间和红绿黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。4交通灯的仿真实现41PROTUES仿真软件PROTUES软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。PROTEUS是世界上著名的EDA工具仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加CORTEX和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、KEIL和MPLAB等多种编译器。在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。42工作原理采用单片机的I/O口P1口直接和交通灯连接，控制程序放在AT89C51单片机的ROM中，在十字路口的红、黄、绿交通灯中，A道上的两组同色灯蝉联在一起，B道的两组同色灯也彼此互联，受单片机P12P17的控制，由于交通灯是共阳级连接且与电源相连，因此I/O口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮，I/O口输出高电平时，相应的指示灯会灭。遇到特殊情况时，由人工控制信号以中断方式输入单片机，无特殊情况时，中断引脚INT1为高电平，不产生中断请求，单片机执行主程序，有特殊情况的时候，中断引脚采用人工方法接地为低电平，产生中断请求，单片机执行中断服务程序，处理特殊情况，处理完以后，中断引脚变为高电平，按复位键返回，继续执行主程序43实现过程431选取元器件一枚AT89C51单片机一枚74LS244芯片9个LED指示灯2个数字显示管，进行大致位置的排布。在设计中利用软件程序延时的方法来控制红（绿）的亮的时间。利用P1口的P12P13P14P15P16P17作为红绿灯控制端口。P20P27及P30P37分别控制两个倒计时显示。P1和P0、P2口分别连接红绿灯以及两个LED数字显示管，控制红绿灯以及倒计时的读秒显示。74LS244芯片74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。8086/8088数据和地址总线采用分时复用操作方法，即用同一总线既传输数据又传输地址。图274LS244数码管显示模块通过点亮不同的段码显示不同是数字。图3数码显示模块432系统连线找到元件后，画出布线图，画图时注意连线是否合理及准确。如图图5交通灯接线图433PROTUES电路功能仿真在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。434运行状态每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间倒计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。东西绿灯南北红灯，数字显示开始倒计时，30秒后东西绿灯变为黄灯闪烁5秒后东西变成红灯，南北变为绿灯，倒计时20秒后南北绿灯变为黄灯闪烁5秒后南北变为红灯，东西变为绿灯。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为东西方向绿灯亮、东西方向黄灯亮、南北方向绿灯亮和南北方向黄灯亮。在东西方向绿灯和黄灯亮时，南北方向红灯亮，并且红灯得倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯倒计初始值之和。交通控制功能，按照时序循环执行，通过控制发光二极管的熄亮及时间显示。由于考虑到会有突发情况的发生，特意设置了紧急停车按钮，以及仅东西通行和仅南北通行按钮。以便应对各种情况的需要。图6交通灯运行状态交通灯运行流程图东西绿灯，南北红灯延时30秒东西绿灯变为黄灯闪烁5次，南北红灯，延时5秒东西红灯，南北绿灯延时20秒南北绿灯变为黄灯闪烁5次，东西红灯，延时5秒RETEND图7交通灯运行流程图本系统利用单片机的P0口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，P1口驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间的编码表如下表2P1口的信号灯编码表东西方向南北方向红黄绿红黄绿交通信号灯状态P12P13P14P15P16P17东西绿灯南北红灯011110东西黄灯南北红灯011101东西红灯南北绿灯110011东西红灯南北黄灯10101144测试在交通灯单片机程序初步编完之后，软件调试主要是利用PROTEUS仿真软件完成电路的搭建，同时对程序进行适当的修改。该设计在仿真及调试过程中应注意以下几点（1）单片机时间基准振荡电路中振荡晶体频率的选择必须要和程序中的时间基准相一致。（2）由于单片机处理数据过程中要响应中断等原因，而中断服务程序所花费的时间必须在中断返回后在计时单元中扣除掉，否则精确度会变差。（3）在仿真调试中调试数码管的发光时间时，需要反复修改程序中的给定的时间，直到整体上的显示效果较好，不会有闪烁的现象产生。（4）最终结果如预期效果一样。5总结对于交通灯这个题目，由于以前学单片机这个课程时，做过类似相关的实验，觉得这个比较简单而且做出的东西也比较直观，在确定题目之后，查阅了大量的资料，初步完成了电路设计方案。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。这个设计的一些内容是在网上找的，自己做了一些的改动，在上网找资料的同时也学到了许多东西，找到了很多学习单片机的网站，里面的内容都比较适合我们初学者去学，有些网站还专门介绍这种单片机的类型用法功能等等。其实我们平时不懂就应该自己去学习去弄明白，通过这个课程设计，我发现，原来小小的一片单片机有这么强大的功能，能应用于各种领域。我应该在自己以后的学习中，不仅要有刻苦努力，要有钻研精神，还要有创新，对自己感兴趣的一定要用心去学。通过这次课设，对以前学过的知识进行了巩固，加深了理解，提高了应用的能力，而且提高了我们的发现、分析、解决问题的能力。经历了从最初的设计到最后做出产品的开发过程，提高了对专业的认识及兴趣，对于我们工科来说，对以后就业有及其重大的影响。尤其是当感觉到自己做出来的东西还真是有那么点用的，还是很有自豪感的。在设计的过程中我还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法。总之，在即将毕业之际再次感谢这个学校的一切。参考文献1张齐朱西宁单片机应用系统设计技术基于C51的PROTEUS仿真电子工业出版社。2李朝青单片机原理及接口技术（第三版）北京航空航天大学出版社。3何立民单片机应用技术大全北京航空航天大学出版社。4余锡存曹国华单片机原理及接口技术西安电子科技大学出版社。5郭天祥新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略。附录程序代码INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARCODEA100X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F/段码组合,共阴极UCHARCODEB40XFE,0XFD,0XFB,0XF7/位码组合低有效UCHARCODEC60X78,0XB8,0XCC,0XD4,0XF8,0XDC/SBITP3_4P34SBITP3_5P35SBITP3_6P36SBITP3_7P37UCHARM30,N35,K0,CNT0,Y0,J,X,YVOIDDELAYUCHARTVOIDSCANKEYVOID/中断程序VOIDINRUPTVOIDTMOD0X01TH00X3CTL00XB0ET01TR01EA1/中断处理程序VOIDKEYET00TR00EA0IFJ1P10XD8ELSEIFX1P1C0ELSEIFY1P1C2P0A0FORP20XFEDELAY20P20XFDDELAY20P20XFBDELAY20P20XF7DELAY20SCANKEYIFJ2ET01TR01EA1J0BREAKELSEIFX2ET01TR01EA1X0BREAKELSEIFY2ET01TR01EA1Y0BREAKVOIDTIME1VOIDINTERRUPT1TH00X3CTL00XB0CNTIFCNT20M,NCNT0IFM0|N0KIFK3K0SWITCHKCASE0M30,N35BREAKCASE1M5BREAKCASE2M25,N20BREAKCASE3N5BREAKVOIDDELAYUCHART/延时01N毫秒0UCHARIDOFORI0I10IFK1P1C4ELSEIFK3P1C5ELSEP1CKELSEP1CKP20XFE,P0AM10DELAY50P20XFD,P0AM/10DELAY50P20XFB,P0AN10DELAY50P20XF7,P0AN/10DELAY50SCANKEYVOIDSCANKEYVOIDIFP3_40DELAY2IFP3_40WHILEP3_40JIFJ1KEYIFP3_60DELAY2IFP3_60WHILEP3_60MNIFP3_50DELAY2IFP3_50WHILEP3_50XIFX1KEYIFP3_70DELAY2IFP3_70WHILEP3_70YIFY1KEY上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表学生姓名张春雷学号070144928专业电子信息工程学院信息与机电工程学院指导教师姓名/职称陈志红题目基于AT89C51单片机的交通灯设计本选题的意义及国内外发展简况自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段，这一技术早在19世纪就已经