基于AT89S52的交通灯控制器的设计与实现 毕业论文.doc

本科毕业论文题 目： 基于at89s52的交通灯控制器的设计与实现姓 名： 专 业： 自动化班 级： 院 系： 工学院入学年度： 指导教师: 日 期: 摘要：目前随着人民生活水平的提高，很多家庭都有了私家车，城市道路交通问题也与人们的日常生活更加息息相关，因此在现代化快速发展的今天，城市交通问题显得日益重要。同时伴随着科技的飞速发展，我们正在用技术改善我们的生活环境和解决我们生活中的问题，而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。本设计的目标就是依靠flash单片机系列at89系列为核心设计交通控制器来解决交通拥堵的问题，使十字路口处的交通井然有序，方便人们出行，保障道路安全畅通。 本系统采用at89系列单片机ats52为控制单元来设计交通灯控制器通过ats52芯片的端口（p1.0p1.5）设置红,绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示，外围电路由车数采集模块、led 显示模块组成。要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，在交叉路口中相对两个方向上能根据车流量自动调节通行时间，当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行。同时考虑到特殊车辆情况，设计紧急转换开关。本系统实用性强,操作简单,扩展功能强。关键词: 单片机；交通灯；车流量； abstract：now with the improvement of living standards, many families have a private car, urban traffic problems and is more closely related to peoples daily lives, so todays rapid development in the modern, urban transport issues become increasingly important.accompanied by the rapid development of science and technology, we are using technology to improve our living environment and solve our problems in life, and the current single-chip permeate all areas of our lives, which is difficult to find areas of almost no traces of the microcontroller.the design goal is to rely on family at89 series flash mcu as the core design of traffic controller to solve traffic congestion problems, the crossroads of traffic orderly, convenient for people to travel, road safety flow. the system uses the at89 series microcontrollers ats52 control unit designed for the traffic light controller chip by ats52 port (p1.0 p1.5) set the red, green, gave the time of the function; traffic light cycle light, countdown 5 seconds left flashing yellow warning, the external circuit by the number of vehicle acquisition module, led display modules.required north-south direction and east-west intersection of two alternately operating the vehicle in the intersection in both directions relative to traffic flow can be adjusted automatically according to the passage of time, when a road without a car and another car, traffic light control system can immediately driveway so that cars release. taking into account the special condition of the vehicles, the design of emergency switch. the system is practical, simple, powerful extensions.keywords: microcontroller； traffic； light； traffic；31目 录一引 言1二设计方案的选择论证4方案介绍4方案一4方案二5方案三6论证总结6三系统的硬件设计73.1单片微型计算机发展概述73.1.1 单片机简介73.1.2 mcs51和at89系列单片机73.2 所选器件的硬件结构83.2.1 at89s52单片机的硬件结构特点83.2.2 at89s52单片机的引脚功能83.2.3 74ls373的引脚功能143.2.4 发光二极管硬件特点163.2.5 lm7805的硬件结构特点173.3 控制单元设计173.3.1 控制流程分析173.3.2 控制板设计183.4 控制电路模块和电路设计183.4.1 控制电路模块193.4.2 控制电路设计19四 系统软件设计214.1软件设计说明21五 总结25六 参考文献26附录28引 言 嵌入式系统被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。目前嵌入式系统除了部分为32 位处理器外,大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制器(mcu) ,嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以分成下面几类:(1) 嵌入式微处理器(embedded microprocessorunit , empu) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的cpu。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。(2) 嵌入式微控制器(microcontroller unit , mcu) 嵌入式微控制器又称单片机。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成rompeprom、ram、总线、总线逻辑、定时p计数器、watchdog、ipo、串行口、脉宽调制输出、apd、dpa、flash ram、e2prom 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。(3) 嵌入式dsp 处理器( embedded digital signalprocessor , edsp)dsp 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行dsp 算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、fft、谱分析等方面dsp 算法正在大量进入嵌入式领域,dsp 应用正从在通用单片机中以普通指令实现dsp 功能,过渡到采用嵌入式dsp 处理器。(4) 嵌入式片上系统(system on chip)随着edi 的推广和vlsi 设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临, 这就是system on chip(soc) 。各种通用处理器内核将作为soc 设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为vlsi 设计中一种标准的器件,用标准的vhdl 等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了5 - 10 个嵌入式微处理器。在制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。进入21世纪，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的dvb（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（dab）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。像前途无可计量的维纳斯。嵌入式系统是这个后pc时代的擎天之柱。我们有理由相信，未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下。二 设计方案的选择论证主要功能和技术指标：本系统的设计目的，是利用单片机实现根据十字路口处待通行车的数量来确定南北、东西两个方向通行的时间，而且要考虑特殊车辆情况来设置交通信号灯的紧急转换。（1）设计一个十字路口的交通灯控制电路，基本要求是东西方向和南北方向两个交叉路口的车辆交替运行，设计重点是东西方向和南北方向的放行时间均为60s；绿灯放行，红灯停止；绿灯转红灯时，黄灯亮5s； （2）两个方向能根据车流量自动调节通行时间，当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行。（3）考虑到特殊车辆如救护车、消防车等紧急情况，此系统因而设置紧急转换开头，能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆的通过的时间为5s，紧急车辆通过后，交通恢复先前状态。方案介绍 （1） 具有十字路口交通固定通行时间自动控制功能；（2） 可以人工干预，通过预置通行时间，实现预置控制功能；（3） 车流量较小或暂无车辆通行以及有急车通行的情况下，实现强行通行的功能。方案一采用标准atc89s52单片机作为整个控制核心；通行倒计时显示采用3位led数码管；左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯采用双色高亮发光二极管；led显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接收方案。按以上系统构架设计，单片机端口资源满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电较少，可靠性高等特点。整个电路组成框图如图1.1所示。 p1 p2at89s52 p0int1 p3 p3南北通行灯（2组）东西通行灯（2组）3位led显示器（4组）列扫描驱动串口通信119、120车辆监测自动/手动键盘上电复位图1.1：采用led动态扫描的交通灯控制系统方案二 采用at89c2051单片机作为控制器，通行倒计时显示采用1616点阵led发光管，左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯也采用1616点阵双色led发光管。该系统设计框架如图所示。列驱动采用74ls595以实现串行端口扩展，行驱动采用4/16译码器74ls154动态扫描，译码器74ls154生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。每条行线上需要较大的驱动电流，应选用大功率三极管作为驱动管。这种设计方案的图案显示逼真，单片机占用端口资源少；缺点是需要大量的硬件，电路复杂，耗电量大，在模型制作中较少采用。如图1.2所示：rxdtxd单片机i/o口电源行驱动器双色led显示点阵（每个路口7个）列驱动器74ls595图1.2：采用1616点阵led发光管设计的交通灯控制系统方案三 采用at89c2051单片机作为控制器，通行倒计时及左拐、右拐、直行、行人通过指示采用单块lcd液晶点阵显示器。这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也少，耗电也最小；虽然显示图案也很精美，但由于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以很少采用。论证总结 通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统模型采用方案一设计。 三 系统的硬件设计3.1单片微型计算机发展概述3.1.1 单片机简介单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、i/o接口电路、定时器/计数器以及串行口通信接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。1971年研制单片机的序幕拉开，经历四次更新换代，经过四十年的发展，单片机已从开始的4位发展到32位，目前正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强i/o功能及结构兼容的方向发展。3.1.2 mcs51和at89系列单片机mcs-51 是单片机的典型代表，是指由美国 intel 公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如 8031，8051，8751 等，其中 8051 是最典型的产品，该系列单片机都是在 8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用 8051 来称呼 mcs51 系列单片机。intel 公司将 mcs51 的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在开发以 8051为核心的单片机，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求。其中较典型的一款单片机 at89c51（简称 c51）是由美国 atmel 公司以 8051 为内核开发生产的。at89系列单片机和mcs-51单片机在内部功能、引脚以及指令系统方面完全兼容。由于at89系列单片机继承了mcs-51的原有功能，内部含有大容量的flash存储器，又增加了新的功能，如看门狗定时器、isp及spi串行接口技术等，因此在电子产品开发及智能化仪器仪表中有着广泛的应用。at89s51相对于at89c51增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89c51更低！ - isp在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 - 最高工作频率为33mhz，大家都知道89c51的极限工作频率是24m，就是说s51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 - 内部集成看门狗计时器，不再需要像89c51那样外接看门狗计时器单元电路。 - 全新的加密算法，这使得对于89s51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 - 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89c51等等早期mcs-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89c51还是mcs-51等等），在89s51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 本文使用的 at89s52 单片机是在at89s51的基础上改进而来。at89s52 是一种高性能、低功耗的 8 位单片机，内含 8k字节 isp（in-system programmable，系统在线编程）可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 mcs51 指令系统及其引脚结构。在实际工程应用中，功能强大的 at89s52 已成为许多高性价比嵌入式控制应用系统的解决方案。3.2 所选器件的硬件结构3.2.1 at89s52单片机的硬件结构特点振荡器和时序电路程序存储器（8kb）数据存储器（256b）可编程串行口at89s52 cpu中断控制总线扩展控制器并行可编程 i/o 两个16位定时器/计数器外部时钟源txd rxd外部中断内部中断控制 p0 p1 p2 p3外部事件计数at89s52 单片机内总体结构主要由9个部件组成，分别是：一个8位中央处理器；8k字节flash存储器；256字节数据存储器ram， 32 位i/o 口线，特殊功能寄存器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个具有6个中断源、4个优先级的中断嵌套结构；全双工串行口，；片内晶振及时钟电路。其基本硬件结构如图2.1所示：图2.1 at89s52 单片机的内部结构3.2.2 at89s52单片机的引脚功能 图 2.2是单片机 at89s52 的引脚定义图，这是一个标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片。图 2.2 单片机 at89s52 的引脚定义图如图2.2所示，at89s52 共有 40 根引脚，其中 32 根是 i/o 端口引脚。在这 32 根引脚中，有 29 根具备两种用途（用圆括号写出），既可作为 i/o 端口，也可作为控制信号或地址及数据线。各引脚的功能如下：（1）电源与晶振 vcc接+5v电压 vss接地 xtal1接外部晶体的一个引脚，是振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 xtal2接外部晶体的另一个引脚，是振荡器反相放大器的输出端 当使用外部振荡器时，xtal1接地，xtal2接受振荡器信号。（2）i/o ：p0、p1、p2、p3四个口，共32根 p0 口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻 辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， p0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 此外，p1.0和p1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和定时器/计数器2 的触发输入（p1.1/t2ex）。 在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能： p1.0 t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出 p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制） p1.5 mosi（在系统编程用） p1.6 miso（在系统编程用） p1.7 sck（在系统编程用） p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx dptr） 时，p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 p3口亦作为at89s52特殊功能（第二功能）使用， 在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能： p3.0 rxd(串行输入口) p3.1 txd(串行输出口) p3.2 into(外中断0) p3.3 int1(外中断1) p3.4 to(定时/计数器0) p3.5 t1(定时/计数器1) p3.6 wr(外部数据存储器写选通) p3.7 rd(外部数据存储器读选通) 此外，p3口还接收一些用于flash闪存编程和程序校验的控制信号。（2） 控制线：共4根 rst复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ea /vpp外部访问允许，欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为0000h-ffffh），ea端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部程序存储器的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压vpp。 psen 程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89s52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。 ale/prog：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的d0位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx和movc指令才能将ale激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale禁止位无效。3.2.3 74ls373的引脚功能 八d锁存器(3s,锁存允许输入有回环特性) 简要说明: 373为三态输出的八 d 透明锁存器,共有 54s373 和 74ls373 两种线路结构型式， 其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别): 型号 tpd pd 54s373/74s373 7ns 525mw 引脚图54ls373/74ls373 17ns 120mw 373 的输出端 o0o7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。 引出端符号： d0d7 数据输入端 oe 三态允许控制端（低电平有效） le 锁存允许端 o0o7 输出端 真值表： dnleoeonhhlhlhllxllq0xxh高阻态3.2.4 发光二极管硬件特点发光二极管简称为led。由镓（ga）与砷（as）、磷（p）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 发光二极管与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示09十个数目字。 3.2.5 led发光数码管的结构特点led数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2个8数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。led数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8v左右，电流不超过30ma。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用led数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f。led数码管（led segment displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led数码管根据led的接法不同分为共阴和共阳两类，了解led的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。led数码管引脚定义3.2.6 lm7805的硬件结构特点三端稳压集成电路lm7805。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 系列和负电压输出的lm79系列。顾名思义，三端ic是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，to- 220 的标准封装，也有lm9013样子的to-92封装。用lm78/lm79系列三端稳压ic来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压ic型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6v，lm7909表示输出电压为负9v。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。3.3控制单元设计3.3.1流程分析由表1分析可知，东西方向和南北方向信号灯控制是中心对称的， 即无论是主干道还是支干道两侧系统对同方向的信号灯控制是同步的，当南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮。交通灯与单片机之间的控制关系1r1y1g1r1y1gp1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0南北红灯南北黄灯南北绿灯东西红灯东西黄灯东西绿灯3.3.2 控制板设计本论文设计的交通信号灯控制系统方案以at89s52单片机为控制核心，系统硬件结构由电源转换电路、晶振电路、复位电路、按键选择工作模式电路、道路显示电路组成。如图3.1所示。at89s52单片机复位电路晶振电路按键电路驱动电路驱动电路a道显示电路道显示电路电源电路图3.1 基于at89s52单片机的交通灯控制系统框图3.4 控制电路模块和电路设计3.4.1 控制电路模块1. 主控制系统主控制器是at89s52，p1口控制南北及东西的通行灯，p0口及p2.0p2.3口用于四组3位led计时器的控制，特种车辆通过时使用外中断1口（p3.2）。2. 通行灯输出控制道口交通灯指示采用高亮度红绿双色发光二极管。3. 时间显示模块道口通行剩余时间采用7段led发光数码管显示，采用共阳数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动使用三极管。4. 特种车辆自动通行控制模块自动道口灯在特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车通过。设计中采用红外发生器作为特种车的发信器，使用实时中断来响应特种车的通行要求。5. 电源电路由于整个系统采用的电源电压只需+5v电压，所以采用不可调的3端稳压器件，用常用的lm7805就可以满足系统的电源要求。3.4.2 控制电路设计本论文中设计了四种工作模式:正常情况、恢复模式、南北方向忙模式、东西方向忙模式、紧急情况模式，分别对应按键sl、按键s2、按键s3、按键k2。用12只发光二极管模拟交通信号灯，以at89s52单片机的p1口控制这12只发光二极管， 由于单片机带负载能力有限， 因此，在p1口与发光二极管之间用74ls373作驱动电路，p1口输出低电平时，信号灯亮；输出高电平时，信号灯灭。在正常情况和交通繁忙时，a、b两车道的6只信号灯的控制状态有5种形式，即p1口控制功能及相应控制码如表1-1所示。这里可以分别以按键s1、s2模拟a、b道的车辆检测信号，开关s1按下时，a车道放行；开关s2按下时，b车道放行；按下开关k2后，产生中断请求信号（低电平有效）,通过外部中断0向cpu发出中断请求；因此产生外部中断0中断的条件应是：=s1+s2采用中断加查询扩展法，可以判断出要求放行的是a车道（按下开关s1）还是b车道（按下开关s2）。以按键k2模拟紧急车辆通过开关，当k2为高电平时属正常情况，当k2为低电平时，属非正常情况，直接将k2信号接至int1（p3.3）脚即可实现外部中断0中断。 控制状态p1口控制码p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0未用未用b道绿灯b道黄灯b道红灯a道绿灯a道黄灯a道红灯a道放行，b道禁止f3h11110011a道警告，b道禁止f5h11110101a道禁止，b道放行deh11011110a道禁止，b道警告eeh11101110a道禁止，b道禁止f6h11110110 表3.2交通信号灯与控制状态对应关系四 系统软件设计4.1软件设计说明此系统采用自上而下的设计方法、进行程序设计；对紧急车辆通过的处理，则采用中断的方法，由中断处理程序处理。说明:p1.6=0表示a（东西）道有车通过；p1.6=1，表示a（东西）道无车通过，p1.7=0表示b（南北）道有车通过；p1.7=1，表示b（南北）道无车通过。主程序采用查询方式定时，由r1寄存器确定调用5s延时子程序的次数，从而获取交通灯的黄灯闪烁时间和紧急情况下特殊车辆的通过时间。其中a（东西）道和b（南北）道总延时时间分别采用r4和r5寄存器，从而获取60s的延时时间。 有车车道放行的中断服务程序首先要保护现场，因需用到延时子程序和p1.6口和p1.7口，故需保护的寄存器有r3、p1、c，保护现场时还需关中断，以防止高优先级中断（紧急车辆通过所产生的中断）出现导致程序混乱。 开中断，由软件查询p1.6口和p1.7口，判别哪一道有车，再根据查询情况执行相应的服务。待交通灯信号出现后，保持5s的延时，然后，关中断，恢复现场，再开中断，返回主程序。紧急车辆出现时的中断服务程序也需保护现场，但无须关中断（因其为高优先级中断），保护累加器acc，标志寄存器psw，p1口。然后执行相应的服务，待交通灯信号出现后延时5s，确保紧急车辆通过交叉路口，然后，恢复现场，返回主程序。系统主程序流程图如图4.1所示：ynnnn 开始允许外部中断a道放行时间送r4计数器a道亮绿灯，b道亮红灯设置f0=0延时5秒判断r4-1=0a道有车b道有车a道亮黄灯，b道仍亮红灯延时5秒b道放行时间送r5计数器b道亮绿灯，a道仍亮红灯设置f0=0延时5秒判断r4-1=0a道有车b道有车a道亮黄灯，b道仍亮红灯延时5秒yynnyyy中断流程图如图4.2所示开始p0为0b道亮黄灯延时5sb道亮红灯中断处理完p0为0b道亮绿灯返回a道亮绿灯延时5sa道亮红灯a道亮黄灯yyynnn五 总结经过几个月的辛勤工作,终于完成了自己的毕业设计。在本次的设计中我主要完成了以下的工作：（1）完成了系统硬件电路设计。（2）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。（3）理解了单片机的各部分组成及特性。（4）熟悉使用了各种计算机铺助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。通过本次的毕业设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的工作奠定了一定的基础。在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解，我坚信，随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人的相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的。由于本人水平有限，文中难免有不妥或错误之处，恳请指导老师批评指正。六 参考文献1胡汉才.单片机原理及其接口技术.m清华大学出版，1996年.12-301.2蔡美琴.mcs-51系列单片机系统及其应用.高等教育出版社 2004年.45-99.3付家才.单片机控制工程实践技术m.化学工业出版社，2004年.87-107.4潘新民.微型计算机控制技术 m.人民邮电出版社，1999年.45-98.5余锡存.单片机原理及接口技术m.西安电子科技大学出版社,2000年.33-78.6雷丽文.微机原理与接口技术m.电子工业出版社，1997年.32-56.7周立功.增强型80c51单片机速成与实战.北京航空航天大学出版社2004年.23-45.8何立民.单片机应用技术选编.北京航空航天大学出版社2004年.13-76.9何立民.mcs-51系列单片机应用系统设计.北京航空