毕业设计（论文）-基于AT89C52单片机的数字交通灯设计.doc

河南工业职业技术学院 毕 业 设 计 数字交通灯专 业 ：班 级 ：学 号 ：姓 名 ：指导老师：数字交通灯毕业设计任务书一、设计任务： 用89C52A作为主控芯片，通过C语言编些程序，用LED代替各个路口交通灯，通过keil和Proteus联合调用来实现对十字路口交通灯控制系统的模拟。二、设计内容: 设计内容：用keil编写C程序，通过软件延时实现交通灯控制;在Proteus中设计出电路图，其中各个路口交通灯用led模拟，计时器用八段数码管显示;z最后通过keil和Proteus联合调用实现交通灯的模拟。设计效果: 软件延时控制南北（AC）路口红灯亮65s0，东西（BD）路口绿灯亮60秒；然后南北（AC）路口不变，东西（BD）路口绿灯闪5下，然后南北东西路口黄灯亮；再变为南北（AC）路口绿灯亮60s，东西（BD）红灯亮65s秒；然后南北（AC）路口绿灯闪5下， 再黄灯亮，BD不变。再循环 。并将绿灯剩余时间显示在LED上 (该项编程可将其结果显示在计算机屏幕上代替)。如下图 十字交通灯模拟图 三、设计要求： (1). 设计硬件原理图（印制版图）， (2). 制作实物或软件仿真或实验板上模拟 ，任选一种； (3). 设计软件流程图； (4). 编程并调试； (5). 软硬件综合调试。摘 要交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，用89C52A作为主控芯片，通过C语言编些程序，用LED代替各个路口交通灯，通过Keil和Proteus联合调用来实现对十字路口交通灯控制系统的模拟。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。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，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。单片机的交通灯控制系统由89c52a单片机、交通灯显示、LED倒计时等模块组成，即选用了LED灯和双位数码管来模拟显示的交通灯切换状态。系统为基本交通灯功能，另外还具有可倒计时显示等相关功能。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行硬件电路、显示电路等的设计和基本功能要求。三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，总体上完成了软件的编写，四是制作实物或软件仿真或实验板上模拟 ，任选一种，四是编程并调试，软硬件综合调试。关键词：交通控制， AT89C52，倒计时显示，C语言设计程36目 录数字交通灯毕业设计任务书1摘 要2目 录3前 言5第一章 单片机概述61.1单片机交通控制系统的选题背景61.2单片机交通控制系统选题的现实意义61.3国内外研究现状及其发展81.3.1国内外交通控制技术81.3.2交通控制存在的问题81.4单片机交通控制系统主要研究的内容9第二章 单片机交通控制系统总体设计102.1单片机交通控制系统通行方案设计102.2单片机交通控制系统的功能要求112.2.1倒计时显示112.3单片机交通控制系统的基本构成及原理12第三章 系统硬件电路的设计133.1系统硬件总电路构成及原理133.1.1系统硬件电路构成133.1.2系统工作原理133.2单片机的选择153.2.1单片机的概述153.2.2 AT89C52芯片的主要性能153.2.3 AT89C52芯片的内部结构框图153.2.4 AT89C52芯片最小系统163.3其它硬件介绍及连接173.3.1八段LED数码管173.3.2其它器件19第四章 系统软件程序的设计214.1程序主体设计流程214.2理论基础知识224.2.1 定时器原理224.2.2软件延时原理224.3子程序模块设计234.3.1按键扫描程序234.3.2状态灯显示及判断244.3.3 LED倒计时显示254.4源程序25第五章 系统软件仿真305.1 PROTEUS软件介绍305.2 交通灯系统PROTUES仿真30第六章 软硬件综合调试。316.1 硬件调试316.2 系统软件调试316.2.1集成开发环境KEIL316.2.2集成开发环境KEIL32结 论34参考文献35附录 一 总电路图36前 言当今，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”。1969年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。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，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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。第一章 单片机概述1.1单片机交通控制系统的选题背景随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术，特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的自动调整。交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。1.2单片机交通控制系统选题的现实意义城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。 20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。1.3国内外研究现状及其发展1.3.1国内外交通控制技术当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。在信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加。也对此提出了严峻的挑战，一句城市发展的规划，建设以及运行原照，在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，建立并完善适合我国国情的城市交通系统1.3.2交通控制存在的问题我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。随着城市机动车增长速度的加快。1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆。20世纪90年代以来，经济的发展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。然而，在此同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市哟其是大城市有机的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息 采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。1.4单片机交通控制系统主要研究的内容基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，键盘可设置等强大功能。 二是进行智能传感器的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。三是进行软件系统设计，对本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，总体上完成了软件的编写。第二章 单片机交通控制系统总体设计2.1单片机交通控制系统通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图（图2-1）所示：直至状态6然后循环至状态1，通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：图2-1交通状态 东西方向（BD）红灯灭，同时绿灯亮，南北方向（AC）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。然后南北（AC）路口不变，东西（BD）路口绿灯闪5下。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。 东西方向（BD）绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向（AC）红灯灭，同时黄灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 南北方向（AC）黄灯灭，同时绿灯亮，东西方向（BD）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。然后南北（AC）路口绿灯闪5下， BD不变。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 南北方向（AC）绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向（BD）红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表2-1交通状态及红绿灯状态状态1状态3状态4 状态6东西向通行等待变换禁行 等待变换南北向禁行等待变换通行 等待变换东西红灯0011东西黄灯0100东西绿灯1000南北红灯1000南北绿灯0010南北黄灯0101东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示。说明：0表示灭，1表示亮。2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示。2.2.1倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。 图2.2 系统的总体框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块接受输出。系统的总体框图如上所示。键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。此方案是通过并行接口芯片89c52A和计算机的硬件连接，以及通过软件延时的方法进行软编程，来实现十字路口交通灯的模拟控制。主控单片机采用一片AT89C52。根据题目要求，充分利用了单片机灵活控制的优点，发挥其优势功能，采用单片机控制信号灯和数码管的显示，提高了系统的灵活性，设置方便。利用单片机产生的时钟信号控制交通信号灯达到控制路口通行时间的效果。第三章 系统硬件电路的设计3.1系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块。3.1.1系统硬件电路构成本系统以单片机为核心。系统硬件电路由单片机、状态灯、LED显示、按键、组成。其具体的硬件电路总图如图3.1所示。其中P0，P1，用于送显两片LED数码管，P2用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路，P3.2即INT1东西时间设置键J，P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择返回键F。3.1.2系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。若此时F键按下，则设置为自动模式，若此时按下的是S键，则设置为时间设置模式，依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按F键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置。接下来，系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P2口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0和P1口，在此同时以50ms为周期，用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，每满一个状态循环周期，若为自动模式，则须将检测到的车流量数据处理一次，判断两个方向的交通轻重缓急状况，再调整下次状态循环的红绿灯时间，以达到自动控制的目的。图3.1 基于单片机的交通灯控制系统电路图3.2单片机的选择3.2.1单片机的概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。单片机的主要特点有：1)具有优异的性能价格比。2)集成度高、体积小、可靠性高。3)控制功能强。3.2.2 AT89C52芯片的主要性能芯片AT89C52是ATMEL公司生产的带2K字节快闪存储器的8位单片机。它具有如下的一些特性：指令和89C51产品兼容 内含2K字节可重复编程快闪存储器耐久性1,000写/擦除周期 2.7V6V的工作电压范围全静态操作0Hz24MHz 二级程序存储器加锁内含128*8位内部RAM 15根可编程I/0引线2个16位的计数器/定时器 6个中断源带有可编程串行通讯口 可直接驱动LED输出片内模拟电压比较器 低功耗空载和掉电方式另外,该单片机还具有体积小,价格低等特点。3.2.3 AT89C52芯片的内部结构框图AT89C52是一带有2K字节快闪可编程可擦除存储体(EEPROM)的低电压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和快闪存储器，ATMEL公司生产的AT89C52是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控制的应用，提供了一种高度灵活和成本低的解决办法。图3.2为AT89C52的内部结构框图。图3.2 AT89C2051内部结构图3.2.4 AT89C52芯片最小系统一个最简单的单片机系统包括晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块(如通信、数据采集等)。（1）时钟电路首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条一条地执行存储器中的程序。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。单片机系统常用的晶振频率有6MHz、110592MHz、12MHz、本系统采用110592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。（2）复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。 (3) EA脚的功能及接法单片机的EA脚控制程序从内部存储器还是从外部存储器读取程序。由于现在单片机内部的flash容量都很大，因此基本都是从内部的存储器读取程序，即不需要外接ROM来存储程序，因此，EA脚必须接高电平。本设计中复位方式采用上电按键手动复位方式，时钟采用内部时钟。如下图3.3所示。图3.3 本系统复位与时钟方式3.3其它硬件介绍及连接3.3.1八段LED数码管LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图3.6所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见，本文主要讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。图3.6 LED数码管LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为，采用共阳极连接驱动代码，代码表如下表3.1所示。显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H表3.1 驱动代码表相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上。虽然路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的IO口是对称的。如图3.7所示，其中A，B分别是P0，P1的网络标号。图3.7 LED连接图3.3.2其它器件（1）发光二极管根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极管。每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如下图3.8所示。图3.8 信号灯的连接（2）按键控制本设计设置了有3个键：S键P3.2，J键P3.2，F键P3.7。每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。如下图3.10所示。图3.10 按键示意图第四章 系统软件程序的设计4.1程序主体设计流程全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，消抖动延时程序，红绿灯时间调整程序等。流程图如图4.1所示。图4.1 系统总流程图首先是按键处理程序，89C52通过对IO扫描，确定是否有键按下，再判断具体是那个键按下，根据键值跳转到按键处理程序。按键处理结果可设置两种工作模式：红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式(本设计为简单的自动模式)，次程序相当于系统的模式设置，若想重新设置则要按下复位键。设置过后进入50ms扫描程序。50ms扫描程序开始后，先刷新显示模块，为自动模式。50ms已到则重新扫描。扫描20次之后计时到达1s则时间数据减1，在显示模块中修改显示缓冲区内容。4.2理论基础知识4.2.1 定时器原理定时器工作的基本原理其实就是给初值，让它不断加1直至减完为模值，这个初值是送到TH和TL中的。它是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值，即所要求的计数值设定为C，把计数初值设定为TC 可得到如下计算通式：TC=M-C式中，M为计数器模值。计数值并不是目的，目的是时间值，设计1次的时间，即定时器计数脉冲的周期为T0，它是单片机系统主频周期的12倍，设要求的时间值为T，则有C=TT0。计算通式变为：T=（MTC）T0模值和计数器工作方式有关。在方式0时M为8192；在方式1时M的值为65536；在方式2和3为256。就此可以算出各种方式的最大延时。如单片机的主脉冲频率为12MHZ，经过12分频后，若采用方式最大延时只有8.129毫秒，采用方式最大延时也只有65.536毫秒。这就是为什么扫描周期为50ms的原因，若使用软件则会耽搁程序流程，显然不可行。相反，时间计时方面却不可能只用计数器，因为显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。4.2.2软件延时原理MCS-51的工作频率为12MHZ，机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12MHZ）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。我们设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒。这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到。设定定时器需要定时50毫秒，故T0必须工作于方式。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH程序如下： WAIT: JNB TF0,WAIT1CLR TF0MOV TH0,#01HMOV TL0,#0B01HDJNZ R2,WAIT 4.3子程序模块设计4.3.1按键扫描程序首先程序不断扫描模式设置键，分别记为：S键，J键，F键对应端口的3.6,P3.2,P3.7,低电平有效，按键顺序是指定的，若直接按F键，则为自动调整模式，然后进入下一程序；若先按S键，再按J键，F键则为设置时间模式，然后进入下一程序。程序的开始要判断是否有键按下，可以不断将S键值和F键值相与，与值为1则表示没有键按下，为0则表示有键按下，程序如下：K1: MOV C, P0.0 ANL C, P0.1JB C, K1 接下来要判断具体是那个键，若为F键，则将自动标志位置1，进入下一程序，否则为S键，则表示设置南北绿灯时间，用R0存值，按1下加1，同时还需判断此时J键是否按下，若按下，则表示南北绿灯时间设置完毕，开始设置东西绿灯时间，用R1存值，同样按1下加1 ，同时判断此时F键是否按下，若按下，则表示时间设置完毕，进入下一程序。在这个过程中，S，J键的计数是循环的，从初值20开始，加到40则循环回到20。如判断S键程序如下：CJNZ R0, #40, V1MOV R0, #20V1: INC R0 4.3.2状态灯显示及判断在本设计中，实际控制的灯只有6个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯。定义IO端口如下，其中均是低电平有效。H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6共有4钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/DDH）；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/BDH）；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/EDH）；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/E7H）。括号中是P2端口8个引脚值P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0以及对应的十六进制码。在用于显示发光二极管时，直接由MOV指令将十六进制码送入P2口。刚才的4个状态是依次变换的，这就要涉及到状态的判断和衔接了。先把P2端口的值与所有的4个状态码比较，若相同则判断成功当前状态，再把下一状态的状态码送显P2即可。程序如下：MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV P2, #BDHD1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDH4.3.3 LED倒计时显示LED计时每1秒都要刷新1次，那么计时满1秒时就要将存储时间的工作寄存器R4减1，然后送入LED显示程序中显示。下面要将时间数据R4的十位，个位分开送显P1，P0端口，首先将R4除以10，整数即十位放在A中，余数即个位放在B中，设置7段LED显示数据的数据表，用数据指针寄存器DPTR指向数据表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下：MOV A, R4 MOV B, #10DIV A, BMOV DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P3, ALEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH4.4源程序H_RED BIT P2.1 ；定义IO端口H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6；主程序，选择设置红绿灯时间模式或自动调整模式ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H ；中断入口LJMP INT0ORG 0030HMAIN: MOV R3, #20 ；用于嵌套50ms软件方法计时1sMOV R0, #20 ；预设值红绿灯时间MOV R1, #20CLR EX0K1: MOV C, P3.7 ；等待检测何种模式按键按下ANL C, P3.2JB C, K1JNB P3.7, F ；F键按下为自动模式，进入扫描K2: JNB P3.2, S ；S键按下并等待计数次数SJMP K2F: LCALL DELAYMOV R0, #30MOV R1, #30SETB 00HSETB EASETB EX1SJMP STARTS: LCALL DELAYCJNZ R0, #40, V1MOV R0, #20V1: INC R0JNB P0.1, $JNB P3.6, J ；J键按下并等待计数次数SJMP K2J: LCALL DELAYCJNZ R1, #40, V2MOV R1, #20V2: INC R1JNB P3.6, $JNB P3.7, START ；设置完毕为设定时间模式，进入扫描JNB P3.6, JMOV P2, #0DDH ；预设信号灯状态，时间和车向MOV R4, R0SETB 01HSETB EX0；程序开始，进行每50ms扫描START: MOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HCLR TF0SETB TR0 ；开始50ms计时DJNZ R3, Y ；1s是否计时完毕MOV R3, #20DJNZ R4, Y ；本状态是否结束，并进行下一状态设置MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV P2, #BDHMOV R4, #5D1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHMOV R4, R1CLR 01HD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HMOV R4, #5JNB 00H, D3LCALL DATAD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDHMOV R4, R0SETB 01HY: MOV A, R4 ；LED倒计时显示MOV B, #10DIV A, BMOB DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P0, ALEDMAP: DB C0H,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H,90HWAIT: JNB TF0, WAIT ；50ms一次扫描完毕SJMP STARTM2: MOV R2, #20MOV R1, #40SJMP OUTM1: JB C, M2CJNZ A, #15 N1N2: MOV R0, #30MOV R1, #30SJMP OUTN1: JB C, N2MOV R0, #40MOV R1, #20OUT: CLR R5CLR R6RETDELAY: MOV R2, #14H ；延时程序，用于按键消抖动A1: MOV R7, #0FFHDJNZ R2, $DJNZ R7, A1RETEND程序中部分端口说明：P2 状态灯P0 LED个位P1 LED十位P3.7 F键 自动调整模式/ 时间设置模式确认P3.2 S键 设置南北向通行时间P3.6 J键 设置东西向通行时间/ 紧停P3.3 车流量检测P3.2 红外对管P3.4 蜂鸣器R3 存20用于乘以50ms计时1sR4 暂存状态灯持续时间R0 存南北向通行时间R1 存东西向通行时间R5 计南北向车流量R6 计东西向车流量R2,R7 用于软件延时00H 自控标志位01H 车向标志位第五章 系统软件仿真5.1 PROTEUS软件介绍Proteus源码调试综合并突破了传统硬件仿真器和软件集成开发环境(Integrated Development Environment，IDE)源码调试功能。不仅能跟踪、分析嵌入式系统内的指令执行，观察、改变存储单元内容等的调试；且从工程角度实现了过程与结果，硬件与软件，全速与跟踪，中断与监视，静态与动态等的统一调试。丰富而灵活的调试手段，人与机的积极互动为高质高效实现设计目标创造了条件。Proteus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括ISIS、ARES等软件模块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等等。通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。KEIL与Proteus联调。先要将Proteus提供的驱动器VDMAGDL EXE装在KEIL的安装路径下。在同台计算机中调出KEIL与Proteus，进行仿真与联调。5.2 交通灯系统PROTUES仿真用PROTUES软件，根据交通灯的原理图，画出仿真图，得到的图如下所示第六章 软硬件综合调试。6.1 硬件调试系统的硬件调试一般分下面三个步骤。第一步：目测。检查外部的各种元件或者电路是否有断点。第二步：用万用表检测，先用万用表复核目测中有疑问的连接点，在检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有插座或者器件的电源是否符合要求的值。1.倒计时显示电路调试给硬件电路接上电源，这时数码管全灭，用一根导线的一端与地线相连，另一端一次碰触AT89C52的P0和P2口，一边碰触一边察看七段数码管，正常情况下可以看到每碰触一个引脚，对应的一段数码管点亮。若不亮，仔细查看与该脚相连的电阻及数码管是否虚焊。2.交通灯电路的调试需要说明的是，由于整个设计是用发光二极管来代替交通灯，需要低电平“0”来驱动点亮，在实际应用中，应使P1口输出高电平“1”来驱动继电器导通，从而使220V的交通灯点亮。这是试验与实际应用比较容易混淆的地方，应该引起注意。同时，在进行交通灯调试应注意VD1VD12这12个发光二极管不能焊反。3.紧急通行电路调试仔细检查F、S、J三个按键是否焊牢，并且三个键是否与相应的I/O借口对应准确。6.2 系统软件调试6.2.1集成开发环境KEILKEIL IDE Vision2集成开发环境主要由以下部分组成： u Vision2 IDE。ision2 IDE包括：一个工程管理器，一个功能丰富并有交互式错误提示的编辑器选项设置生成工具，以及