交通信号灯控制系统设计论文 毕业设计

1、东华理工大学长江学院东华理工大学长江学院毕毕 业业 设设 计计( 论论 文文)题题 目目 交通信号灯控制系统设计交通信号灯控制系统设计 英文题目英文题目 traffic signal control system design 二二 零零 零零 九九 年年 五五月月 三十一日三十一日东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 摘要 2摘摘 要要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。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行

2、车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。小型单片机交通控制系统是目前交通管制中应用的较为先进的控制系统。实现的方法是，首先对控制对象十字路口的车辆通行情况给定最优化方案，然后用单片机加数字电路来实现。本设计主要采用 at89c51 系列单片机通过 i/o 端口来控制红绿灯和数码管时间显示，以此来达到控制交通的目的。在正常情况下,该系统实现交通灯定时控制.根据定时时间进行东西和南北方向的切换.交通灯在红、绿灯交替点亮中,用两个数码管显示点亮的灯还能持续的时间.使 led 显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步,可在保证交通

3、安全的前提下最大限度的提高交通效率.关键词关键词：交通控制; 单片机; led东华理工大学长江学院毕业设计（论文） abstract 3abstractin recent years, with the rapid development of science and technology, the application of scm is at the same time, traditional detection techniques to control the growing update. in real-time detection and automatic control

4、system of single-chip applications, often as a single-chip core component to use only single-chip is not enough knowledge, but also the structure of hardware and software in accordance with the specific combination of hardware, to be improved.crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car la

5、nes, the pavement and orderly. so to achieve the orderly what order? is the traffic lights on the automatic control system. many traffic lights control. small single-chip traffic control system is the application of traffic control in the more advanced control systems. the realization of the method

6、is, first of all, the object of controlling the situation at the crossroads of vehicles to optimize a given program, and then increase the number of single-chip circuitry to achieve. this design mostly uses at89c51 mcu through the i / o ports to control traffic lights and led time display, in order

7、to achieve the purpose of traffic control.under normal circumstances, the realization of the system to control traffic lights from time to time. in accordance with time for things from time to time and switch the direction of the north and the south. traffic lights in the red and green light in the

8、turn, with two lit led lights can display the duration of . so that the countdown led display for work and to keep pace with the state of light could be the premise of safety to ensure maximum traffic efficiency.key words: traffic control; single chip microcomputer; led东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论 4目目 录录绪

9、论.61.交通红绿灯的发展历史.62.道路交通控制的必要性.61 交通信号灯的设计要求及实现方案.81.1 交通信号灯的设计要求.81.2 交通信号灯的实现方案.92 系统分析 .102.1 系统工作原理.102.2 系统控制信号分析.103 系统设计 .113.1 硬件电路设计.113.2 元件介绍.123.2.1 at89c51 芯片介绍.123.2.2 74ls244 芯片介绍.143.2.3 74ls240 芯片介绍.153.2.4 cd4511 芯片介绍.163.3 单元电路设计.183.3.1 复位电路.183.3.2 晶振电路.193.3.3 led 红绿灯显示电路.203.3.

10、4 七段数码管时间显示电路.213.3.5 电源电路.223.4 整机电路原理图分析.243.5 软件设计.253.5.1 软件控制流程图.253.5.2 功能实现.29结论.30致 谢.31参考文献.32东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论 5绪绪 论论1.1.交通红绿灯的发展历史交通红绿灯的发展历史交通指挥信号已有 100 多年的历史了。它经历了从人工到自动，从点到线，从线到面的控制过程。随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不

11、可或缺的作用。本文就控制交通灯的方法进行了讨论，分析了各种方案的性价比，并用软、硬件加以实现。而后，对六车道以上道路的“十字交叉路口交通灯控制”进行了分析。最后，还对城市交通灯网的控制进行了展望。希望能给有关政府部门一些参考，更好地改善我们的城市交通。现今的交通发展迅速，车辆极具增加，马路不断扩宽，人行横道相对较少。在车流量较大的地段即便有人行横道，行人也很难通过马路。行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。特别是像北京这样的大都市，经济飞速发展，车辆繁多，人口密集。缓解交通已成为当务之急.例如在我们新校区西门口(塔南路)就是这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的高速公

12、路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域，具有较高的实用价值。该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人，以达到车辆停止，行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全，也减轻了交管部门的负担。本产品面对公共交通设施，并不注重经济收益，而是注重以后潜在的发展，从而带动相关产业。用户可以完全掌握行人自控指示灯系统的操作方法，以及各个按键的作用科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会，计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域.2.2.道路交通控制的必要性道路交通控制的必要性经济的发展，城市化速度的加快，机动车辆占有量急剧增加，由此引发出日益

13、严重的交通问题：交通拥挤甚至堵塞，交通事故频繁，空气和噪声污染严重，公共运输系统效率下降等。解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中心区受拆迁的限制，很难实施另一种是在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。 现代道路交通的复杂多样，常常是几个或几十个甚至是成百上千个路口互相关东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论 6联，在这种情况下，使任何一个经验丰富的交通警察都无能为力因此，人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不

14、断发展。道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动。道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面： （1） 改善交通秩序，增加交通安全。 （2） 减少交通延误，提高经济效益。 （3） 降低污染程度，保护生态环境。（4） 节省能源和土地消耗。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 交通信号灯的设计要求及实现方案 71 1 交通信号灯的设计要求及实现

15、方案交通信号灯的设计要求及实现方案1.11.1 交通信号灯的设计要求交通信号灯的设计要求1 ）在十字路口东西南北各设置红、黄、绿三种信号灯，正常情况下，东西、南北方向轮流放行。当东西方向(a 线)放行、南北方向(b 线)禁行时，东西方向(a线)绿灯亮 25 秒，然后黄灯亮 5 秒，南北方向(b 线)红灯亮 30 秒；当南北方向(b 线)放行、东西方向(a 线)禁行时，南北方向(b 线)绿灯亮 25 秒，然后黄灯亮 5 秒，东西方向(a 线)红灯亮 30 秒。如此循环，实现交通灯定时控制。2） 有急救车优先通过功能。当有急救车到达时，路口的信号灯全部变红灯，以便急救车通过，急救车的通行时间为 1

16、0 秒，急救车过后，交通灯恢复先前状态。3）交通灯在红、绿灯交替点亮中，用两个数码管显示点亮的灯还能持续的时间。图 1-1 交通效果图如 2-1 图是十字路口交通控制器的效果图，在 a、b 两道路相交叉的路口，可以分成东西南北四个方向，其中东西、南北方向的红绿灯显示是完全一样，只是为了便于在不同方位不同距离清楚的看到路况，在实际交通路口安装了两组一样的交通信号灯。北西东南东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 交通信号灯的设计要求及实现方案 81.2 交通信号灯的实现方案在十字路口的交通灯设计中，根据路口的交通情况，优先选择了利用 89s51 芯片，由于 89c51 芯片无需扩展，具备了 mcs

17、51 系列单片机的所有优点。红、绿灯的点亮功能，时间显示功能都是由 89c51 芯片来控制的，还专门设计了 5v 电源，提供给芯片。 考虑到 led 需要驱动，我们选择了 74ls240 和 74ls244 两片芯片，其中 74ls244是用来驱动 led 红绿灯的，而 74ls240 是用来驱动七段数码管的。在 at89c51 将控制信号输出给数码管时，还将用到一个译码器，将 bcd 码转换成高低电平输出，我们选用了 cd4511 芯片。 注：本设计选用设备 at89c51 芯片一片，74ls244 一片，74ls240 一片,共阴极的七段数码管四个，红、黄、绿发光二极管各 2 个，导线、电

18、阻若干。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统分析 92 系统分析2.1 系统工作原理1）编程设置好交通灯初始时间，通过编程器写入 89c51 单片机系统。2）由 89c51 单片机的定时器每秒钟通过 p0 输送交通信息，显示红，绿，黄灯的燃亮情况；由 p0，p2 口显示每个灯的燃亮时间。3）通过 89c51 单片机的 reset 位来控制系统是工作或设置初值，为 0 就对系统进行初始化，为 1 系统就开始工作； 4）由 cd4511 译码器来把 89c51 输出的信号转换成 bcd 码，然后通过数码管来显示时间。5)当有紧急救护车出现时 ,应使东西南北四个方向全亮红灯,并延时10 秒钟,

19、以便急救车通过.技术上可用外部中断 0 发出一单脉冲向 cpu 申请中断。2.2 系统控制信号分析 在这个交通控制器的设计中，最为主要的是 at89c51 芯片，它是整个系统的核心，在电路中总共用到了 p0，p1，p2 三个端口，p0 口的八个 i/o 口连接到了74ls240 这个芯片。74ls240 的主要功能是反向驱动，从 89c51 传送过来的输入信号经过驱动后，输出信号的驱动能力加大了。经过驱动后，数码管 led 得以显示。从p1 端口输出的 6 个 i/o 口连接到 74ls244 的 6 个输入端，因为在十字路口有两组是相同的，所以只用到了 6 个 led。经过驱动后，由程序直接

20、控制 led 红绿灯显示信息。 在数码管时间显示与信号输入之间存在一个译码的问题，在这是用了一个cd4511 芯片来译码。p 2 端口的四个 i/o 口连接到 cd4511 的 a，b，c，d 口，通过 cd4511 译码器译码，传输给 led 七段数码管，来显示时间。 根据交通灯的设计，数字从大到小显示一直到零，当 a 道亮绿灯从三十到零时，b 道红灯从二十五减到零，然后亮黄灯，从五减到零。反之亦然。 另外在这个系统当中，还有三个电路，分别是复位电路，晶振电路，电源电路，在三个电路在一般的系统设计中都是要使用到的，他们在整个系统当中的作用在下面的单元电路中都会做详细的介绍。 这个系统的设计来

21、说，相对是比较简单的，并没有用到很复杂的芯片，所以这个系统具备了一些基本的功能，可能在特别情况下会不适用。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统分析 10东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 113 系统设计3.1 硬件电路设计编程设置时间参数电源89c51系统设置驱动电路时间显示交通灯驱动电路图 3-1 硬件系统总框图 在设计硬件电路时，我们根据硬件系统的总框图，知道要用到哪几个芯片，89c51 芯片是总的系统的核心，它既驱动数码管，又驱动交通灯。时间显示功能我们是用七段数码管，因为是用在十字路口，需要有两个时间显示，所以用到了四个七段数码管，数码管的译码功能是用了 cd45

22、11 芯片。为了不使用外部电源，系统设计了一个桥式整流电源。在红绿灯显示上了，我们只用了六个 led，因为在 a 道上的两组红绿灯是完全一致的，在 b 道上也是一样的，所以我们只用了六个 led完全可一代表整个交通控制情况了。 当我们已经完全知道我们的硬件需要时，在画原理图的时候要合理的布置各个芯片，各条线，尽量不要使电线交叉在一起，还要让我们的原理图看上去美观。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 123.23.2 元件介绍元件介绍.1 at89c51at89c51 芯片介绍芯片介绍p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.2/eci3p1.3/cex04p1.4/cex15p1.

23、5/cex26p1.6/cex37p1.7/cex48rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale/prog30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138

24、p0.0/ad039vcc4089c51图 3-2 at89c51 芯片引脚管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门流。当 p1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉

25、为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 13时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八

26、位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断 0） p3.3 /int1（外部中断 1） p3

27、.4 t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） 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） p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个

28、 ale脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置0。此时， ale 只有在执行movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea东华理工大学长江学院毕业设计（论文

29、） 系统设计 14端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 flash 编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp） 。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 功能描述：at 89c 51是一种低损耗、高性能、cmos 八位微处理器,片内有4k 字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器,能重复写入擦除解1000次，数据保存时间为十年。它与 mcs-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容,不仅可完全代替 mcs251系列单片机,而且能使系统具有许多 mcs-51系列产品没有的功能。at89c51可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统

30、体积,增加系统的可靠性,降低了系统成本。只要程序长度小于4k，四个 i/o 口全部提供给用户。可用5v 电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒,仅为8751/87c51的擦除时间的百分之一,与8751/87c51的12v 电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片,适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽2.7v6v ,全静态工作,工作频率宽,在0hz 24mhz 内,比8751/87c51等系列的6 mhz 12mhz 更具有灵活性,系统能快能慢。at 89c51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。 另外 at89c51

31、还具有 mcs51系列单片机的所有优点。1288位内部 ram ,32位双向输入输出线,两个十六位定时计时器,5个中断源,两级中断优先级,一个全双工异步串行口及时钟发生器等。.2 74ls24474ls244 芯片介绍芯片介绍74ls244是一种三态输出的八缓冲器和线驱动器，该芯片的逻辑电路图和引脚图如图4-3所示。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 151oe11a121a241a361a48gnd101y4121y3141y2161y118vc c202y432y352y272y192a1112a2132a3152a4172oe19sn74ls244n图3-3 74ls244芯

32、片引脚从图4-3可见，该缓冲器有8个输入端，分为两路1a11a4，2a12a4，同时8个输出端，也分为两路1y11y4，2y12y4，分别由2个门控信号1g 和2g 控制，当记为低电平时，1y11y4的电平与1a11a4的电平相同，即输出反映输入电平的高低；同样，当2g 为低电平时，1y11y4的电平与2a12a4的电平相同。而当1g（或2g）为高电平时，输出1a11a4（或2a12a4）为高阻态。经74ls244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号的驱动能力加大了。74ls244缓冲器主要用于三态输出的存储地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送器等。.3 74ls24074ls240

33、芯片介绍芯片介绍1oe11a121a241a361a48gnd101y4121y3141y2161y118vcc202y432y352y272y192a1112a2132a4172a3152oe19sn74ls240n图 3-4 74ls240引脚东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 1674ls240 芯片结构与功能和 74ls244 的相类似，而有所区别的是 74ls244 是八同向三态缓冲器/线驱动器，74ls240 是八反向三态缓冲器/线驱动器，如图 4-4。内部引脚是相同的。74ls240 芯片的特点是三态门，可以把多个芯片的输出，并联在一起而不会互相影响；.4 cd451

34、1cd4511 芯片介绍芯片介绍 cd4511 是一个用于驱动共阴 led 显示器的 bcd 码七段码译码器，其引脚路如图 4-5 ， 逻辑功能见表 1，8421 bcd 码对应的显示见图 4-6。 其功能介绍如下：bi：当 bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭状态，不显示数字。 lt：当 bi=1，lt=0 时，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8” 。它主要用来检测数码管是否损坏。 le：使能控制端，当 le=0 时，允许译码输出。 dcba：为 8421bcd 码输入端。 abcdefg：为译码输出，输出为高电平。a7b1c2d6le5bi4lt3a1

35、3b12c11d10e9f15g14vdd16gnd8cd4511图 3-5 cd4511 芯片引脚东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 17输入输出lebiltd c b a a b c d e f g 显示000000000000000010111111111111111110111111111111111111 0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0

36、 0 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0。80123456789。表 1 逻辑功能表图 3-6 bcd 码显示图这里使用的是共阴数码管，对于 cd4511 ，它与数码管的基本连接方式如图4-7所示。东华理工大学长江

37、学院毕业设计（论文） 系统设计 18a7b1c2d6le5bi4lt3a13b12c11d10e9f15g14vdd16gnd8cd4511f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10f2g3e4d5c8dp7b9a10图 3-7 数码管连接方式图 4-7 是 cd4511 译码器与数码管的连接方式，从 89c51 芯片端输出四个信号给cd4511 的 a，b，c，d 端口，经过译码后 a,b,c,d,e,f，g 七个端口，经过 cd4511译码器的译码，将输出信号转变成高低电平传送给数码管。3.3 单元电路设计.1 复位电路复位

38、电路1kr 122ufc 11kr 2vc cr es ets 1s w-pb图 3-8 复位电路图东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 19图 4-8 的复位电路是比较简单的基本复位电路，复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后p0p3 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存

39、器 sfr 全部清零。当复位引脚由高电平变为低电平时，芯片为 rom 的 00h 处开始运行程序。复位操作不会对内部 ram 有所影响。.2 晶振电路晶振电路30pfc 330pfc 212y1x2x1图 3-9 晶振电路图微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；rc（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立 rc 振荡器。 基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。rc 振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的 5%至

40、 50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高 q 值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移（甚至可能损坏） 。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰（emi） 、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。 上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 20阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用

41、的两种类型是晶振模块和集成 rc 振荡器（硅振荡器） 。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡器的精度要比分立 rc 振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。 选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。cmos 放大器功耗与工作频率成正比，可以表示为功率耗散电容值。比如，hc04 反相器门电路的功率耗散电容值是 90pf。在4mhz、5v 电源下工作时，相当于 1.8ma 的电源电流。再加上 20pf 的晶振负载电容，整个电源电流为 2.2ma。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。相比之下，晶振模块

42、一般需要电源电流为 10ma 60ma。硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围可以从低频（固定）器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。 在电路中起振荡作用.使电路中的电流形成高低电平来回振荡,并以晶振的频率振动.xtal1 是片内振荡器的反相放大器输入端，xtal2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 xtal1，而 xtal2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12mhz，时钟频率就为 6mhz。晶振的频率可以在1mhz-24mhz 内选择。电容取 30pf 左右。.3 ledled 红绿灯显示电路红绿灯显示电路1oe11a121a241a361a

43、48gnd101y4121y3141y2161y118vcc202y432y352y272y192a1112a2132a3152a4172oe19u574ls244ds3ledds6ledds4ledds5ledds2ledds1ledvcc图 3-10 红绿灯显示电路图 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 21在十字路口 a、b 两道交通灯中，由于在同一道中的红绿灯显示是完全一致的，所以在电路设计时只采用了一组红绿灯来代表，可以用六个 led 发光二极管来替代。图中的 ds1ds6 就是六个 led，ds1ds3 为一组，ds4ds6 为另外一组。它是由89c51 的六个输出端口

44、来控制的，由程序来直接控制红绿灯的点亮情况。1y1，1y2，1y3，2y1，2y2，2y3 分别与 89c51 芯片的p1.0,p1.1,p1.2,p1.3,p1.4,p1.5 连接。当输入信号时，高电平有效，ds1，ds2，ds3 分别代表绿，红，黄；而 ds4，ds5，ds6 也分别代表绿，红，黄。当 ds1 亮时，ds5 也亮，但由于亮的时间不同，当 ds1 亮了 25 秒以后，ds6 亮；当ds4 亮的时候，ds2 先亮，亮了二十五秒以后，ds3 亮。但当出现紧急情况时，又按键来使得 ds2 和 ds5 都两红灯。如图所示。.4 七段数码管时间显示电路七段数码管时间显示电路vcc16l

45、e5bi4lt3a7b1c2d6gnd8g14f15e9d10c11b12a13*cd4511k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d1k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d2k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d3k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d4vcc东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 22图3-11 数码管显示电路图数码管显示电路总共运用了四个七段数码管，两个为一组。一组数码管可以显示 099 之间的数字，at89c51 的 p2 口输出四个信号给 cd4511，cd4511 的四个端口，分别是 a，b，c，d。a，b，c，d 四个端口是

46、bcd 码输入端，经过 cd4511译码输出，输出高电平。 数码管的四个引脚 dig1dig4 分别是从 74ls240 输入信号驱动，这样才会是数码管能够显示时间，而另外一方面由于 cd4511 芯片的作用，89c51 芯片的输入信号转换成高低电平，这样才会按照时间从高到底的显示。其中的上拉电阻是起限流保护作用的，.5 电源电路电源电路图 3-12 电源电路图在该系统中,无论是 at89c51 单片机工作电源,二极管还是数码管的驱动,都要用到+5v 的直流电源，所以，一个稳定的,持续的+5v 直流电源对本系统十分重要.本系统运用桥式整流电路,将交流转换为直流,为各部分电路提供恒定的+5v 直

47、流.模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电,保证电路的稳定性和抗干扰性,其电路如图 4-12 所示。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统设计 23 电源电路工作原理电源电路工作原理参照图 4-13，我们可知从接口 j1 输入 9v 左右的交流电压,波形如下图 a 所示,经全波整流电桥 db 整流后，得到一幅值为 0-8v 左右的波动直流如下图 b 所示.这一波动的直流经 c1,c2,c3 滤波后,得到一较平稳的直流,再经 lm7805 稳压为+5v,c4 再次滤波后，得到稳定的+5v 直流电流,如下图 c 所示.图 3-13 电源电路波形图图 a图 c图 b东华理工大学长江学院毕

48、业设计（论文） 整体电路分析 243.4 整机电路原理图分析p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.5/t115p3.6/wr16xtal218xtal119vcc40p3.4/t014p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad

49、336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039p2.0/a821ale30vss20p3.7rd17at89c511a121a241a361a482a1112a2132a3152a417vcc20oe192y432y352y272y191y4121y3141y2161y118gnd10oe1*74ls2441a121a241a361a482a1112a2132a3152a417vcc20oe192y432y352y272y191y4121y3141y2161y118gnd10oe1*74ls240ds1ledds2ledds3ledds5ledds6ledds4led12v

50、ccvcc16le5bi4lt3a7b1c2d6gnd8g14f15e9d10c11b12a13*cd4511vcck1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d1k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d2k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d3k1f2g3e4d5k6c8dp7b9a10d4vcc图 3-14 整机电路原理图东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 整体电路分析 25整机电路的工作原理是通过 at89c51芯片，p0口的八个 i/o 口连接74ls240芯片的1a1,1a2,1a3,1a4,2a1,2a2,2a3,2a4八个输入口，74ls240的在整个电路中的作用

51、是驱动时间显示数码管，它的四个输出口连接数码管的四个 dp 口，驱动数码管能够显示时间数字。另外 cd4511译码器的作用是译码从89c51输入的信号，89c51的 p2端口的四个 i/o：p2.0,p2.1,p2.2,p2.3，连接到 cd4511a，b，c，d 四个口，cd4511的 a,b,c,d,e,f,g 的七个引脚分别与四个数码管的 a,b,c,d,e,f,g 连接，其中的电阻是起保护数码管的作用的。在这个的整机电路中，还设计有复位电路，电源电路，晶振电路，设计这些电路都是为了能使整个系统能够很好的运转，或是当出现异常的情况时，能够马上使系统恢复原来的状态，都是不可缺少的组成部分。

52、3.5 软件设计3.5.1 软件控制流程图软件部分包括主程序、延时、显示子程序、中断服务程序，各程序流程图如各图所示。：东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 整体电路分析 26图 3-15 主程序流程图开始初始化显示初始值设置a 道放行，b 道禁行延时显示延时 5sa 道禁行，b 道放置显示初始值延时显示a 道禁行，b 道警告延时显示a 道警告，b 道禁行东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 整体电路分析 27 图 3-16 显示子程序流程图 开始显示秒数减 1秒数转十进制拆分秒数r2 十位数秒个位数转字形码延时 1msr1 个位数秒十位数转字形码设置显示次数显示十位数显示个位数延时 1ms显

53、示次数=0？ 返回东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 整体电路分析 28图 3-17 紧急情况中服务程序图中断响应保护现场a 道放行，b 道禁行延时 10s恢复现场返回东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 整体电路分析 29.2 功能实现功能实现空空b 道绿灯b 道黄灯b 道红灯a 道绿灯a 道黄灯a 道红灯p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0控制码状态说明000011000cha 道放行、b 道禁止000010100aha 道警告、b 道禁止0010000121ha 道禁止、b 道放行0001000111ha 道禁止、b 道警告表 2 交通灯信号控制码表 2 是根据整体方案设计而产生的红绿灯控制码， “1”代表亮， “0”代表不亮。我们可以很直观的发现，当 a 道放行，b 道禁止时，a 道绿灯亮，b 道红灯亮；当a 道警告，b 道禁止时，a 道黄灯亮，b 道红灯亮；a 道禁止，