毕业设计(论文)基于单片机交通灯控制设计

《毕业设计(论文)基于单片机交通灯控制设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计(论文)基于单片机交通灯控制设计（25页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、扬州职业大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的交通灯控制系 别： 汽车与电气工程系专 业： 机电一体化班 级： 姓 名：学 号： 指导教师：完成时间：2009年5月目 录摘要 . 2第1 章 概述31.1课题背景 31.1.1课题来源 .31.1.2市场需求 .31.2单片机技术的发展.31.2.1单片机简介 . . . . . .31.2.2单片机发展概述.41.2.3单片机的发展趋势 6第2章 交通灯的硬件设计72.1 MSC-51芯片简介 72.2移位寄存器74LS164102.3 LED显示器.102.3.1显示器的结构和原理102.3.2 LED静态显示方式112.3.3

2、 LED动态显示方式12第3章 交通灯的设计方案123.1设计要求133.2 基本原理133.3交通灯控制线路图143.4印制电路板图14 3.4.1印制电路板图的设计要求14 3.4.2交通灯印制板图15第4章 交通灯的软件设计164.1延时设计164.1.1 硬件延时164.1.2 软件延时. . .174.2 时间及信号灯的显示184.2.1 74LS164 8位并行输出串行输入移位寄存184.2.2显示原理184.2.3数码管显示器显示184.3程序设计184.3.1流程图18 4.3.2 程序源代码194.3.3测试结果21设计感想22参考文献.232基于单片机的交通灯设计【摘要】近

3、年来随着科技的飞速发展，单片机的应用越来越普遍，同时带动传统控制检测日新月异更新。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。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠PLC控制,微系统控制。靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用89系列单片机AT89C51和8位并行输出串行输入移位寄存器74LS164为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过AT89C51芯片的P0、P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间通过AT89C5

4、1的P3、0 P3、1口输出到74LS164后并行输出到七段数码管显示，系统实用性强、操作简单、扩展性强。 【关键词】单片机AT89C51 LED七段数码管 74lS164移位寄存器第一章 概述1.1课题背景1.1.1课题来源19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街

5、道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 ，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 黄

6、色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。 中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。 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

7、动化上不断地更新、发展和完善。1.1.2市场需求随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等地出现了交通超负荷运行的情况，交通事故的问题也越来越严重。因此交通灯控制系统是迫切需要的。1.2单片机技术的发展1.2.1单片机简介 单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算、数据传送、中断处理)

8、的微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O口),可能还包括定时计数器,串行通信口(SCI),显示驱动电路(LCD或LED驱动电路),脉宽调制电路(PWM),模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上,构成一个最小然而完善的计算机系统.这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务. 由此来看,单片机有着微处理器所不具备的功能,它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能,这是单片机最大的特征. 然而单片机又不同于单板机,芯片在没有开发前,它只是具备功能极强的超大规模集成电路,如果赋予它特定的程序,它

9、便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统,它与单板机或个人电脑(PC机)有着本质的区别,单片机的应用属于芯片级应用,需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术,用这样特定的芯片设计应用程序,从而使该芯片具备特定的功能. 不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征,即它们的技术特征均不尽相同,硬件特征取决于单片机芯片的内部结构,用户要使用某种单片机,必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标.这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等,这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到.软件特征是指指令系统特性和开发支持环境,指令特性即

10、我们熟悉的单片机的寻址方式,数据处理和逻辑处理方式,输入输出特性及对电源的要求等等.开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性,支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源)及硬件资源.要利用某型号单片机开发自己的应用系统,掌握其结构特征和技术特征是必须的. 单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统,可以软件控制来实现,并能够实现智能化,现在单片机控制范畴无所不在,例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等,单片机的应用领域越来越广泛. 诚然,单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益,更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想

11、.是控制技术的一次革命,是一座重要的里程碑. 1.2.2单片机发展概述 1946年第一台电子计算机诞生至今,只有50年的时间,依靠微电子技术和半导体技术的进步,从电子管晶体管集成电路大规模集成电路,现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管,使得计算机体积更小,功能更强.特别是近20年时间里,计算机技术获得飞速的发展,计算机在工农业,科研,教育,国防和航空航天领域获得了广泛的应用,计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志. 单片机诞生于20世纪70年代,象Fairchid公司研制的F8单片微型计算机.所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processi

12、ng Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上,构成一个最小的计算机系统,而现代的单片机则加上了中断单元,定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路,使得单片机的功能越来越强大,应用更广泛. 20世纪70年代,微电子技术正处于发展阶段,集成电路属于中规模发展时期,各种新材料新工艺尚未成熟,单片机仍处在初级的发展阶段,元件集成规模还比较小,功能比较简单,一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上,象Farichild公司就属于这一类型,它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统.类似的单片机还有Zil

13、og公司的Z80微处理器. 1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机,这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机,并推向市场.它以体积小,功能全,价格低赢得了广泛的应用,为单片机的发展奠定了基础,成为单片机发展史上重要的里程碑. 在MCS-48的带领下,其后,各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机,象Zilog公司的Z8系列.到了80年代初,单片机已发展到了高性能阶段,象INTEL公司的MCS-51系列,Motorola公司的6801和6802系列,Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机.

14、 80年代,世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机,约有几十个系列,300多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统,甚至还有一些带A/D转换器的单片机,功能越来越强大,RAM和ROM的容量也越来越大,寻址空间甚至可达64kB,可以说,单片机发展到了一个全新阶段,应用领域更广泛,许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路. 1982年以后,16位单片机问世,代表产品是INTEL公司的MCS-96系列,16位单片机比起8位机,数据宽度增加了一倍,实时处理能力更强,主频更高,集成度达到了12万只晶体管,RAM增加到了2

15、32字节,ROM则达到了8kB,并且有8个中断源,同时配置了多路的A/D转换通道,高速的I/O处理单元,适用于更复杂的控制系统. 九十年代以后,单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机.美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户,使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来.PIC单片机获得了快速的发展,在业界中占有一席之地. 随后的事情,熟悉单片机的人士都比较清楚了,更多的单片机种蜂拥而至,MOTOROLA公司相继发布了MC68HC系列单片机,日本的

16、几个著名公司都研制出了性能更强的产品,但日本的单片机一般均用于专用系统控制,而不象INTEL等公司投放到市场形成通用单片机.例如NEC公司生产的uCOM87系列单片机,其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机.MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低价等特点赢得了不少用户. Zilog公司的Z8系列产品代表作是Z8671,内含BASIC Debug解释程序,极大地方便用户.而美国国半的COP800系列单片机则采用先进的哈佛结构.ATMEL公司则把单片机技术与先进的Flash存储技术完美地结合起来,发布了性能相当优秀的AT89系列单片机.包括中国的台湾HOLTEK和WINBON

17、D等公司也纷纷加入了单片机发展行列,凭着他们廉价的优势,分享一杯美羹. 1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动,产品相继投放市场,成为单片机发展史上又一个重要的里程碑. 此期间,单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳.有8位、16位甚至32位机,但8位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位.而INTEL公司凭着他们雄厚的技术,性能优秀的机型和良好的基础,目前仍是单片机的主流产品.只不过是九十年代中期,INTEL公司忙着开发他们个人电脑微处理器,已没有足够的精力继续发展自己创导的单片机技术,而由PH

18、ILIPS等公司继续发展C51系列单片机. 1.2.3单片机的发展趋势 现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地. 纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有: 1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺).象80C51就采用了HMO

19、S(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺).CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合.所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径. 2.微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一

20、的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大.甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片. 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小.现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展. 3.主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机.所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山.而Mic

21、rochip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市场分额.此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机.在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路. 第二章 控制交通灯的硬件设计2.1 MSC-51芯片简介MCS-51单片机内部结构(如图2.1)8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计

22、数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2.1程序存储器(ROM)

23、：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：8051内置最高频率达12

24、MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2.2。 图2.2MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引

25、脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图2.3 图2.3 Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复

26、位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图2.4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图2.4Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正

27、脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外

28、部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。2.2移位寄存器74LS16474LS164是8位并行输出串行输入移位寄存器，其功能真值表如表2-1所示 输入 输 出 清 除 时 钟 A BQA QB QC L X X XL L L H L X XQA QB QH H H HH QA QG H L XL QA QG H X LL QA QG表2-1 74LS164真值表由于74LS164在低电平输出时，允许灌入的电流可达8mA，故不需要再加驱动器。串行输入带锁存，时钟输入串行输入带缓冲。最高时钟频率可达36MHZ，功耗为1

29、0mw/bt。74系列工作温度为070，VCC最高电压为7V.2.3 LED显示器2.3.1 LED显示器的结构和原理LED数码数码管显示器，由8只发光二极管组成。7只发光二极管排成“8”字形的7个段，另一段构成小数点，各个段标记如图1所示。通过不同的组合，可用来显示数字09、字母AF及小数点“.”等。LED显示器的管脚配置如图2.5（a）所示，其有共阴极和共阳极两种接法，如图(b)和图(c)所示。共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管阳极为“1”电平时，发光二级光点亮。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接到电源上。当要点亮某个发光二极管时，只要其阴极为“0”电平即可。由于

30、发光二级管排成“8”字型(a)管脚配置 (b)共阴极 (c)共阳极 图2.5 LED显示器结构要显示某个字符时，将相应字段点亮即可。例如，要显示1，点亮b、c段；要显示2，点亮a、b、g、e、d.。输出点亮相应的数码称字形码，字形码各位定义如表2-2所示。D7D6D5D4D3D2D1D0hgfedcba表2-22.3.2 LED静态显示方式数码数显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态显示方式。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多

31、如果希望占用较少的I/O口线同时又能驱动较多的数码管，可采用如图2.6所示的串改并方案。 图2.6 静态显示串改并电路2.3.3 LED动态显示方式数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时

32、轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。第三章 交通灯的设计方案3.1设计要求（1）通过AT89C51芯片的P1口和P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；（2）显示时间通过AT89C51的P3.0 P3.1口输出到74LS164后并行输出到七段数码管显示;（3）当有救护车、消防车等特殊车辆通过

33、时，可以使四个方向均亮红灯，当救护车、消防车通过后恢复原有状态。3.2基本原理东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案如表3-1。255255255东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮 表3-1此表1说明：（1）当东西道为红灯，东西道车辆、行人禁止通行；南北道为绿灯，南北道车辆、行人通过。时间为25秒。（2）东西、南北道为黄灯，以提示南北道行人或车辆下一个绿

34、/红灯即将到来。时间为5秒。（3）东西道为绿灯，东西道车辆、行人通过；南北道为红灯，南北道车辆、行人禁止通过。时间为25秒。（4）东西道、南北道为黄灯，时间为5秒。（5）这样如上表的时间和红、黄、绿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。3.3交通灯控制线路图交通灯控制线路图如图3.1 图3.1 3.4印制电路板图3.4.1印制电路板的设计要求1印刷电路板的设计，从确定板的尺寸大小开始，印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜，其次，应考虑印刷电路板与外接元器件的连接方式。印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。2布

35、线图设计的要求印刷电路板中各元件之间的接线安排方式如下：(1)印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。(2)电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”，“卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间，卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装，焊接，其优点是元件安装的机械强度较好。(3)同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接

36、地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。(4)总地线必须严格按高频中频低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便翻来复去乱接，级与级间宁肯可接线长点，也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格，如有不当就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。(5)强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。(6)阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一

37、些，因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线，射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功效末端再合起来，如两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。 3.4.2交通灯印制板图印制电路板图如图3.2图3.2第4章 交通灯的软件设计4.1延时设计4.1.1 硬件延时延时方法可以有两种一中是利用AT89C51内部定时器溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到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

38、此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C式中，M为计数器模式，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M的值为2；在方式2和3时，M为28T=（MTC）T计数 或TCMTT计数T计数是单片机时钟周期的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为6MHZ，经过6分频方式0TMAX2132微秒16384毫秒方式1TMAX2162微秒131毫秒显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题我们采用在主程序中设定一个软件计数器且使TO定时100毫秒每当TO到100毫秒时C

39、PU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先使软件计数器加1，然后判断它是否为10。为10表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。相应程序代码（）主程序定时器需定时100毫秒，故工作于方式。初值：TCMT T计数2100ms/2us=15536次=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令0为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #0BOH; SETB ET0 ;开中断 SEBT TR0 ；启动计数器 MOV R1,#0AH ;软件计数器赋初值LOOP:SJMP $；等待中断（）中

40、断服务子程序 ORG000BH LJMP T0 ORG000BH T0： INC R1 CJNE R1, #00H,NEXT MOV R1,#0AH NEXT: MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #0BOH; SETB ET0 RETIEND4.1.2 软件延时所用AT89C51单片机的工作频率为6MHZ。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*（1/6M）=2us。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。具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子程序 DE2

41、:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RETDELAY1:MOV R6,#0 延时125ms 子程序 MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN，#DATA 字节数数为2 机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125us DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以125us*8= 1秒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。此方法会产生很大误差。4.2时间及信号灯的显示4.2.

42、1 74LS164 8位并行输出串行输入移位寄存如果希望占用较少的I/O口线同时又能驱动较多的数码管，可采用的串改并方案。74LS164是8位并行输出串行输入移位寄存器。4.2.2显示原理当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。 4.2.3数码管显示器显示程序从内部RAM的显示缓冲区30H39H单元中取出要显示的代码。DISP: MOV R2,#10 ；置显示位数计数器 MOV R0,#30H

43、；置显示缓冲区首址LOOP1:MOV A,RO ；取置显示代码 MOV R1,#8 ；置移位次数计数器LOOP2:RRC A MOV P3.0,C ；送串行数据输出 SETB P3.1 ；发移位时钟 CLR P3.1 DJNZ R1,LOOP2 INC R0 ；指向下一个代码单元 DJNZ R2,LOOP1 RET4.3程序设计4.3.1流程图流程图见图4.1按键是否按下红绿黄灯依次点亮四个方向均亮红灯结束开始YN图4.1 4.3.2 程序源代码程序源代码： ORG 0000H lJMP MAINORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP T0 ORG 0030HMA

44、IN:MOV SP,#60H MOV IP,#01H SETB IT0 SETB EA SETB EX0 SETB ET0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV SCON,#00H MOV R1,#00HSTART:MOV P1,#0DDH MOV P2,#0BBH MOV R2,#01H MOV DPTR,#TABLESTART1:MOV R0,#1EH SETB TR0 CJNE R0,#04H,$ MOV P1,#77H MOV P2,#77H CJNE R0,#00H,$ CJNE R2,#01H,START DEC R2 MOV P

45、1,#0BBH MOV P2,#0DDH LJMP START1T0:INC R1 CJNE R1,#0AH,NEXT LCALL DISPLAY MOV R1,#00H DEC R0NEXT:MOV TH0,3CH MOV TL0,0B0H RETIINT0:MOV P1,#0DDH MOV P2, #0DDHJNB P3.2,$ RETIDISPLAY:MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI INC A MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI RETTABLE：DB 3FH,4FH,6

46、FH,5BH,7FH,5BH,07H,5BH,70H,5BH DB 60H,5BH,66H,5BH,4FH,5BH,5BH,5BH,06H,5BH DB 3FH,5BH,6FH,06H,7FH,06H,07H,06H,70H,06H DB 60H,06H,66H,06H,4FH,06H,5BH,06H,06H,06H DB 3FH,06H,6FH,3FH,7FH,3FH,07H,3FH,70H,3FH DB 60H,3FH,66H,3FH,4FH,3FH,5BH,3FH,06H,3FH END4.3.3测试结果按下开关后个红绿灯依次点亮，七段数码管显示时间;当有救护车、消防车等特殊车辆通过时，

47、可以使四个方向均亮红灯，当救护车、消防车通过后恢复原有状态。 设计感想在大学的最后一个学期，学校为我们安排了为期一学期的毕业设计，对于一个即将走出校园的毕业生而言可谓意义重大。作为一个学习理科的大学生，在大学的几年学习中除了扎实的理论学习外，一定的自己动手设计能力更是必不可少的，它可以较全面直观的反映一个应届毕业生的能力。我们在将来的工作中会成为技术人员，这要求我们必须具备一个21世纪大学生，特别是对学以致用更为要求的工科学生所应有的理论与动手能力。这学期，学校为我们安排的为期一学期的毕业设计将切实的考验和提高我们的理论和联系实际的能力，为我们做了一个工作前的大演练，我们也应该充分的利用好这次

48、机会，把这次毕业设计做到自己老师都满意！当毕业论文写到这里的时候，为期一学期四个月的毕业设计基本要画上句号了，四个月的时间可以说长也可以说短，但这一百多天的时间里，在居老师的指导下，自己可谓有了一个全新的提高。在自己的努力下，毕业设计也较顺利圆满地完成了。此次我的毕业设计的课题是“基于单片机的交通灯设计”，一开始拿到这个课题确实也是一头的雾水，不知道该如何的下手，也就在毕业设计的开始阶段，居老师为我们指出了此课题的大概方向和需要查阅的相关书籍以及在后面会遇到的主要问题，当时可谓受益颇多。接下来便是查阅相关的文献资料，由于开始接触单片机这门课时，我认真的学习单片机，这也为后面的实际编程打了下了基

49、础。在学习了相关于本次设计的知识后，我便开始了实际的设计部分，在这个过程中确实也遇到了问题和困难，在设计时不能仅仅把书上的一些小程序直接拿来照搬，而是应当考虑到各个部分的功能把它们联系在一起来实现所需功能。同样的一个课题会有许多不同的方案，这时就要考虑到每个方案的优缺点，比如本次所做的交通灯，一秒的显示时间既可以通过延时程序延时一秒，又可采用定时器/计数器定时。比较两种方法，显然前者误差太大，选用定时器/计数器定时。在数码管是选用静态还是动态时，要视数码管的位数来选择。在焊接时，原以为只不过就把元器件连起来就好了，实际连的时候才体会到的要把一块电路板连接的整齐美观是有讲究的。在连接之前要布局好

50、，在焊接的过程中要仔细小心。以前的学习多重于理论方面，而且知识面不够宽，通过这次毕业设计，使我第一次系统全面的回顾了所有的课程：模拟电路、数字电路、编程等等 从中我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。再有学会了怎样查阅资料和利用工具书。由于一个人不可能什么都学过，什么都懂，更加不可能一学就通，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料。我经过这次系统的毕业设计，大致地了解了对一课题进行系统研究、设计及制作的全过程。这些认识使我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。在往后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长

51、自己见识补充最新的知识。毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及严谨的作风，提高了交流沟通和团体协作能力。这些对我以后的工作都非常有帮助的。在此感谢学校为我们安排的这个教学环节，也感谢在此次设计过程中给与我极大帮助和理解的居老师以及所同学们，和一直支持我的爸爸妈妈。参考文献1胡汉才.单片机原理及其接口技术 M. 北京：清华大学出版社，19962张毅坤.单片微型计算机原理及应用。M.西安：西安电子科技大学出版社，20043李全利.单片机原理与应用技术.M.北京：清华大学出版社，19964付家才. 单片机控制工程实践技术M. 北京：化学工业出版社，2004.55潘新民.微型计算机控制技术 M.北京：人民邮电出版社，1999.96余锡存 曹国华.单片机原理及接口技术M.陕西:西安电子科技大学出版社,2000.77雷丽文 等.微机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，1997.224