单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究【毕业设计】电大考试必备小抄

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1、I单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究摘 要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。目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压底功耗。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，所以用单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。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

2、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，车行车道，人行人道，有条不紊，靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。本系统拟采用 STC89C52 单片机为中心器件来设计交通灯控制器，其中，P0 口作为东西南北四个方向左转信号灯的控制信号，P2 口作为四个方向直行信号灯的控制信号。P1 口作为南北方向的倒计时显示控制口，P3 口作为东西方向的倒计时显示控制口。系统外接 12MHZ 的晶振，在晶振电路中并联两个 30PF 的电容，起到滤波的作用。发光二极管与系统接口连接

3、时串联一个 0.1K 的电阻，起到限流作用。系统中发光二极管采用共阳极的连接方式，LED 数码显示管采用共阴极连接方式。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词关键词：单片机,I/O 接口,自动控制,交通灯IISCM Traffic Light Control and Time Display System ABSTRACTSingle chip micro-computer, referred to as SCM, especially for control of the field, it is also known as micro-controller. Typically, t

4、he microcontroller from a single integrated circuit chip structure, internal contains the basic functions of the computer components: CPU, memory and I/O interface circuit. Therefore, the MCU only needs and appropriate combination of software and peripherals can be a microcomputer control system.SCM

5、 is moving in the current performance and direction of many varieties, and their function in the enhanced CPU, internal resources are increasing and the function of lead angle, and low voltage underground power. Taking into account the MCU is inexpensive, strong function, easy to use and flexible, h

6、igh reliability, the single chip to achieve a crossroads with traffic signal control.With the rapid development of science and technology in recent years, SCM applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. In real-time detection and control of the micr

7、ocomputer application system, the microcontroller is often used as a core component; only the SCM knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware and software, to be improved. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers Drive, people walkways

8、, orderly, must rely on the automatic traffic light control system. The system to be adopted as the central device STC89C52 microcontroller to design traffic signal controller, which, P0 port as the East and West four lights turn left direction control signal, P2 port lights as a four direction cont

9、rol signals straight. P1 port as a north-south direction countdown display control population, P3 port east-west direction as the countdown display control port. System external 12MHZ crystal, crystal oscillator circuit in two 30PF capacitor in parallel, plays the role of filtering. Light-emitting d

10、iodes connected in series with the system interface of a 0.1K resistor, limiting the role play. Light-emitting diode system using common anode connection, LED digital display tube with common cathode connection. The system is practical, simple, powerful extensions.KEY WORDS: microcontroller, I/O int

11、erface, automatic control, traffic lightsIII目目 录录1 绪论.11.1 交通灯的形成.11.2 交通灯的发展意义.22 课程设计方案 .42.1 电源提供方案.42.2 显示界面方案.42.3 输入方案.42.4 交通灯显示时序的理论分析.43 硬件设计 .63.1 单片机简介.63.1.1 STC89C52 芯片简介.63.1.2 STC89C52 引脚说明.63.2 单片机接口设计.83.3 交通灯控制电路设计.93.4 倒计时显示电路设计.103.5 最小系统电路设计.123.5.1 振荡电路 .123.5.2 复位电路 .124 软件设计

12、.144.1 系统流程图.144.2 交通灯控制程序设计.164.3 1 秒延时程序设计 .165 调试与仿真 .175.1 硬件部分.17IV5.2 软件部分.175.3 交通灯的显示测试.175.4 LED 倒计时显示测试 .185.5 程序测试.195.6 整体电路测试.196 发展与期望 .217 结束语 .22致 谢 .23参 考 文 献 .24附录 系统电路图 .25附录 系统程序 .26附录 元件清单 .32单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究11 绪论1.1 交通灯的形成当今，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

13、。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。它由红绿两色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。1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。红灯点亮表示“停止” ，绿灯点亮表示“通行” 。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

14、带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆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喇叭，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

15、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。本课题设计的交通灯就是基于单片机。2交通灯控制系统是城市的重要基础设施之一，一般的交通灯系统采用固定周期换灯的控制方式，路口的交通灯大多只有红绿黄指示灯，行人在过路口时，会出现走到路中央绿灯跳变为红灯的情况。为符合以人为本的设计，我们可在路口安装与信号灯同步的倒记时显示器，行人和自行车可根据绿灯结束的时间决定是否过路口。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器 plc，单片机等方案来实现。31 绪论2

16、交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，根据行车过程中出现的实际情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况，用单片机来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，使交通灯在控制中灵活而有效。在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。4当前，交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车、摩托车等各种车辆与日俱增，道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常

17、混乱，为了在十字路口的各条干道实现合理科学的分流，根据单片机具有物美价廉、功能强的特点，本课题拟采用单片机来控制交通灯和记时显示系统。1.2 交通灯的发展意义道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。为确保车辆和行人安全顺利地通过十字路口，目前大多数城市已经使用自动控制的交通信号灯来指挥。传统的交通信号灯控制一般采用电子线

18、路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高；有的只是利用一些常用集成电路完成，基本以硬件实现为主，成本较低，功能也相对比较简单，但较难实现功能的变更。5交通灯控制系统是城市的重要基础设施之一，一般的交通灯系统采用固定周期换灯的控制方式，路口的交通灯大多只有红绿黄指示灯，行人在过路口时，会出现走到路中央绿灯跳变为红灯的情况。为符合以人为本的设计，我们可在路口安装与信号灯同步的倒记时显示器，行人和自行车可根据绿灯结束的时间决定是否过路口。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器 plc，单片机等方案来实现。 交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，根据行车过程中出现

19、的实际情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况，用单片机来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，使交通灯在控制中灵活而有效。6当前，交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车等各种车辆与日俱增，道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常混乱，为了在十字路口的各条干道实现合理科学的分流，根据单单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究3片机具有物美价廉、功能强的特点，本课题拟采用单片机来控制交通灯和记时显示系统。随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。车辆的增加反映出了国家的

20、整体进步，但是也给人民带来了其他的一些负面的影响。城市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。在这个时候道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保障。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。2 课程设计方案42 2 课程设计方案2.1 电源提供方案因为 STC89C52 可以在 4V 到 5.5V 宽电压范围内正常工作，所以本系统拟采用 5.3V外接电源，所以单片机可正常工作。本方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。2.2 显示界面方案采用发光二极管与 LED 数码显示管相结

21、合的方法，因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出，为方便观看并考虑到现实情况，用红、黄、绿三色发光二极管作信号灯，LED 数码管显示各色信号灯的倒计时秒数，倒计时为零时切换信号灯。考虑到实际情况，本系统设计了左转及直行信号灯，因为右转在大部分情况下是一直允许的，所以系统一共用了 24 个发光二极管，及四个 LED 数码显示管。为了符合实际情况，在绿灯即将熄灭的时候，设置了 2s 的闪烁时间，即绿灯燃亮时间剩 2s 时，绿灯会灭一秒，亮一秒，这样便可实现绿灯的闪烁。然后绿灯熄灭后，会有 1s 的黄灯时间，这样可以给驾驶员及行人充足的反应时间。这种方案既满足系统功能要求，又可以对交通状况

22、实现人性化管理。2.3 输入方案采用STC89C52微处理器为核心器件，片内数据存储器（RAM）空间为256B；片内程序存储器（ROM）空间为4KB。本系统所用到的数据单元不多，系统程序所占的空间也不大，利用STC89C52片内的RAM与ROM就足够，不用外扩数据存储器与程序存储器。系统设计将复位电路，振荡电路，电源电路集成于一块 PCB 板上，将 LED 显示灯与信号灯电路集成于另一块 PCB 板中，然后通过导线将两块 PCB 板连接起来。接口设计中，P0 口作为东西南北四个方向左转信号灯的控制信号，P2 口作为四个方向直行信号灯的控制信号。P1 口作为南北方向的倒计时显示控制口，P3 口作

23、为东西方向的倒计时显示控制口。系统外接 12MHZ 的晶振，在晶振电路中并联两个 30PF 的电容，起到滤波的作用。发光二极管与系统接口连接时串联一个 0.33K 的电阻，起到限流作用。系统中发光二极管采用共阳极的连接方式，LED 数码显示管采用共阴极连接方式。系统外置振荡电路，晶振为 12MHZ，采用软件延时来确定每秒钟的设定。2.4 交通灯显示时序的理论分析单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究5对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量=车流/时间来表示。在十字路口的东西、南北方向装设左转红、

24、黄、绿灯，及直行红、黄、绿灯和 LED倒计时显示器，红、黄、绿灯按照一定时序轮流发亮，显示器对每个方向的信号灯接通时间进行倒计时显示，本系统可以实现正常情况下的时序控制，具体控制要求如下：(1)系统接通电源后信号灯系统开始工作，直到除去电源，系统才停止工作。(2)系统启动后，东西直行及左转红灯亮 9s，南北左转红灯亮 9s，与此同时南北直行绿灯亮 8s，到 2s 时绿灯闪烁，周期为 2s(亮 1s，灭 1s )，绿灯闪烁 2s 后，黄灯亮，并维持 1s，1s 后，南北直行黄灯灭，红灯亮。同时东西左转红灯灭，绿灯亮。(3)东西左转绿灯维持 6s，南北直行及左转红灯维持 7s，到 2s 时，东西左

25、转绿灯闪亮 2s 后灭，黄灯亮，并维持 1s，1s 后东西左转黄灯灭，红灯亮。同时南北左转红灯灭，绿灯亮。(4)南北左转绿灯维持 6s，东西直行及左转红灯维持 7s，到 2s 时，南北左转绿灯闪亮 2s 后灭，黄灯亮，并维持 1s，1s 后南北左转黄灯灭，红灯亮。同时东西直行红灯灭，绿灯亮。(5)南北直行及左转红灯亮 9s，东西左转红灯亮 9s，与此同时东西直行绿灯亮8s，到 2s 时绿灯闪烁，周期为 2s(亮 1s，灭 1s )，绿灯闪烁 2s 后，黄灯亮，并维持1s，1s 后，东西直行黄灯灭，红灯亮。同时南北直行绿灯亮，左转红灯亮，东西直行及左转红灯亮。(6)两个方向的信号灯按上面的要求周

26、而复始地进行工作。(7)当去掉电路电源后，所有信号灯熄灭。3 硬件设计63 硬件设计3.1 单片机简介3.1.1 STC89C52 芯片简介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。7 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。 单片机经过几代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚多功能化，以及低电压底功耗。

27、8STC89C52 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，它包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、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三大总线。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。STC89C52 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。STC89C52 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的

28、传输。STC89C52 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。STC89C52 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。STC89C52 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 STC89C52 单片机需外置振荡电容。3.1.2 STC89C52 引脚说明STC89C52 8 位单片机是 MSC-51 系列产品的升级版，有世界著名半导体公司 ATMEL在购买 MSC-51 设计结构后，利用自身优势

29、技术，闪存的生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的 51 内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如 51F020单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究7等高性能单片机。9STC89C52 片内集成 256 字节程序运行空间、8K 字节 Flash 存储空间，支持最大64K 外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在 0-33M 之间。片内资源有 4 组 I/O 控制端口、3 个定时器、8 个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在 4V 到 5.5V 宽电压范围内正常工作。不

30、断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销 10 年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插 DIP-40 的封装。如图 3-1 所示。图 3-1 STC89C52 引脚分布Pin9:RESET 复位信号复用脚，当 STC89C52 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

31、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，STC89C52 的初始态。Pin30: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，PROG 将用于输入编程脉冲。Pin29:PSEN 当访问外部程序存储

32、器时，此引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，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高3 硬件设计8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，一律读取外部程序存储器指令。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

33、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 具有内部上拉电阻。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。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。3.2 单片机接口设计直行红绿灯接口设计如图 3-2 所示。南北方向东西方向空闲LED 片选红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯“0”“0”P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7控制信 号南北绿

34、灯亮东西红灯亮11001100#33H南北黄灯亮东西红灯亮10101100#35H南北红灯亮东西绿灯亮01111000#1EH南北红灯亮东西黄灯亮01110100#2EH图 3-2 直行接口设计左转红绿灯接口设计如图 3-3 所示。南北方向东西方向空闲空闲红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯“0”“0”P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7控制信 号南北绿灯亮东西红灯亮单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究911001100#33H南北黄灯亮东西红灯亮10101100#35H南北红灯亮东西绿灯亮01111000#1EH南北红灯亮东西黄灯亮01110100#2EH图 3-3 左转接

35、口设计3.3 交通灯控制电路设计红绿灯的显示采用普通的发光二极管，每个方向上设置直行及左转红绿黄灯各一个，共两组。其中，P2.0，P2.1，P2.2 用于控制南北方向直行的红绿灯；P2.5，P2.6，P2.7 用于控制东西方向直行的红绿灯。P0.0，P0.1，P0.2 用于控制南北方向左转的红绿灯；P0.5，P0.6，P0.7 用于控制东西方向左转的红绿灯。如果东西方向红灯亮那南北方向就是绿灯，反之亦然，所以在硬件连接图上也成对称分布。对应的电路图如图3-4 所示。图 3-4 灯控电路图中，每个接口与二极管相连时串联了一个 0.1K 的电阻，起到限流作用，一共3 硬件设计10用了 12 个电阻

36、。3.4 倒计时显示电路设计显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及生产工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管 LED 显示器、液晶 LCD 显示器、CRT 显示器等。LED 显示器是现在最常用的显示器之一。10LED 显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的 CPU 时间。动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的 CPU 时间多。这两种显示方式各有

37、利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的 CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。11LED数码管根据LED的接法不同分为共阴极型和共阳极型两类，图3-5是共阴极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。将多只LED的阴极连在一起即为共阴极式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳极式。 图 3-5 共阴极数码管发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。LED 数码管的结构简单，价格便宜。八段 LED 显示管有八只发光二极管组成，编号是 a、b、c、d，e，f

38、 和 SP，分别和同名管脚相连。七段 LED 显示管比八段 LED 少一只发光二极管 SP，其它和八段 LED相同。在给每个二极管通电后，二极管发光后表示要显示的数字的一部分，组成这个数字的所有二极管都发亮时，才能正确的显示这个数字。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一段笔画发亮。控制不同组合的二级管导通，就能显示出各种字符。使用 LED 显示器的时候，为了显示数字或是字符，要为LED 显示器提供代码，因为这些代码是通过各个段的点亮与熄灭来显示不同字符的，因此称之为段码。8 段 LED 是一种常用的数码显示屏，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管。 E10501

39、 是属于共阴极类型的数码管，只要公共端接地，其他端送上高电平就能点亮。单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究11E10501 不仅具有工作电压低，体积小，寿命长，可靠性高等优点，而且响应时间短，亮度也比较高。缺点是工作电流比较高，一般工作电流都在 10 毫安左右。12LED 数码显示管的段码设置为每个方位上一个 1 位显示器。四个方位上总共有 4个 LED 接在单片机的 I/O 口上。显示时我们不需要小数点，所以每个 LED 的 10 根管脚只用了 9 根。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I/O 口是对称的。本设计中倒计时显示电路在整体电路中的设计如图 3-6 所

40、示。图 3-6 倒计时显示电路图中，P1 口控制的是南北方向的倒计时显示，P3 口控制东西方向的倒计时显示。四个 LED 的片选信号由 P2.7 提供。3 硬件设计123.5 最小系统电路设计整体电路由单片机最小系统和外围控制和显示电路组成。最小系统由STC89C52和相应的振荡电路、复位电路、电源电路组成。外围电路由数码管倒计时显示电路、发光二极管表示的交通灯电路组成。3.5.1 振荡电路每个单片机系统里都有晶振，全称叫晶体振荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提供的时钟频率越高，单片机运

41、行的速度也就越快。晶振在能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百分之五十，高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器。13晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。14由于单片机需要高稳定，高频率的实时脉冲，因此需要晶体振荡器。STC89C52 在XTAL1，XTAL2 两管脚接晶体振荡器，晶振频率为 12MHZ。在晶体振荡器的两端并联两个电容 C1，C2，参数为

42、 30pf，对振荡器频率有微调作用，振荡范围为 1.2MHZ-12MHZ。本设计中振荡电路在整体电路中的设计如图 3-7 所示。图3-7 振荡电路3.5.2 复位电路本设计中振荡电路在整体电路中的设计如图 3-8 所示。图中，C3 的值为单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究130.1uf，R2 的值为 0.1K。图 3-8 复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，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。一般微机电路

43、正常工作需要供电电源为 4V5.5V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 VCC 超过 4V 低于 5.5V 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。154 软件设计144 软件设计4.1 系统流程图系统初始化后，首先东西直行及左转红灯亮 9s，南北左转红灯亮 9s，与此同时南北直行绿灯亮 8s，到 2s 时绿灯闪烁，周期为 2s(亮 1s，灭 1s )，绿灯闪烁 2s 后，黄灯亮，并维持 1s，1s 后，南北直行黄灯灭，红灯亮。同时东西左转红灯灭，绿灯亮。东西左转绿灯维持 6s，南北直行及左转红灯维持 7s，到 2s 时，东西

44、左转绿灯闪亮 2s 后灭，黄灯亮，并维持 1s，1s 后东西左转黄灯灭，红灯亮。同时南北左转红灯灭，绿灯亮。南北左转绿灯维持 6s，东西直行及左转红灯维持 7s，到 2s 时，南北左转绿灯闪亮 2s 后灭，黄灯亮，并维持 1s，1s 后南北左转黄灯灭，红灯亮。同时东西直行红灯灭，绿灯亮。南北直行及左转红灯亮 9s，东西左转红灯亮 9s，与此同时东西直行绿灯亮 8s，到2s 时绿灯闪烁，周期为 2s(亮 1s，灭 1s )，绿灯闪烁 2s 后，黄灯亮，并维持 1s，1s后，东西直行黄灯灭，红灯亮。同时南北直行绿灯亮，左转红灯亮，东西直行及左转红灯亮。由此循环执行。流程图如图 4-1 所示。开始南

45、北直行绿灯 8s南北左转红灯 9s东西直行红灯 9s东西左转红灯 9s黄灯亮 1s初始化时间到？计数器减一单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究15 图 4-1 系统流程图结束东西左转绿灯 6s东西直行红灯 7s南北直行红灯 7s南北左转红灯 7s黄灯亮 1s时间到？计数器减一东西左转绿灯 6s东西直行红灯 7s南北直行红灯 7s南北左转红灯 7s黄灯亮 1s时间到？计数器减一东西左转绿灯 6s东西直行红灯 7s南北直行红灯 7s南北左转红灯 7s黄灯亮 1s时间到？计数器减一4 软件设计164.2 交通灯控制程序设计用 STC89C52 控制发光二极管，P2 口控制东西南北四个方向直行的信号

46、灯，P0 口控制东西南北四个方向左转的信号灯，其中，P2.0，P2.1，P2.2 控制的是南北方向直行的红，黄，绿信号灯， P2.3，P2.4，P2.5 控制的是东西方向直行的红，黄，绿信号灯。P0.0，P0.1，P0.2 控制的是南北方向左转的红，黄，绿信号灯， P0.3，P0.4，P0.5控制的是东西方向左转的红，黄，绿信号灯。例如，要使南北直行绿灯，东西直行红灯，则 mov p2, #33H 。南北左转红灯，东西左转红灯，则 mov p0, #36H 。用 STC89C52 的 P1 口与 P3 口控制 LED 数码显示管，其中 P1 口控制的使南北方向的倒计时显示，P3 口控制的使东西

47、方向的倒计时显示。P1.0-P1.6 分别与 LED 数码显示管的 a，b，c，d，e，f，g 相连，LED 的片选信号由 P2.7 提供。本设计使用的是共阴极的数码显示管，所以片选信号为高电平时选中该数码管。a，b，c，d，e，f，g 分别给高电平时点亮，低电平不亮。例如，要使东西方向 LED 数码显示管显示数字 9，则 mov p3, #0EFH 。南北方向LED 数码显示管显示数字 8，则 mov p1, #0FFH 。4.3 1 秒延时程序设计每秒钟的设定一种是利用 STC89C52 内部定时器产生溢出中断来确定 1 秒的时间，另一种是采用软延时的方法。16该设计的主程序通过软件延时的

48、方法来确定 1 秒的时间，即需要倒计时的时候，系统指令就调用该延时子程序，在 LED 倒计时显示过程中，输出一个数字，就要调用该延时子程序一次，这样便可达到倒计时的效果。为了提高倒计时的精确度，给单片机中加了一个频率为 12MHZ 的晶振电路。机器周期是主频的 12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*（1/12M）=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。具体的延时程序分析：delay: mov r7,#200 ；设定外循环次数 200 L1: mov r6,#250 ；设定中循环次数 250 L2: mov r5,#10 ；设定内循环

49、次数 10L3: djnz r5,L3 ；内循环语句，本条指令用时 2us djnz r6,L2 ；中循环语句，本条指令用时 2usdjnz r7,L1 ；外循环语句，本条指令用时 2usret单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究17延时 10*250*200*2us=1s，单片机运行速度很快其他的指令执行时间忽略不计。5 调试与仿真185 调试与仿真5.1 硬件部分本设计硬件仿真部分所用软件为 Proteus 7 Professional，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，是将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型

50、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。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。它可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，建立了完备的电子设计开发环境。175.2 软件部分本设计软件仿真部分所用软件为 Keil uVision，它是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件 ，提供了包

51、括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。 本设计使用 Keil 软件生成.HEX 文件，然后烧写进 89C52 芯片中。185.3 交通灯的显示测试如果电路和程序一切正常，程序刚开始执行时交通灯的亮灭情况应为南北直行绿灯亮，其他全为红灯，仿真图如图 5-1 所示。如果灯不亮，说明硬件电路工作不正常，大体有这样几种情况：（1）振荡电路未起振。一种方法是可以用示波器观察 STC89C52 的 XTAL1 脚的波形以确定是否起振；另一种方法是可以用万用表分别测 XTAL1 脚和 XTAL2 脚的

52、对地电压，如果两者的压差在 2V 左右，说明振荡正常，否则未起振，检测电容 C1、C2 和晶振是否损坏，安装是否正确。（2）复位电路未能正确工作。使用万用表测 RST 脚，如果有电压，说明复位电路在正常工作时的状态不正常，查 R1 和相关连接，否则说明正常工作时复位端电平正确；可以测一下复位工作过程是否正常，取一根电线，一端接在单片机的 RST 脚，另一端与正电源短接，然后撤去电线，如果电路已工作正常，说明复位电路工作不正常，同样要查 R1 和相关连接。单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究19（3）如果以上两处均正确，可能是发光二极管的正负极安装错误导致不亮，用电线短接 P2 端各引脚与地，

53、看接在该引脚上的发光二极管是否亮，如果不亮，就是发光二极管装反了。19当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，接通电源后即可检测。图 5-1 交通灯仿真示意图5.4 LED 倒计时显示测试如果电路和程序一切正常，程序刚开始执行时 LED 的显示情况应为南北方向显示为 8，东西方向显示为 9，仿真图如图 5-2 所示。图 5-2 LED 倒计时仿真图5 调试与仿真205.5 程序测试将写好的程序在 Keil 中进行编译，并生成.HEX 文件，由图 5-3 可知，程序编译正确，无错误。 图 5-3 程序编译5.6 整体电路测试系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期，检查灯的显示状态

54、是否正常，同时观察倒计的计数是否正常，实物图如图 5-4 所示。图 5-4 系统整体电路测试单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究21检测步骤如下：1. 目测。检查外部的各种元件或电路是否有断点； 2. 用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象； 3. 加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值； 软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序编辑后，查看程序是否有逻辑的错误。206 发展与期望226 发展与期望道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统

55、的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。为确保车辆和行人安全顺利地通过十字路口，目前大多数城市已经使用自动控制的交通信号灯来指挥。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高；有的只是利用一些常用集成电路完成，基本以硬件实现为主，成本较低，功能也相对比较简单，但较难实现功能的变更。交通灯控制系统是城市的重要基础设施之一，一般的交通灯系统采用固

56、定周期换灯的控制方式，路口的交通灯大多只有红绿黄指示灯，行人在过路口时，会出现走到路中央绿灯跳变为红灯的情况。为符合以人为本的设计，我们可在路口安装与信号灯同步的倒记时显示器，行人和自行车可根据绿灯结束的时间决定是否过路口。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器 plc，单片机等方案来实现。21交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，根据行车过程中出现的实际情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况，用单片机来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，使交通灯在控制中灵活而有效。当前，交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车等各种车辆与日俱增，

57、道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常混乱，为了在十字路口的各条干道实现合理科学的分流，我们必须拥有高度智能化的交通指挥系统，相信在不久的未来，我们的交通管理系统一定会更加科学化，规范化。单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究23参 考 文 献1肖洪兵跟我学用单片机M 北京：北京航空航天大学出版社，2002：12-302何立民单片机高级教程M 北京：北京航空航天大学出版社，2001：43-443 赵晓安MCS-51 单片机原理及应用M 天津：天津大学出版社，2001：63-674李广第单片机基础M 北京：北京航空航天大学出版社，1999：54-675徐

58、惠民，安德宁 单片微型计算机原理接口与应用M 北京：北京邮电大学出版社，1996：88-90 6夏继强单片机实验与实践教程M 北京：北京航空航天大学出版社，2001：63-647郭兰英，赵祥模微机原理及接口技术M 北京：清华大学出版社，2006：45-478谢希仁计算机网络M.北京：电子工业出版社，2008：77-799张毅坤. 单片微型计算机原理及应用M. 陕西：西安电子科技大学出版社，1998：14-17 10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，2000：66-6711雷丽文微机原理与接口技术M 北京：电子工业出版社，1997：24-2612胡汉才单片机原

59、理及其接口技术M 北京：清华大学出版社，2004：49-6713丁元杰单片机原理与应用M 北京：机械工业出版社，2008：77-7914李朝青.单片机原理及接口技术（修订版） M.北京：北京航空航天大学出版社，1998：47-4815台方可编程序控制器应用教程M 北京：中国水利水电出版社，200116常斗南. 可编程序控制器原理应用实验M 北京：机械工业出版社，1998：53-5517钱晓龙，李鸿倩智能电器与控制器M 北京：机械工业出版社，2003：34-3518倪涛电机及电气控制M 武汉：华中科技大学出版社，2008：22-2619程周电气控制与 PLC 原理及应用M 北京：电子工业出版社，2003：67-7020何立民.单片机应用技术大全M.北京：北京航空航天大学出版社， 1994：25-2721段洪义可编程控制器选择设计与维护M 北京：机械工业出版社，2002：43-45附录24附录 系统电路图附 I-1 系统整体电路图单片机交通灯自动控制及时间显示系统研究25附录 元件清单附 III-1 系统所用元件清单元件名称参数个数单片机STC89C521LED 数码管共阴极4发光二极管红色8发光二极管黄色8发光二极管绿色8电容30PF2电容10UF1电阻1K12电阻10K1晶振11.0592M1导线铜线若干