【正文】 方向紅燈亮，50秒后東西方向黃燈閃亮3秒后南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。重復(fù)執(zhí)行，倒計(jì)時(shí)用到定時(shí)器T0，用P2口作為LED的顯示。二位一體的LED重復(fù)執(zhí)行50秒的倒計(jì)時(shí)。作為突發(fā)事件的處理，本設(shè)計(jì)主要用到外部中斷EX0。用一模擬開關(guān)作為中斷信號(hào)。實(shí)際中可以接其它可以產(chǎn)生中斷信號(hào)的信號(hào)源。 本文的設(shè)計(jì)方案：采用以單片機(jī)為核心的控制方案交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括微處理器的選擇、顯示器的選擇及硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件方面，控制芯片選取美國Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，顯示器選擇八位七段數(shù)碼管。利用AT89C51單片機(jī)作為核心控制器件,控制倒計(jì)時(shí)將不同狀態(tài)顯示在LED上。在軟件方面，首先利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出交通燈燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖，最后采用C語言對控制源程序進(jìn)行編譯，使交通燈控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，控制倒計(jì)時(shí)顯示出不同狀態(tài)。 2 主要器件介紹 主控芯片的選擇本設(shè)計(jì)選用的微處理器是兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令的AT89C51單片機(jī)。 AT89C51單片機(jī)性能簡介AT89C51是近年來最流行也是運(yùn)用最多的芯片，它是ATMEL,PHILPS和SST等公司生產(chǎn)的帶片內(nèi)4KB FLASH ROM,片內(nèi)256字節(jié)RAM，4個(gè)8為并行I/O口，兩個(gè)16為定時(shí)器和5個(gè)中斷源的低功耗，高性能微處理器。由于其FLASH ROM是可電擦出和電改寫的閃速存儲(chǔ)器，給開發(fā)人員帶來了很大的方便，因此其近年來備受人們青睞。AT89C51單片機(jī)的主要性能特征如下：（1） 與MCS51兼容；（2） 4K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器；（3） 壽命：1000寫/擦循環(huán)；（4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；（5） 全靜態(tài)工作：0HZ24MHZ。（6） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；（7） 128*8為內(nèi)部RAM。（8） 32可編程I/O線；（9） 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（10） 5個(gè)中斷源；（11） 可編程串行通道；（12） 低功耗的閑置和掉電模式；（13） 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51單片機(jī)引腳功能說明AT89C51的引腳如圖21所示。圖21 AT89C51的引腳圖圖21是 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖，它是雙列直插式封裝，其引腳功能說明如下：（1）VCC:電源端，+5V；（2）GND:接地端；（3）XTAL1：振蕩電路反相放大器和外部時(shí)鐘脈沖的輸入端；（4）XTAL2：振蕩電路反相放大器輸出端；（5）RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的電平時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作；（6）ALE：地址所存允許信號(hào)端。正常工作時(shí)不斷向外輸出頻率為振蕩頻率1/6的正脈沖信號(hào)，CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)作為鎖存低8為的控制信號(hào)；（7）：程序存儲(chǔ)輸出允許信號(hào)端，當(dāng)片外存儲(chǔ)器取指令時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期有兩個(gè)脈沖輸出，在此期間，每當(dāng)訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，這兩個(gè)有效的不再出現(xiàn)；（8）/VPP：外部存儲(chǔ)器訪問允許端。當(dāng)/VPP低電平時(shí)只執(zhí)行片外存儲(chǔ)器指令；（9）P0:P0口是漏極開路的8位輸入輸出端口；每位可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載；（10)P1:P1口是內(nèi)部有上拉電阻的8位雙向I/O端口，其輸出緩存器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門；（11）P2:P2口是一個(gè)內(nèi)部有上拉電阻的8位雙向I/O口，其輸出緩存器能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門，若端口接收寫1指令，其上拉電阻使端口成高電位，此時(shí)用作輸入口；（12）P3:P3口是一個(gè)內(nèi)部有上拉電阻的8位雙向I/O口，其輸出緩存器能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門，若端口接收寫1指令，其上拉電阻使端口成高電位，此時(shí)用作輸入口；此外P3還有第二功能，其第二功能如表21表21 P3端口引腳第二功能表端口引腳第二功能RXD 串行口輸入口TXD 串行口輸出口外部中斷0 外部中斷1T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口片外存儲(chǔ)器片寫選通片外存儲(chǔ)器讀選通 顯示器的選擇本設(shè)計(jì)選用的顯示器是共陽極2位7段LED顯示器，如圖23數(shù)碼管圖。圖22 2位7段數(shù)碼管圖 7段數(shù)碼管性能簡介七段數(shù)碼管每段由發(fā)光LED組成。發(fā)光二極管LED是一種簡單而常用的輸出設(shè)備，它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，壽命長，對電流、電壓的要求低及容易實(shí)現(xiàn)多路等；但具有亮度較低，溫度依賴性較大等缺點(diǎn)[6]。LED適宜于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度。一般其每秒可導(dǎo)通100次~500次，每次為幾毫秒。 7段數(shù)碼管功能說明7段LED有共陰極與共陽極兩種，當(dāng)公共陰極接地時(shí)，陽極上的信息為“1”時(shí)，段就點(diǎn)亮；信息為“0”時(shí)，段就不亮。當(dāng)公共陽極接到+5V，陰極上的信息為“1”時(shí)，段就不亮；信息為“0”時(shí)，段就點(diǎn)亮。圖23表示7段LED內(nèi)部段的排列[7]。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的段（發(fā)光二極管）恒定地導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個(gè)字符為止。這種顯示方式編程容易，管理也較簡單，但占用I/O口線資源較多。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方案。在多位LED顯示時(shí)，為簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制。而共陰（陽）極公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通[8]。P2口輸出位選碼，P1口輸出段選碼，位選碼占用輸出口的線決定于顯示器的位數(shù)，比如8位就要占8條。74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動(dòng)LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS07是同向OC門，做位選碼驅(qū)動(dòng)器，輸入低電平時(shí)輸出是地電位，輸入為高電平時(shí)，輸出開路[9]。圖23 7段數(shù)碼管內(nèi)部排列圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 設(shè)計(jì)原理框圖基于AT89C51單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)由電源電路、單片機(jī)主控電路、按鍵控制電路和顯示電路幾部分組成，框圖如下圖所示：圖31 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 外圍電路 電源電路本次設(shè)計(jì)的電源電路為+5V穩(wěn)壓電源，其電路如圖32所示。圖32 電源電路穩(wěn)壓電源電路即利用晶體管作為調(diào)整元件和負(fù)載串聯(lián)，調(diào)整元件看做是可變電阻，從輸出電壓中提取全部或部分電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管所呈現(xiàn)的電阻來維持輸出電壓基本不變。它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流也可達(dá)到很大，穩(wěn)壓精度較高。穩(wěn)壓電源電路主要由變壓器、三端集成穩(wěn)壓器780整流電路、濾波電路組成。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變換交流電壓、阻抗和電流的器件；三端穩(wěn)壓器可靠性高、精度高、電路實(shí)現(xiàn)簡單且價(jià)格低廉，可以實(shí)現(xiàn)可靠的直流穩(wěn)壓電源；整流電路采用全橋式整流橋，即利用四個(gè)二極管兩兩并聯(lián)后接入輸出電壓；電容濾波電路即在輸出端并聯(lián)一個(gè)電容器。 復(fù)位電路復(fù)位電路操作有上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位電路是加電瞬間電容通過充電來實(shí)現(xiàn)的。手動(dòng)復(fù)位，是指通過接通一按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運(yùn)行后需要復(fù)位，一般是通過手動(dòng)復(fù)位來實(shí)現(xiàn)的，通常采用手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位組合。如圖33為按鍵電平復(fù)位電路圖。圖33 復(fù)位電路 晶振電路單片機(jī)必須需要時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)才能正常工作，單片機(jī)內(nèi)部有個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，所以只需外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)從而到達(dá)單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率。晶振與單片機(jī)的連接電路圖，晶振電路主要由石英晶體和兩個(gè)電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激時(shí)鐘振蕩器。該電路中，晶體一般選取12MHZ，電容取30pF左右。時(shí)鐘電路:AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘電路一般是在他的始終引腳外接晶體振蕩器件，和內(nèi)部高增益反向放大器構(gòu)成自激振蕩器電路。振蕩器頻率取決于晶體的頻率C1和C2起頻率微調(diào)和穩(wěn)定作用。如圖34所示：圖34 晶振電路 LED顯示電路數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管在其中要加相應(yīng)大小的上拉電阻，上拉電阻的作用就是增大電流，是數(shù)碼管更亮，在此設(shè)計(jì)中，由于I/O接口數(shù)量足夠，所以采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法，這樣雖然浪費(fèi)I/O接口，但是本設(shè)計(jì)條件允許，使軟件設(shè)計(jì)更簡單，更容易。采用的數(shù)碼管為共陰極，所用公共端接地