【正文】 設(shè)計(jì)原理及方法本設(shè)計(jì)采用模塊化的分層次設(shè)計(jì)方法，以單片機(jī)AT 89C 51為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由倒計(jì)時(shí)顯示模塊、交通燈顯示模塊、按鍵開關(guān)控制模塊等組成。系統(tǒng)的總體框圖如下所示。圖2 交通燈控制器框圖本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，4個(gè)數(shù)碼管東西南北方向各一個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，通過四個(gè)按鍵Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３模擬控制交通燈東西通行，南北通行，返回，緊急情況各個(gè)交通燈工作情況之間相互轉(zhuǎn)化。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)一般有晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)等模塊組成。 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。復(fù)位電路由手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。（1）上電復(fù)位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。（2）手動(dòng)復(fù)位：手動(dòng)復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號(hào)，即ALE=1和PSEN=1。這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。圖3 單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。在內(nèi)部時(shí)鐘方式下單片機(jī)內(nèi)部的高增益、反相放大器通過XTALXTAL2外接作為反饋元件的外部晶體管振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。此方式常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步。一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20μs，且為頻率低于12MHz的方波。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用11．0592MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。圖4 單片機(jī)時(shí)鐘電路宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) EA腳的功能及接法AT89C51 單片機(jī)的EA/VPP（31 腳）是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。當(dāng)EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，只訪問外部存儲(chǔ)器。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲(chǔ)程序，因此，EA腳必須接高電平。圖5 單片機(jī)最小系統(tǒng)宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 其它硬件模塊介紹及連接 倒計(jì)時(shí)顯示模塊系統(tǒng)要求南北和東西方向的信號(hào)燈時(shí)間不一樣，所以就利用單片機(jī)的P0口送出數(shù)據(jù)的段碼，位選信號(hào)用P2口送出，用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示東西、南北的倒計(jì)時(shí)間。7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。本設(shè)計(jì)采用共陰數(shù)碼管，需要接上470歐上拉電阻以提供足夠大的電流來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是約10毫安。圖6 數(shù)碼管顯示模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 交通燈顯示模塊本系統(tǒng)利用單片機(jī)的P1口來驅(qū)動(dòng)和控制各種信號(hào)燈的燃亮和燃亮?xí)r間，在實(shí)際中，交通燈的信號(hào)燈需要用高電壓控制，在這里我們只是模擬一下它的控制信號(hào)，所以我們就只用單片機(jī)的信號(hào)引腳直接來控制發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。圖7 交通燈模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 按鍵控制模塊本系統(tǒng)設(shè)置了有4個(gè)鍵：K0鍵，K1鍵，K2鍵，K3鍵。每個(gè)按鍵一端接地，另一端接上二極管。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而得到相應(yīng)的輸入信息。本系統(tǒng)采用了二極管做開關(guān)，是為了防止有一按鍵被按下3根線同時(shí)被低，中斷無效。二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。程序開始運(yùn)行先東西段通行、南北段禁止60s，后南北段通行、東西段禁止50s，依此循環(huán)。系統(tǒng)分三種工作模式：南北通行模式、東西通行模式、返回模式、緊急情況模式，并且通過四個(gè)按鍵K0、KKK3實(shí)現(xiàn)之間的相互轉(zhuǎn)化。圖8 按鍵控制模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 電源模塊單片機(jī)工作時(shí)需要的+5V電壓,所以在設(shè)計(jì)電源電路時(shí),需要一個(gè)電子元件能提供+5V電壓,由于78L05能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,78L05一腳為電源輸入端,二腳為公共接地端,三腳即為我們所需要的+,即在78L05的1腳和公共接地端(即2腳),在公共接地端和三腳+ 電源模塊 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 T0的計(jì)數(shù)初值T0的計(jì)數(shù)初值：X=21612*50*1000/12=15536=3CB0H 倒計(jì)時(shí)顯示的理論分析倒計(jì)時(shí)顯示的理論分析：利用定時(shí)器中斷，設(shè)TH0=TH1＝(6553650000)/256。每到第20次中斷即過了20*＝1秒時(shí)，使時(shí)間的計(jì)數(shù)值減1，便實(shí)現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)的功能。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) 交通燈狀態(tài)顯示的理論分析狀態(tài)燈顯示的理論分析：黃燈閃爍同樣可以利用定時(shí)器中斷。每到第10次中斷即過了10*＝，使黃燈標(biāo)志位反置，即可讓黃燈1秒閃爍一次。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，程序的編寫用C語言來完成。系統(tǒng)控制程序可以分為若干模塊：初始化程序，按鍵開關(guān)控制程序，交通燈轉(zhuǎn)換控制程序，LED數(shù)碼管顯示程序，按鍵消抖動(dòng)程序，延時(shí)程序，中斷服務(wù)子程序等。系統(tǒng)相應(yīng)的程序流程如圖所示。圖10 程序流程圖宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì) Proteus軟件仿真 Proteus仿真圖交通燈控制系統(tǒng)的仿真是通過 proteus 軟件實(shí)現(xiàn)的交通燈控制系統(tǒng)仿真效果，仿真如下圖9所示：圖11 仿真圖 Proteus仿真的結(jié)果分析Proteus仿真實(shí)現(xiàn)東西方向和南北方向的十字路口的車輛相互交替通過，東西方向（主干道）每次通行時(shí)間設(shè)置為60秒、南北方向（次干道）通行時(shí)間設(shè)置為50秒。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)紅燈、黃燈、綠燈各狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，黃燈閃爍時(shí)間設(shè)置為10秒，數(shù)碼管可以準(zhǔn)確進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。按下東西放行鍵K0，東西方向（主干道）綠燈亮，南北方向（次干道）紅燈亮；按下南北放行鍵K1，南北方向（次干道）綠燈亮，東西方向（主干道）紅燈亮；無論在任何時(shí)候按下返回鍵K2，該控制系統(tǒng)都將返回到初始狀態(tài)；若遇緊急情況，按下緊急情況按鍵K3，東西南北方向都亮紅燈，實(shí)現(xiàn)主干道和支干道全部禁止通行；模擬了控制交通燈東西方向（主干道）通行，南北方向（次干道）通行，返回，緊急情況各個(gè)交通燈工作情況之間相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)的要求。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì)結(jié)束語通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我受益匪淺。使我在軟硬件結(jié)合的綜合運(yùn)用能力上有了進(jìn)一步的提升，對(duì)課堂上所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)有了進(jìn)一步的加深和鞏固，在C語言的掌握方面也向前邁了一大步，在老師和同學(xué)的幫助下，提高了個(gè)人分析解決實(shí)際問題的綜合能力以及協(xié)同合作的能力，同時(shí)還鍛煉了我查閱資料的能力、動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。面對(duì)電腦搜索資料，一點(diǎn)點(diǎn)，一塊塊的電路慢慢拼成完整的電路經(jīng)過一次次的反復(fù)修改終于設(shè)計(jì)出了屬于自己的程序和電路,雖然還有諸多不足之處,不過使自己真正的體會(huì)到了探索事物的奧秘的快樂,同時(shí)自己也更深入的了解到了單片機(jī)的巨大的潛力，雖然有的時(shí)候可能遇到了一些困難，但是我最終解決了，我也會(huì)感覺到成功給我?guī)淼南矏?，我知道我在專業(yè)知識(shí)上的掌握還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我還要更加努力的去學(xué)習(xí)，提高自己了實(shí)踐能力。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[1] 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謝本畢業(yè)設(shè)計(jì)在胡波和劉明老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)以及同學(xué)們的熱心幫助下完成的。感謝他們?cè)诖舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我的悉心指導(dǎo)與各方面的幫助，他們給了我許多非常有益的建議和意見，使我在思路上得到了很大的啟發(fā)，從中認(rèn)識(shí)到了自己存在的不足，并且學(xué)到了很多非常寶貴的知識(shí)。同時(shí)也要感謝系里其它同學(xué)和我的朋友在設(shè)計(jì)中給我提供的幫助和支持。總的來說，這次設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我學(xué)到了很多東西，讓我將自己所掌握的理論知識(shí)切實(shí)運(yùn)用于工作和生活實(shí)踐中，這不僅有利于加深對(duì)書本知識(shí)的理解和鞏固，而且在很大程度上提高了我們?cè)诶碚撝R(shí)的指導(dǎo)下觀察、分析和解決問題的能力。最后，再次向所有幫助過我的老師、同學(xué)表示衷心的感謝！謝謝你們！宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計(jì)附錄：程序源代碼/*include */ include define uchar unsigned char uchar duanma[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}。uchar code weima[4]={0x0D,0x0E,0x07,0x0B}。uchar code deng[4]={0xDE,0xDD,0xF3,0xEB}。char SN=50,WE=60。char SN_G=50,WE_G=40,Y=10。uchar i,k=0,count=0。void delayms(uchar ms)。void light()。void led()。sbit K0=P3^7。sbit K1=P3^6。sbit K2=P3^3。sbit K3=P3^5。/*程序初始化*/ void init(void){ /*12MHz */ TMOD=0x01。TH1=(6553650000)/256。/*0x3C*/ 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