【正文】 鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 1 頁 共 37 頁 基于 AT89C51 單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計 摘 要： 本 文研究的 是 以 AT89C51 單片機為控制器的智能 交通燈 控制系統(tǒng)， 該 系統(tǒng) 通過 紅外接收器 接收信號實現(xiàn)特種車輛（ 11 120 等）自動放行；通過 車輛檢測 電路 采集 路 況信號， 經 單片機處理后， 分配各車道的綠燈時間，實現(xiàn)車流動態(tài)調節(jié)，并 由74HC244 驅動 LED 數(shù)碼管顯示通行倒計時 ； 左拐、右拐、直行及行人的通行指示燈 采用雙色高亮度發(fā)光二極管 ，設計中還添加了聲音提示 電路，方便盲人過人行道。本設計是以軟件和硬件相結合的方式來實現(xiàn) ， 文中給出了具體的硬件電路圖和軟件流程圖 及 程序源碼 。 關鍵詞 ： 智能 交通燈 ， AT89C51， 車輛 檢測 ， 74HC244， LED 1 方案設計及論證 方案設計論證 交通燈控制系統(tǒng)的總體方案設計 本設計研究的是基于 AT89C51 單片機的交通燈智能控制系統(tǒng)。的設計原理，闡述。主控系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為控制器，控制通行倒計時及右拐、右拐、直行、行人的通行，占用端口少，耗電也最小。系統(tǒng)電源采用獨立的 +5V 穩(wěn)壓電源，有各種成熟電路可供選用，使此方案可靠穩(wěn)定 [5]。該設計可直接在 I/O 口上接按鍵開關，精簡并優(yōu)化了電路。結合實際情況 ，顯示界面采用點陣 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描的方法，滿足了倒計時的時間顯示輸出和狀態(tài)燈提示信息輸出的要求，減少系統(tǒng)的復雜度。 交通燈控制系統(tǒng)硬件框圖 該 交通燈控制系統(tǒng)有以下幾個部分組成：車輛 檢測、緊急控制、單片機、驅 示電路。 、鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 2 頁 共 37 頁 圖 系統(tǒng)硬件組成總框圖 交通燈控制系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)運用單片機對交通燈控制系統(tǒng)實施控制，通過直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體運行，運用了 LED 數(shù)碼管顯示倒計時以提醒行駛者，更添加了盲人提示音 電路，方便視力障礙群體通行，更具人性化。在此基礎上，加入了特種車輛自動通行控制模塊和車流量檢測電路為系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經單片機進行具體處理，及時調整通行方向。 由此，本設計系統(tǒng)以單片 機為控制核心，構成最小系統(tǒng)，根據(jù)特種車輛自動通行控制模塊、車輛 檢測模塊和按鍵設置模塊等產生輸入，由信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊和盲人提示音模塊 輸出 [7]。 系統(tǒng)進入工作狀態(tài)， LED 數(shù)碼管實時顯示數(shù)據(jù)倒計時，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，在此過程中若有控制信號和實時車流量檢測信號，可對異常狀態(tài)進行實時控制，隨時調用中斷，達到修正通行時間滿足 不同時間不同路況的需求。 2 交通燈控制系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件組成及原理圖 根據(jù)要實現(xiàn)的具體功能，經過比較，我選用 AT89C51 單片機及外圍器件構成最小控制系統(tǒng)， 4 組雙色燈構成信號燈指示模 塊，東西南北方向分別構成倒計時顯示模塊，CCD 采集車輛數(shù)量 數(shù)據(jù)， 紅外線接收器接收中斷信號，使實時中斷來響應特種車輛的通行要求， 接 LED 顯示器 [8]。硬件原理圖如圖 所示： P1 P2 AT89C51 P0 RST P3 南北通行燈 東西通行燈 LED 驅動器 3 位 LED 顯示器 特種車輛自動通行控制模塊 車輛 檢測電路 上電復位 自動 /手動鍵盤 鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 3 頁 共 37 頁 圖 硬件電路原理圖 單片機 AT89C51 AT89C51 是 一種高效微控制器，它是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS8位單片機，片內含 4Kbytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 1288 位 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，該器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，它與 MCS51系統(tǒng)產品兼容， AT89C51 單片機功能強大，具有 8Kb 中央處理器（ CPU）和 4KbFlash 程序存儲器，性價比高，可應用于很多要求高性價比的場合，靈活地應用于各個控制領域 [9]。 AT89C51 的 主要性能 內含 4Kb 可重編程的 FPEROM； 與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容； 1288 位的內部 RAM； 4 個 8 位 (32 根 )雙向可位尋址的 I/O 端口； 2 個 16 位的計數(shù) /定時器； 全雙工方式的串行通道 (UART)； 6 個中斷源； 5 個向量二級中斷結構； 最高時鐘振蕩頻率可達 12MHz； 指令集中 64 條為單周期指令，支持 6 種尋址方式，共 111 條指令； 低功耗空閑和掉電方式； 片內振蕩器和時鐘電路。 AT89C51 的引腳功能 AT89C51 為雙列直插（ DIP） 式封裝的 51 單片機芯片，有 40 條引腳，其引腳示意及功能分類如圖 所示。 單片機控制系統(tǒng)模塊 CCD 時間顯示模塊 特殊車輛轉換模塊 二值化電路 驅動電路 鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 4 頁 共 37 頁 圖 89C51 單片機引腳圖 各引腳功能說明如下： （ 1）主電源引腳 Vcc（ 40 腳）：接 +5（ 1177。20﹪ ） V 電源正端； Vss（ 20 腳）：接地。 （ 2） I/O 引腳 P0 口（ 39~32 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P0 口。 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口 ,分時復用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8 個邏輯門電路，對端口 P0 寫 “1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 時，這組端口線分時轉換地址 （ 低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 Flash 進行校驗時， P0 口輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口（ 1~8腳）： ~ P1口，可作為準雙向 I/O口使用。 P1是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。對端口寫 “1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 P1口被外部下拉為低電平時，輸出電流，是因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個 電流。在 Flash編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2 口（ 21~28 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般作為準雙向 I/O 使用。 P2 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P2 的輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 邏輯門電路。當對 P2 端口寫 “1”時，內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 5 頁 共 37 頁 用時，由于內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 （ IIL） 。在接有片外存儲器或擴展 I/O 口且尋址范圍超過 256B 時， P2 口用作高 8 位地址總線。 當給出地址為 “1”時，它就利用內部上拉優(yōu) 勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀 /寫時，P2 口便輸出其特殊功能寄存器的內容。在 FLASH 編程和校驗時， P2 口接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口（ 10~17 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P3 口。 P3 口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口的輸出緩沖器可驅動 4 個 TTL 邏輯門電路接收輸出電流。當 P3 口寫“1”時，通過內部的上拉電阻上拉為高電平并作為輸入口。此時由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流 （ IIL） 。除作為準雙向 I/O 口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨立定 義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3 口第二功能祥見表 ： 表 P3 口第二功能表 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接受 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 I N T 0—————— 外中斷 0 申請 I N T 1—————— 外中斷 1 申請 T0 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR———— 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD———— 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 （ 3）外接晶體引腳 XTAL1(19 腳 )：它在單片機內部是一個反向放大器的輸入端，構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時， HMOS 單片機的該引腳應接地； CHMOS 單片機的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2(18 腳 )：它在單片機內部是片內振蕩器的反向放大器的輸出端。當采用外部時鐘時， HMOS 單片機的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端； CHMOS 單片機的該引腳應懸空不接。 （ 4）控制線 鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 6 頁 共 37 頁 ALE/PROG—————— (30 腳 )：地址鎖存允許 /編程信號。在訪問片外程序存儲器期間，此信號可用于控制鎖存 P0 輸出地址總線的低 8 位， ALE 以每機器周期兩次進行信號輸出；在 FLASH 編程期間，此引腳用作編程脈沖 PROG——————的輸入端。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fosc 的 1/6,可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意的是：在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間 ， ALE 脈沖會跳空一個。若想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令使 ALE 起作用。另外，該引腳將被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 P S E N——————（ 29 腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。 在由外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期內 P S E N——————兩次 有效， P0 口讀回指令或常數(shù)。當訪問內部程序存儲器時， P S E N——————信號不跳變。 RST/VPD (9 腳 )： RST 即 RESET， VPD為備用電源，該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機回復 到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù) 10ms 以上才能保證有效復位。 當 VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 EA————/VPP（ 30 腳）： EA————為片外程序存儲器選用端，訪問內部程序存儲器控制信號。當 EA————端接高電平時， CPU 訪問內部程序存儲器。當 EA————接低電平時， 則在此期間外部程序存儲器 (0000HFFFFH)，則強調 CPU 訪問外部存儲器，而不管程序計數(shù) 器的內容是多少。此外，該引腳還用做 EPROM 編程電壓的輸入端。在編程期間，此引腳用作21V 編程電源 VPP 的輸入端。 AT89C51 的內部結構 89C51 單片機內部組成結構中包含運算器和控制器（ CPU）、片內存儲器、 4 個并行 I/O 接、串行口、定時 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件 [10]。其內部結構框圖如圖 所示。圖中 PC 是程序計數(shù)器； PSW 是程序狀態(tài)字寄存器； DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器。 鹽城師范學院畢業(yè) 論文（ 設計 ） 第 7 頁 共 37 頁 圖 AT89C51 單片機內部結構框圖 運算器和控制器 89C51 的運算器和控制器功能類似 于一般微機中的微處理器 (CPU)，是單片機的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。它完成邏輯算術運算并協(xié)調單片機其它各部分的工作。各種算術、邏輯運算所涉及到的寄存器包括：累加器 ACC、寄存器 B、暫存器 1(TEMP1)和暫存器 2(TEMP2)、程序狀態(tài)字寄存器 PSW，程序計數(shù)器 PC，堆棧指針 SP，數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 等。它們位于 CPU 內部，又稱 CPU 專用寄存器，以區(qū)別于 I/O 接口專用寄存器。 存儲器 MCS51 系列單片機存儲器組成是所謂的哈佛結構，存儲器的組織方式與通用單片機系統(tǒng)不同，包含程序存儲器與 數(shù)據(jù)存儲器，其地址空間是相互獨立的，而不是程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。在 89C51 單片機中，程序存儲器采用 EEPROM，而數(shù)據(jù)存儲器采用 RAM。它們又可以進一步分成內部或外部兩類。 ① 程序存儲器 程序存儲器內部和外部是統(tǒng)一連續(xù)編址的，內部占用地址空間的低4KB，地址 0000H～ 0FFFH，外部地址范圍 1000H～ FFFFH，共 60KB。程序存儲器主要用來存放程序和常數(shù)。當程序計數(shù)器 PC 由內部 ROM 開始執(zhí)