【正文】 接線方法如下： LED 點(diǎn)陣顯 30 示區(qū) 8255CS 插孔接譯碼輸出插孔 Y0， 273CS 插孔接譯碼輸出 Y2， WR 插孔接 XWR，RD 插孔接 XRD， A0 插孔接 XA0， A1插孔接 XA1， RESET 插孔接 RST，用 8芯排線將LED 顯示區(qū) D0~D7 連接到 XD0~XD7，其流程圖如圖 、 所示 。 26 開始初始化顯示初始值設(shè)置A道 放行，B 道禁行延時(shí)顯示A道 警告，B 道禁行延時(shí)5 SA道 禁行，B 道放行置顯示初始值A(chǔ)道 禁行，B 道警告顯示延時(shí)延時(shí)顯示延時(shí)1 m s顯示十位數(shù)設(shè)置顯示次數(shù)秒十位數(shù)轉(zhuǎn)字形碼R1秒個(gè)位數(shù)轉(zhuǎn)字形碼拆分秒數(shù)秒數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制顯示秒數(shù)減1開始個(gè)位數(shù)十位數(shù)R2顯示個(gè)位數(shù)延時(shí)1 m sYN顯示次數(shù)= 0 ？主程序流程圖 顯示子程序流程圖返回中斷服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷響應(yīng)緊急情況返回A道 放行，B 道禁行延時(shí)1 0 s 圖 系統(tǒng)總體方案流程圖 定時(shí)電路設(shè)計(jì) 定時(shí)電路主要靠定時(shí)中斷來(lái)控制。通過(guò)需求分析，搭建好系統(tǒng)硬件平臺(tái)后，在此基礎(chǔ)上還需要軟件驅(qū)動(dòng)和優(yōu)化才能使硬件得以正常工作，成分發(fā)揮其應(yīng)有的功能。 圖 電源電路 23 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)開發(fā)流程 建立一個(gè)工程項(xiàng)目，選擇芯片類型，確定選項(xiàng)； 建立 ASM 源文件； 用項(xiàng)目管理器生成各種應(yīng)用文件； 檢查并修改源文件中的錯(cuò)誤； 編譯連接通過(guò)后進(jìn)行軟件模擬仿真； 用編譯器或用軟件把程序載入單片機(jī)； 硬件測(cè)試。單片機(jī)及相應(yīng)軟 件，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)、安排控制信號(hào)的定時(shí)與順序等。 圖 LED 的恒流驅(qū)動(dòng)原理 LED 管的正向電流： Icc ce tfLV U UR??? 其中 CCV 為電源電壓， tU 為 LED 開啟電壓 ceU 為三極管飽和壓降， LR 為負(fù)載電阻。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位后可使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。 方式 2 ：雙向總線方式。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 圖 交通信號(hào)燈硬件系統(tǒng)總體框圖 硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識(shí) 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)首先需要確定使用什么類型的 CPU 和信號(hào)燈。 [9～ 11] 5 課題研究的主要內(nèi)容 該控制器能實(shí)現(xiàn)城市“十字”路口正常情況下以及特殊情況和緊急情況下交通信號(hào)燈的模擬控制。 （ 6）長(zhǎng)時(shí)間使用后，信號(hào)燈的塑料殼體和塑料透光面老化，使得信號(hào)模糊、外殼防護(hù)等級(jí)下降。 LED 的這個(gè)特點(diǎn)解決了傳統(tǒng)信號(hào)燈存在的幻像（俗稱假顯示）和色片褪色問題，提高了光效。單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速，強(qiáng)運(yùn)算能力，尋 址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展?，F(xiàn)在為了使交通更加流暢，更有秩序，我們可以在以往得基礎(chǔ)上，加上按鍵，用以控制突發(fā)事件和交通擁擠等。該控制系統(tǒng)包括了按鍵控制電路、定時(shí)控制電路、顯示電路等幾部分的組成。設(shè)計(jì)以硬件和軟件相結(jié)合為指導(dǎo)思想，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大部分功 能，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高?；谝陨峡紤]，我們提出了這個(gè)課題要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)，并模擬和仿真。單片機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)對(duì)單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。 冷光源，能耗低 。 這幾年 LED 的技術(shù)發(fā)展非?？欤瑸?LED 信號(hào)燈技術(shù)的提高提供了很好的基礎(chǔ)。 在十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠三種信號(hào)燈，正常情況下，東西 (A線 )、南北 (B 線 )方向輪流放行。 CPU 對(duì)系統(tǒng)的整體功能、開發(fā)難度和價(jià)格都起主導(dǎo)作用，所以在硬件開發(fā)中應(yīng)該首先確定 CPU，然后再依據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)周邊電路。 P1 口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí) C口的 5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。復(fù)位電路則是實(shí)現(xiàn)這一功能的實(shí)際執(zhí)行者 , 它應(yīng)該使高電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上。 18 LED 器件的脈沖驅(qū)動(dòng)方式 點(diǎn)亮 LED 可以采用恒流靜態(tài)的方式，也可以采用脈沖方式的恒流驅(qū)動(dòng)。 20 圖 以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路框圖 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同， LED 大屏幕顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種。 Keil uVision2 軟件的仿真調(diào)試 Keil 的介紹 Keil 181。 25 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。它是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的外圍電路，本設(shè)計(jì)的定時(shí)電路有： 27 定時(shí)器 T0 用于 時(shí)間計(jì)時(shí)。 圖 圖形顯示子程序流程圖 圖 DEL1 字型顯示 流程圖 工作原理分析 信號(hào)燈的控制由單片機(jī)的 ~ 控制， 6只信號(hào)燈以共陰極方式連接，當(dāng)P1 口輸出為高電平時(shí)，信號(hào)燈點(diǎn)亮，為實(shí)現(xiàn)上述控制要求， P1 口共輸出四種控制碼 ,東西向、南北向的紅燈、綠燈、黃燈利用 AT89S51 的 I/O 口 、 、 、 、 、 實(shí)現(xiàn)， P1 口共輸出四種控制碼，如表 。其工作時(shí) 是縱向送字型碼，橫向從上往下進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，顯示完一個(gè)圖案所用的字型碼為 32 個(gè)字節(jié)。緊急中斷程序軟件設(shè)計(jì)的外加部件，實(shí)現(xiàn)的是通過(guò)人對(duì)按鍵的控制，可以及時(shí)處理發(fā)生的交通事故，能有效緩解交通，使交通更便利，更通暢。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序流程 軟件是硬件的靈魂，只有正確的軟件編程才能充分挖掘硬件的性能。電源電路如圖 所示，通 過(guò)變壓器把 220V 交流電轉(zhuǎn)換為 9V 交流電，然后再通過(guò)整流橋得到 9V 直流電， 22 再經(jīng)過(guò)濾波電容后輸入到三端穩(wěn)壓器 LM7805，就可以從 LM7805 的輸出端得到穩(wěn)定的 +5V 直流電。 以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路設(shè)計(jì) 圖 所示以單片機(jī)為核心的動(dòng)態(tài)掃描電路是由單片機(jī)、顯示控制電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路組成。在圖 中，表示用 三極管進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)的原理圖，可以看出， LED 的導(dǎo)通電流，與 LED 無(wú)關(guān)，取決于外參數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中電容 均 取 22pF，石英晶體的振蕩頻率 選 12MHz。這時(shí) A 口或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，C 口的 4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 RST：復(fù)位輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地 址的第八位。 系統(tǒng)方框圖見圖 。1999 年我國(guó)部分城市開始試用 LED 光源的道路交通信號(hào)燈，目前，國(guó)內(nèi)許多大、中城市已大規(guī)模應(yīng)用 LED 光源的道路交通信號(hào)燈。 （ 5）部分企業(yè)使用低檔的 LED，使得信號(hào)燈的品質(zhì)下降。 LED 發(fā)出的光是單色光，因而不需要用色片來(lái)產(chǎn)生紅、黃、綠的信號(hào)顏色； LED發(fā)出的光具有方向性，并有一定的發(fā)散角，由此可以屏棄傳統(tǒng)信號(hào)燈中使用的非球面反光鏡。從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 在以往的交通信號(hào)燈中，東西南北方向的通行時(shí)間是固定的，不論路上的車輛是多是少。 本課題設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片 AT89S51 作為核心控制器，通過(guò)硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)出的一個(gè)模擬交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。主要硬件有： AT89S51 單片機(jī)、 16*16 點(diǎn)陣式 LED 顯示屏、七段數(shù)碼管、 LED 和按鍵等。 課題研究的背景 單片機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展 單片機(jī)自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS48 開始，迄今已有 三 十多年了 ， 由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積 小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面。單片機(jī)正向著功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低，輻射更小的方向發(fā)展。 LED 是一種冷光源，其顯著的特點(diǎn)之一就是能耗低，這對(duì)燈具的應(yīng)用而言是很有意義的。以目前的狀況看， LED 信號(hào)燈的發(fā)展有以下幾方面的趨勢(shì)： 4 大功率 LED 的應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)是大幅減少 LED 的數(shù)量，需要解決的問題是散熱和成本。當(dāng)東西方向 (A線 )放行、南北方向 (B線 )禁行時(shí)，東西方向 (A線 )綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，南北方向 (B 線 )紅燈亮 30 秒；當(dāng)南北方向 (B線 )放行、東西方向 (A 線 )禁行時(shí)，南北方向 (B線 )綠燈亮 25 秒，然后黃燈閃爍 5 秒，東西方向 (A 線 )紅燈亮 30 秒。本設(shè)對(duì) CPU 的性能要求不高，所以選擇一款價(jià)格適中、功能一般的 51 系列單片機(jī) ——AT89S51。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 8255 芯片簡(jiǎn)介 8255 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介 : 8255 可編 程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對(duì)應(yīng) 11 于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。 74LS164 芯片簡(jiǎn)介 74LS164 是一個(gè)串入并出的 8位移位寄存器，他常用于單片機(jī)系統(tǒng)中，下面結(jié)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 12 束一下這個(gè)元件的基本知識(shí)： 串行輸入帶鎖存 時(shí)鐘輸入 ,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá) 36Mhz 功耗： 10mW/bit 74 系列工作溫度： 0176。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種， 本設(shè)計(jì) 中的復(fù)位電路集手動(dòng)復(fù)位及上電復(fù)位于一體： 上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的 22uF 電容的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣只要電源 VCC 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。脈沖驅(qū)動(dòng)的一個(gè)重要應(yīng)用就是用占空比來(lái)控制 LED 亮度。靜態(tài)顯示是指將一幅畫面輸入以后要保持到下一幅畫面的輸入；動(dòng)態(tài)顯示是指將畫面分為若干部分分別進(jìn)行刷新。Vision2 集成開發(fā)環(huán)境是 Keil Software， Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于 80C51 內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是匯編工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。定時(shí)溢出中斷周期為 25ms，累計(jì)中斷 20次時(shí)，控制黃燈閃爍一次，累計(jì)中斷 40 次時(shí)，對(duì)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行減 1 操作，然后調(diào) 用倒計(jì)時(shí)顯示程序把倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)單元里的數(shù)據(jù)送到七段數(shù)碼管上顯示 。 8255 初始化 調(diào)用字型顯示 DEL1 21H 為 1？ 20H 送 R0 調(diào)用字型顯示 DEL1 返回 PUSH 00H 查表送數(shù)到 8002H、 8003H 80H 取反 后送到 8001H 、A000H 一個(gè)字完成？ 返回 Y Y N N 31 表 交通燈信號(hào)控制碼 空 空 B 道綠燈 B 道黃 燈 B 道紅燈 A 道綠燈 A 道黃 燈 A 道紅燈 控制碼 狀態(tài)說(shuō)明 0 0 0 0 1 1 0 0 0CH A 道放行、 B 道禁止 0 0 0 0 1 0 1 0 0AH A 道警告、 B 道禁止 0 0 1 0 0 0 0 1 21H A 道禁止、 B 道放行 0 0 0 1 0 0 0 1 11H A 道禁止、 B 道警告 按鍵 K0、 K K2 分別由 I/O 口的 、 、 控制，當(dāng) P2口輸出高電平時(shí)，信號(hào)燈點(diǎn)亮，如表 所示。在程序中顯示部分剛開始的時(shí)候就要對(duì) 8255 寫控制字的地址，程序中用的地址是8003H；縱向輸送字型碼的地址分別為 8000H(XPA)、 8002H(XPC)，行掃描的地址分別為 8001H(XPB)、 A000H(X273)。顯示子程序流程圖如下。對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和反復(fù)修改，最終得到正確并符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。 本設(shè)計(jì)的電源電路主要由以下器件組成： 220V 轉(zhuǎn) 9V 的變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器