【文章內容簡介】 碼管的位選，然后經過三極管輸出高電平傳輸到雙位共陽數碼管進行選通，P2口的第一到第七引腳用于控制數碼管的片選。（3）P1口的六個引腳分別控制六個表示紅綠黃信號燈的LED二極管的亮與滅；（4）根據十字路口車流量的大小調節(jié)車輛通行的時間。（5）設置緊急按鍵用以處理緊急情況。通過外部中斷1實現。（6）設置夜間模式按鍵，從節(jié)省能源的角度考慮。通過外部中斷1實現。 系統(tǒng)各組成部分 主控制器AT89S52AT89S52為8 位的 CPU，有40個引腳32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為0～33MHz片內有 256字節(jié) 數據存儲器 RAM片內有 8K字節(jié) 程序存儲器 ROM4個8位 的并行I/O口（P0、PPP3）1個 全雙工串行通訊口3個16位 定時器/計數器（T0、TT2）可處理 6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級AT89S52可按照常規(guī)方法進行編程，亦可在線編程。其將通用微處理器及FLASH存儲器結合，特別是可反復擦寫的FLASH存儲器可有效降低開發(fā)成本。： AT89S52單片機引腳圖 顯示元件 在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同，同理，南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同，所以只需要考慮四位數碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數碼管可以顯示的時間范圍為099秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求。 從節(jié)省硬件資源的角度考慮，數碼管顯示使用動態(tài)掃描方式來處理。 ISP接口ISP就是在線編程，以往單片機下載程序都需要專門的燒寫器，并且需要把單片機從電路板上拔下來燒寫，燒好再插上，很麻煩。ISP功能可以通過非常簡單廉價的下載線直接在電路板上給單片機下載程序，當對電路進行調試時由于程序的錯誤或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對單片機多次拔插，所以不會對芯片造成損壞省去很多麻煩。 ATMEL指定的ISP_10PIN標準接口及其接線方式 LED模擬燈組 采用紅、綠、黃發(fā)光二極管實時模擬控制的路口交通燈。 LED模擬燈組 每個路口的信號的的轉換順序為：綠——黃——紅。綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經駛過安全線的車輛可以繼續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈顯示的后有2秒閃爍時間，因為研究表明閃爍的燈更能引起人的注意力，提示行人交通燈正在變化，這樣更能減少交通事故和確保人們的安全。 電路板設計 PROTEL簡介ROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內存下就能運行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現今的PROTEL已發(fā)展到DXP 2004，是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務器）體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現高密度PCB的100%布通率。ROTEL設計系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入windows環(huán)境的EDA開發(fā)工具，是具有強大功能的電子設計CAD軟件，一向以其高度的集成性和擴展性著稱于世。PROTEL DXP是一款基于windowsXP/NT/2000的全32位的電子設計系統(tǒng)。它主要由5大部分組成，分別為原理圖設計，原理圖仿真、印刷電路板（PCB）設計、層次原理圖設計、報表制作、電路仿真等功能，是電子工程師進行電子設計的最有效軟件之一。原理圖設計系統(tǒng)和印刷電路板的設計系統(tǒng)是PROTEL DXP的主要組成部分。原理圖設計系統(tǒng)包括原理圖設計（*.schdoc）原理圖原件庫的設計（*.schlib），印刷電路板的設計系統(tǒng)包括印刷電路板圖的設計（*.pcbdoc）和原件封裝庫的設計(*.pcblib) 電路板設計利用PROTEL設計PCB電路板大體一共分為六步（1）制作原理圖符號庫。（2）制作電路原理圖。電路原理圖設計主要是PROTEL的原理圖設計系統(tǒng)來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用PROTEL所提供的各種原理圖繪制工具、各種編輯功能，來實現我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。（3）生成網路表文件。網絡表是電路原理圖設計與印制電路板設計之間的一座橋梁，它是電路板自動的靈魂。網絡表一般從電路原理圖中獲得。（4）規(guī)劃電路板，導入網絡表。（5）元器件手動布局。（6）電路板布線，覆銅。 PCB圖第4章 軟件系統(tǒng)設計 編程軟件Keil簡介Keil 是美國Keil Software 公司開發(fā)的基于51內核的微處理器軟件開發(fā)平臺。出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期,他還能嵌入匯編，您可以在關鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面，用戶可以通過該開發(fā)平臺完成工程的完成和管理，程序的編譯，連接，目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程，使您能在很短的時間內就能學會使用Keil C51來開發(fā)您的單片機應用程序 。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。 軟件主流程圖設計上圖所示為正常模式下的流程圖，其實現的主要功能是顯示十字路口倒計時顯示，當有按鍵按下的時候系統(tǒng)將進行自動掃描確定按鍵的值，然后進行判斷對應的狀態(tài)進行執(zhí)行，包括特種車輛的通行（緊急模式），和節(jié)能模式（夜間模式）。開始 緊急狀態(tài)子程序按鍵是否按下？ 否 是狀態(tài)正常運行所有紅燈亮 按鍵是否按下？ 是 狀態(tài)正常運行 緊急狀態(tài)子程序在正常情況下，首先要進行判斷緊急模式控制按鍵是否按下，要是按下則進入緊急模式（所有紅燈亮），否則狀態(tài)正常運行，當進入緊急模式后，再次判斷緊急模式按鍵是否按下，只有再次按下時才能轉為正常狀態(tài)，否則，仍處于緊急模式（所有紅燈亮）狀態(tài)。開始按鍵是否按下？ 否 是所有黃燈亮狀態(tài)正常運行按鍵是否按下？ 否狀態(tài)正常運行 在夜間模式下，只有通過按鍵才能使所有的黃燈亮。再次按鍵后轉為正常運行狀態(tài)。 計數器初值設置定時中斷是為滿足定時或計數的需要而設計的。為此在單片機芯片內部有兩個定時器/計數器，來實現定時或計數功能。當定時時間到或計數器計數溢出時，置位相應的標志位，作為向CPU申請中斷請求的標志。AT89S52單片機有3個16位定時器/計數器（51系列有2個定時器）定時器對片內機器時鐘（周期方波）進行計數，計數器對Tx引腳輸入的負脈沖進行計數。當定時器設置為定時方式時，定時器對系統(tǒng)時鐘計數。定時器的計數脈沖來源于單片機內部，是對內部系統(tǒng)時鐘經12分頻后的脈沖計數。由于51單片機的一個機器周期等于12個振蕩周期，因此，當單片機系統(tǒng)時鐘的晶振頻率fosc=12MHZ時，振蕩周期=1/12us，則機器周期TM =1us；當fosc=6MHZ時，機器周期TM =2us。定時器工作時定時時間為：t=(2K—計數初值X)*機器周期則初值為：X=2K—（定時時間t/機器周期）（TH0與TL0為定時計數器T0常數寄存器，存放定時器初值）定時器/計數器有4種工作方式，由TMOD中的M0和M1位確定，工作方式不同，計數長度和計數方式也不同。不同工作方式下定時器的最大計數值如下：方式0 M=213=8192us方式1 M=216=65536us （經常使用）方式2 M=28=256us （經常使用）方式3 M=28=256us本例中若定時1s，顯然已經超過了計數器的最大定時時間，所以我們采用定時器和計數器相結合來實現1s的定時。設定一個初值為156的軟件計數器，設置定時器定時100us，這樣每當T0計時到100us時CPU就響應它的中斷請求，進入它的中斷服務子程序。在中斷服務子程序中，CPU先使軟件計數器加1，然后判斷它是否為2500，以flag作為標志，當flag為4時計數1s。延時的方法可以有兩種，一種是利用AT89S52內部定時器發(fā)生溢出中斷來確定1s的時間，另一種方法是采用軟延時的方法。軟件延時設計簡單、使用方便，但是無法進行精確計時，無法在實際應用中進行使用，所以本次設計采用了定時器0進行計時，每100us產生一個脈沖信號，可以準確的計時并方便8段數碼管進行顯示。 倒計時顯示的理論分析利用定時中斷，設置 TH0=TL0＝156，即每100us中斷一次。每到第2500次中斷即過了100*2500微秒＝，再以flag位標志，當flag為4時，使時間的計數值減1，便實現了倒計時的功能。 外部中斷所謂中斷，是指CPU正在處理某些事物的時候，外部又發(fā)生了某一事件，請求CPU及時處理。于是，CPU暫時中斷當前的工作，轉而處理所發(fā)生的事件。處理完畢，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。這樣的過程，稱為中斷。使用中斷可以進行多樣化設計，強化程序功能與執(zhí)行效率。外部中斷是由外部原因引起的，共有兩個中斷源。外部中斷請求有兩種信號方式，即脈沖方式和電平方式。這兩種方式的選擇是根據外部中斷信號的狀態(tài)特性確定的?？赏ㄟ^有關控制位的定義進行設定。電平方式是低電平有效。只要單片機在中斷請求引入端INT0和INT1上采樣到有效的低電平時，就激活外部中斷。而脈沖方式則是脈沖的下降沿有效。這種方式下，在兩個相鄰周期對中斷請求引入端進行的采樣中，如前一次為高，后一次為低，即為有效中斷請求。因此在這種中斷請求信號方式下，中斷請求信號的高電平和低電平狀態(tài)都應至少維持一個機器周期，以確保電平變化能被單片機采樣到。AT89S52單片機中有6個中斷源，通過對IE的某些位置1或清0，允許或禁止某個中斷。定時器控制寄存器（TCON），這種寄存器既有定時器/計數器的控制功能又有中斷控制功能，其中與中斷有關的控制位有六位。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0（1）IE0和IE1為外中斷請求標志位。當CPU采樣到INT0端出現有效的中斷請求時，再由硬件自動清零。（2）IT0和IT1為外中斷請求信號方式控制位。IT0（IT1）=1為脈沖方式（下降沿有效）；IT0（IT1）=0為電平方式（低電平有效）。此位由軟件置1或清0。（3）TF0和TF1為計數溢出標志位。本論文中采用的中斷方式為脈沖方式。 外部中斷方式第5章 軟件仿真 PROTEUS簡介Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺是一款可以實現數字電路、模擬電路、微控制器系統(tǒng)仿真以及PCB設計等功能的EDA軟件。從元器件的選取到連線，直到電路的調試、分析和軟件的編譯，都是在計算機中完成，所有的工作在虛擬環(huán)境下進行。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB設計及自動或人工布線及電路的分析與仿真的功能，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，用戶可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、數碼管、按鈕、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計設計進行交互式仿真，同時支持圖形化的分析功能，具有直流工作點、瞬態(tài)特性、交直流參數掃描、頻率特性、傅里葉、失真、噪聲分析等多種分析功能，并可將仿真曲線繪制在圖表中。針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀、交直流電壓表、交直流電流表、信號發(fā)生器等， Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境！真正實現了在沒有目標原形時就可對系統(tǒng)進行調試，測試和驗證。 仿真結果 在PROTUES中畫好仿真電路之后，待寫好程序就可以對設計進行仿真了。在仿真過程中不僅能檢查出電路原理圖中的錯誤，也能驗證軟件部分是否正確，因為缺少了正確的硬件和軟件中的任何一個，都不會出現正確的仿真結果。在硬件生產之前進行仿真，這樣才可以避免些不必要的經濟損失。所以在現代化工業(yè)生產中仿真過程是不可或缺的。經過認真分析出錯原因，不斷改善程序，不斷修正電路中的錯誤，最后終于出現了令人滿意的結果。仿真成功，證明方案可行，電路設計方案基本無誤，可以進行生產PCB板和元件焊接等后期步驟了。