【導讀】隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于日常交通便利的要求在不斷地提高。能夠實現(xiàn)更多其它功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代交通信號燈。本課題設計正是基于這個方向設計一個符合指標要求的模擬交通信。用方便、價格低廉等優(yōu)勢，在市場上占有很大的份額。AT89S51就是51系列中的。一個比較成熟的型號，它完全兼容51單片機的指令。本課題設計是基于單片機技術原理，以單片機芯片AT89S51作為核心控制器，該控制系統(tǒng)包括了按鍵控制電路、定時控制電路、顯示電路等幾部分的組成。簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。主要硬件有：AT89S51單片機、16*16點陣式LED顯示。軟件采用匯編語言編寫實現(xiàn)，并依據程序應用。實現(xiàn)了人工智能一體化。本系統(tǒng)設計控制精確、體積小、功耗低，具有很強的實

　　

【正文】 R710KR8Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMRVCCDATA/XPRDWR 圖 倒計時以及交通信號燈顯示圖 電源設計 穩(wěn)壓電源是單片機系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為系統(tǒng)提供多路電壓源，還直接影響到系統(tǒng)的技術指標和抗干擾性能。 本設計的電源電路主要由以下器件組成： 220V 轉 9V 的變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器 LM7805。電源電路如圖 所示，通 過變壓器把 220V 交流電轉換為 9V 交流電，然后再通過整流橋得到 9V 直流電， 22 再經過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。 圖 電源電路 23 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 單片機開發(fā)流程 建立一個工程項目，選擇芯片類型，確定選項； 建立 ASM 源文件； 用項目管理器生成各種應用文件； 檢查并修改源文件中的錯誤； 編譯連接通過后進行軟件模擬仿真； 用編譯器或用軟件把程序載入單片機； 硬件測試。 Keil uVision2 軟件的仿真調試 Keil 的介紹 Keil 181。Vision2 集成開發(fā)環(huán)境是 Keil Software， Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于 80C51 內核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是匯編工具在產生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境的主要 功能有以下幾點： 181。Vision2 for Windows：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將項目管理、源代碼編輯和程序調試等組合在一個功能強大的環(huán)境中； C51 國際際準化 C交叉編譯器：從 C 源代碼產生可重定位的目標模塊； A51 宏匯編器：從 80C51 匯編源代碼產生可重定位的目標模塊； BL51 鏈接器 /定位器：組合由 C51 和 A51 產生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊； LIB51 庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件； OH51 目標文件至 HEX 格式的轉換器，從絕對目標模塊生成 Intel Hex 格式的文 件； RTX51 實時操作系統(tǒng)：簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計。 24 Keil uVision2 軟件的操作 以下假定在“ D： \JTXHD”目錄下 建立一個工程項目選擇芯片確定選項 （ 1）在 工程菜單下選新建工程一項 （ 2）鍵入工程文件名 JTXHD 然后保存 （ 3） CPU 選擇 SST 公司的 89E564RD，按確定鍵 （ 4）接著設置晶振頻率及生成 HEX 文件等操作： 工程目標 Target1 屬性在目標 Target1 屬性選項中，可以更改 CPU 晶振頻率在輸出選項中，選擇生成 HEX。 建立 ASM 源文件 （ 1） 文件新建彈出源文件編輯窗口，進入編輯源文件窗口 （ 2）在文件窗口中編輯源程序 （ 3）將文件以 “ ” 源文件保存在 “ D： \交通信號燈 ” 目錄下。 用項目管理器生成各種應用文件點擊 Target1 之前的 “ +”號，出現(xiàn) Source Group1 點擊它，按鼠標右鍵會彈出下拉菜單，出現(xiàn)一個編譯文件窗口，選擇增加文件到組 Source Group1，向項目中添加 源文件在 Source Group1 前會出現(xiàn)一個“ +”號，點擊之后彈出 文件名，點擊該文件 名主窗體中會出現(xiàn)該文件的編輯窗口。編譯（ ProjectReBuild all target files）就會生成一系列的文件如 OBJ 文件、 LST 文件、 HEX 文件等。 檢查并修改源文件中的錯誤。 如果在源文件中存在錯誤，那么在輸出窗口中會出現(xiàn)錯誤提示信息。由此可以在源文件中修改后存盤，然后重新編譯（ Build）觀察錯誤提示信息，直到沒有錯誤。 編譯連接通過后，進行軟件模擬仿真。 點擊“開始 /停止調試”進入軟件模擬的仿真窗口。對出現(xiàn)的問題進行分析和反復修改，最終得到正確并符合設計要求的結果。 系統(tǒng)軟件設計程序流程 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。通過需求分析，搭建好系統(tǒng)硬件平臺后，在此基礎上還需要軟件驅動和優(yōu)化才能使硬件得以正常工作，成分發(fā)揮其應有的功能。 25 硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，軟件是系統(tǒng)的靈魂。 在硬件電路的基礎上，軟件設計按照系統(tǒng)設計功能的要求，運用匯編語言來實現(xiàn)定時控制、按鍵控制、倒計時顯示、交 通信號燈指示標志顯示和人通行指示標志顯示等。 軟件程序的設計是根據硬件電路圖的連接和各個元器件的功能進行設計。在編寫軟件時，可以按各個程序的功能將軟件細分為各個功能模塊，再通過主程序的調用來實現(xiàn)整個軟件系統(tǒng)。而一般編寫的程序都是根據事前所用的流程圖來編寫的，而且流程圖中也包含了對設計所得結果的要求，因此，流程圖的設計直接影響到源程序的設計。 主程序是軟件設計的總體框架，因此主程序流程圖的設計決定了程序編寫的好壞，主程序的功能主要是由單片機讀取程序，讀取的程序體現(xiàn)在模擬交通信號燈的倒計時顯示，紅、黃、綠的控制和 16*16 點陣顯示器對行人通行與禁止通行標志的顯示上。再判斷是否有按鍵按下，從而進行交通指揮、緊急情況控制。 主程序流程圖如圖。顯示子程序是總體框架中的子部件，對主程序中倒計時，定時與紅、黃、綠交通信號燈顯示時間的細化。該程序在模擬交通信號燈中起著非常重要的作用，沒有顯示程序，交通信號燈就如同失去了大腦，起不到指揮交通的作用。顯示子程序流程圖如下。緊急中斷程序軟件設計的外加部件，實現(xiàn)的是通過人對按鍵的控制，可以及時處理發(fā)生的交通事故，能有效緩解交通，使交通更便利，更通暢。 26 開始初始化顯示初始值設置A道 放行，B 道禁行延時顯示A道 警告，B 道禁行延時5 SA道 禁行，B 道放行置顯示初始值A道 禁行，B 道警告顯示延時延時顯示延時1 m s顯示十位數(shù)設置顯示次數(shù)秒十位數(shù)轉字形碼R1秒個位數(shù)轉字形碼拆分秒數(shù)秒數(shù)轉十進制顯示秒數(shù)減1開始個位數(shù)十位數(shù)R2顯示個位數(shù)延時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程序恢復現(xiàn)場保護現(xiàn)場中斷響應緊急情況返回A道 放行，B 道禁行延時1 0 s 圖 系統(tǒng)總體方案流程圖 定時電路設計 定時電路主要靠定時中斷來控制。它是嵌入式計算機系統(tǒng)中不可缺少的外圍電路，本設計的定時電路有： 27 定時器 T0 用于 時間計時。定時溢出中斷周期為 25ms，累計中斷 20次時，控制黃燈閃爍一次，累計中斷 40 次時，對倒計時計數(shù)單元進行減 1 操作，然后調 用倒計時顯示程序把倒計時計數(shù)單元里的數(shù)據送到七段數(shù)碼管上顯示 。 定時器 T1 用于 1S時間計時。定時溢出中斷周期為 25ms，累計中斷 40 次時，對倒計時計數(shù)單元進行減 1 操作，然后調用 倒計時顯示程序把倒計時計數(shù)單元里的數(shù)據送到七段數(shù)碼管上顯示出來，其工作流程圖如圖 、 。 圖 T0 中斷服務程序流程圖 圖 T1 中斷服務程序流程圖 28 倒計時電路流程圖設計 倒計時部分利用 AT89S51 的串行口實現(xiàn)。串行口工作在方式 0 時，可通過外接移位寄存器實現(xiàn)串并轉換。在這種方式下，數(shù)據為 8 位，只能從 RXD 端輸入輸出， TXD 端總是輸出移位同步時鐘信號，其波特率固定為晶振頻率的 1/12。由軟件置位串行控制寄存器后，立即啟動發(fā)送 。 圖 倒計時服務程序流程圖 PUSH 03H 把欲顯示的時間值R3 中的數(shù)變 BCD 碼 POP 03H BCD 碼屏蔽高 4 位 查表送串行口 TI 為 1？ TI 清零 BCD 碼屏蔽低 4 位 查表送串行口 返回 Y N 29 中斷響應 保護現(xiàn)場 返回 執(zhí)行指令 延時 5 秒 K0、 K K 按鍵操作 待 8 位數(shù)據輸完后，硬件將 SCON 寄存器的 TI 位置 1， TI 必須由軟件清零，其工作流程圖如圖 。 按鍵電路流程圖設計 按鍵控制電路在本設計中，通過 K0、 K K2 三個按鍵實現(xiàn)人工對交通不暢通的緊急調整，是交通更為便利。在本設計中，按鍵電路是通過按鍵對定時器中斷控制的設計進行的，操作簡單，方便，其流程圖如圖 。 圖 按鍵控制服務程序流程圖 圖形顯示電路和字形顯示電路流程圖設計 圖案顯示部分利用 AT98S51的 4片 8*8點陣式 LED 組成一片 16*16點陣式 LED實現(xiàn)。其工作原理主要是利用了 8255 進行外部擴展，所以要進行地址編址。在程序中顯示部分剛開始的時候就要對 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)。其工作時 是縱向送字型碼，橫向從上往下進行動態(tài)掃描，顯示完一個圖案所用的字型碼為 32 個字節(jié)。接線方法如下： LED 點陣顯 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 。 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 信號燈的控制由單片機的 ~ 控制， 6只信號燈以共陰極方式連接，當P1 口輸出為高電平時，信號燈點亮，為實現(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 、 、 、 、 、 實現(xiàn)， P1 口共輸出四種控制碼，如表 。 8255 初始化 調用字型顯示 DEL1 21H 為 1？ 20H 送 R0 調用字型顯示 DEL1 返回 PUSH 00H 查表送數(shù)到 8002H、 8003H 80H 取反 后送到 8001H 、A000H 一個字完成？ 返回 Y Y N N 31 表 交通燈信號控制碼 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 P2口輸出高電平時，信號燈點亮，如表 所示。 表 交通燈信號按鍵控制碼 按鍵 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 空 狀態(tài)說明 K0 0 0 0 0 1 0 0 1 09H A 道禁止、 B道禁止 K1 0 0 0 0 1 1 0 0 0H A 道通行、 B道禁止 K2 0 0 1 0 0 0 0 1 21H A 道禁止、 B道放行 倒計時部分利用 AT89S51 的串行口實現(xiàn)。串行口工作在方式 0 時，可通過外接移位寄存器實現(xiàn)串并轉換。在這種方式下，數(shù)據為 8 位，只能從 RXD 端輸入輸出， TXD 端總是輸出移位同步時鐘信號 ，其波特率固定為晶振頻率的 1/12。由軟件置位串行控制寄存器后，立即啟動發(fā)送