【導讀】控制交通燈及時間顯示的方法。同時給出了軟硬件設(shè)計方法,設(shè)計過程包括硬件電路設(shè)。計和程序設(shè)計兩大步驟，對在單片機應(yīng)用中可能遇到的重要技術(shù)問題都有涉足。紅、綠色燈的不同組合來表示。本文介紹了控制基本原理以及控制的表現(xiàn)，同時也介紹。了城市交通信息系統(tǒng)的設(shè)計目標,開發(fā)途徑及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能和數(shù)據(jù)地理編碼、建庫,同時,論述了系統(tǒng)中交通現(xiàn)狀、交通管理、交通規(guī)劃及背景信息查詢模塊的建造及應(yīng)用。高了產(chǎn)品可靠性并降低了制造成本。關(guān)鍵詞：8051單片機；交通燈；自動控制；時間顯示器；軟件；硬件；定時器；延時；KeyWords:SCM8051；trafficlights；automaticcontrol；timeindicator；hardwore；softwore

　　

【正文】 單片機數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容的期間，在單片機系統(tǒng)中有著重要的作用。顯示電路如圖 8所示。 1． LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原 理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。 這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，如圖 9所示。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光級管陰極共地。如圖中 (c)所示，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。如圖中 (b)所示。圖中 (a)為七段碼顯示器的實際外觀與引腳連接圖，另外兩只沒有標出的引腳是共陰或者共陽引腳，實際連接中接地 (共陰 )或者接 +5 伏 (共陽 )。 圖 9 LED 的管腳和電路原理 通常的七段顯示器（也有人稱為七節(jié)顯示屏） 是由八個發(fā)光二極管所組成的，因此也被叫做八段顯示器。其中包括七個細長條形的 LED 及小數(shù)點行的 LED，顯示器的每一段或沒一劃都有其名稱，分別是英文小寫的 a 到 f，以及小數(shù)點 dp（ DECIMAL POINT）。七段顯示器可以顯示包括小數(shù)點的 0 到 9 數(shù)字與部分的英文字母。 在近年來，由于生產(chǎn)器件的工藝的進步，也出現(xiàn)了十六段碼 LED 顯示器和點陣式單色和雙色顯示器，這些 LED顯木器被廣泛應(yīng)用于電梯、大屏幕 LED 顯示器、公共汽車報站器、車站車次顯示等領(lǐng)域，特別是點陣式雙色顯示器的出現(xiàn)，極大的方便了漢字的顯示和圖形顯示，為其在 網(wǎng)民經(jīng)濟的領(lǐng)域的應(yīng)用拓寬了道路。 以共陽極的七段顯示器為例，若想要顯示數(shù)字 1時，就要使 b劃與 c 劃點亮，在電路上我們會把共同點接到正電源端（ +5V），標示 b 與 c 的地方經(jīng)過限流電阻到地，就可哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 41 頁 20 以顯示數(shù)字 1。如果是單個的數(shù)碼管，七段顯示器是直接點亮的，亦即用 8位去推動一個七段顯示器。如果有多位數(shù)字要顯示時，可以用掃描的方式顯示，以節(jié)省控制腳位。 七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個 8 位并行輸出門與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。 8位并行輸出門輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，其段碼如表 23所示。 通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼義為補數(shù)。 表 23 七段 LED碼的顯示碼 2. LED 是如何顯示單片機數(shù)據(jù)的 用單片機驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多種方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。首先介紹靜態(tài)顯示方法。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制 LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的 CUP 時間少。靜態(tài)顯示中，沒一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O接口，該接口用于筆劃段 字形 代碼。這 樣單片機 只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的字形碼。 另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描的方法是用其接口電路把所有顯示器的 8個筆劃段 ah同名端連在一起，而沒一個顯示器的公共極 COM 各自獨立地受 I/O 線控制。CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接口接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于 COM 端，而這一端是有 I/O 控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。 動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，沒位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 3．靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示的比較 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 41 頁 21 這兩種顯示方式各有 利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個 顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示需要 CPU 時刻對顯示器進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 在一般較為簡單的系統(tǒng)中，為 了降低成本，動態(tài)顯示方案具備一定的實用性，也是目前單片機數(shù)碼管顯示中較為常用的一種顯示方法。動態(tài)顯示法是目前各種單片計算機采用的流行方法。其優(yōu)點是煙堿簡單?！皠討B(tài)”由軟件實現(xiàn)。 三、交通信號燈軟件的系統(tǒng)編程 單片機的 C 語言程序設(shè)計 c 語言程序設(shè)計是單片機開發(fā)、應(yīng)用的重要趨勢之一。目前，支持硬斷點的單片機仿真器已能很好地進行 c語言程序調(diào)試，為單片機編程使用 c語言提供了便利條件。 編譯型程序設(shè)計語言 c的優(yōu)點已為大家熟知：既有多種高級語言的特點，又具備匯編語言的功能：有豐富的庫函數(shù)、運算速度 快、編譯效率高、可移植性好，而且可以實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的直接控制；具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，支持廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)汁，為軟件開發(fā)中采用模塊化設(shè)計方法提供了有效支持；可以大大縮短目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，軟件的可讀件明顯增加，便于改進、擴充，研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。 C 語言與 MCS— 51 MCS— 51酌編程語言 支持 MCS— 51 單片機編程的語言．除了前面學過的匯編語言外，還有三種： BASIC、PL/M 和 C。 BASIC 語言簡單易學，適用于對編程效率或運行速度要 求不高的場合， 8052 單片機片內(nèi)就固化了 BASIC 語言解釋器。但是 BASIC 采用浮點運算，導致程序復雜且執(zhí)行時間長，即使 BASIC 編譯器也未能解決這個問題。 PL/M 可以說是“高級匯編語言”，詳細控制著代碼的生成。但對 MCS51系列， PL/M 不支持復雜的算術(shù)運算和浮點變量，也沒有豐富的庫函數(shù)。 用 C語言進行單片機程序設(shè)計，編譯器能自動完成變量的存儲單元的分配，編程者可以專過于應(yīng)用軟件的設(shè)計．大大加快開發(fā)速度，可以對單片機常用的接口芯片編制通用的驅(qū)動函數(shù)，對常用的功能模塊、算法等編制相應(yīng)的 函數(shù)，還可以很容易地進行信號處理算法和程序的移植，有利于產(chǎn)品中單片機的重新選型和軟件設(shè)計水平的提高、與國外嵌入式 系 統(tǒng)的程序設(shè)計接軌。 與匯編語言相比， C 語言程序在開發(fā)速度、軟件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)嚴謹、程序可靠性等方面有明顯優(yōu)勢。而代碼效率相對較低的缺點，對于片內(nèi) ROM 空間 16K/32K 字節(jié)以上的單片機而言，已經(jīng)不很重要。目前，單片機上 C 語言程序未經(jīng)人工優(yōu)化的代碼長度，已縮短到用人工方便地對時間要求比較嚴格的匯編語言模塊和關(guān)鍵代碼進行優(yōu)化。 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 41 頁 22 C51編譯器與程序開發(fā)過程 已經(jīng)開發(fā)了各種單片機 的 C 語言編譯器 對于并不以快速運算見長的 MCS— 51 單片機來說，其 C 語言編譯器 (簡稱 C51)的各項性能指標中，最重要的是開發(fā)便利，其次是生成代碼緊湊，以及編譯速度、是否有浮點庫和足夠的算術(shù)支持。 C51 程序開發(fā)過程如圖 10所示： 圖 10 C51 程序開發(fā)過程 C51 程序結(jié)構(gòu) 與一般 C語言相似， C51 程序的基本單位是函數(shù)。函數(shù)由函數(shù)說明和函數(shù)體兩部分組成。一個 C源程序至少包含 — 個 (main)．也可以是一個主函數(shù)和若干其它函數(shù)。主函數(shù)是程序的入口；主函數(shù)中的所有語句執(zhí)行 完畢，則程序結(jié)束。 C51 程序的一般格式如下： 類型 函數(shù)名（參數(shù)表 ) 參數(shù)說明： { 數(shù)據(jù)說明部分： 執(zhí)行語句部分： } 在程序中，函數(shù)有三種形態(tài)：函數(shù)定義、函數(shù)調(diào)用和函數(shù)說明。 函數(shù)定義相當于匯編中的一般子程序。 函數(shù)調(diào)用相當于調(diào)用子程序的 CALL 語句，要求有函數(shù)名和實參數(shù)表。在 C 中，更普遍地規(guī)定函數(shù)調(diào)用可以出現(xiàn)在表達式中。函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用不分先后，但若調(diào)用在定義之前，必須在調(diào)用前先進行函數(shù)說明。函數(shù)說明是一個沒有函數(shù)體的函數(shù)定義。 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 41 頁 23 C51 中函數(shù)分為 兩大類：庫函數(shù)和用戶定義函數(shù)。被調(diào)用的函數(shù)可以是庫函數(shù)，也可以是用戶函數(shù)。 庫函數(shù)是 C51 在庫文件中已定義的函數(shù)，其函數(shù)說明在相關(guān)的頭文件中。用戶在編程時只要用 include 預處理指令將頭文件包含在用戶文件中，直接調(diào)用即可。 用戶函數(shù)是用自己定義，自己調(diào)用的一類函數(shù)。 C51 程序的編制與一勝 C語言行序大致相同。 利用 C51 程序編寫延時程序 為了循序漸進地學習單片機的功能，這里我們 即 使用 了 單片機中的定時器， 也 直接采用軟件的 延時 程序定時控制發(fā)光二極管的亮滅。該延時程序的時間主要是 通過計算單片機執(zhí)行指令所需的時間來確定的。 例如，在前文中介紹過，在選擇 12MHz 晶振時，執(zhí)行一個簡單加法指令的時間為一個指令周期，需要 1/12M（秒） =1（微秒），所以程序中作 1M次加法循環(huán)所需要的時間就是 1秒鐘。當然，這只是一個粗略的算法，需要加上執(zhí)行其他必須指令所花的時間，并且考慮程序代碼的效率。但是，這不失為一種簡單的解決方案。 ● 程序代碼 void delay10ms(void) { unsigned char i,j。 //定義延時循環(huán)變量 for(i=20。i0。i) for(j=248。j0。j)。 //雙重循環(huán)，延時 10ms } 信號燈 亮滅 的定時功能 單片機之所以在工業(yè)控制中有大量的應(yīng)用，就是在于它有其獨特的定時、計數(shù)功能。在本電路中，用定時器來實現(xiàn)燈的閃爍功能。 控制單片機 I/O端口電平的高低，從而控制發(fā)光二極管的亮滅 通過對 P1口和 、 、 、 口的變量置 1 和置 0，控制 P1口和 P3口的電平高和低。當為高電平時，發(fā)光二極管兩端壓差為零，二極管不導通，燈不亮；當為低電平時，發(fā)光二極管兩端壓差 為 5V，二極管導通，燈亮。 單片機的定時器 MCS51 系列的單片機一般有兩個內(nèi)部的 16位定時器 /計數(shù)器，分別稱為 T0和 T1。這兩個計數(shù)器分別是兩個 8 位的 RAM 單元組成的，即每個計數(shù)器都是 16 位的計數(shù)器，最大的計數(shù)量是 65536。 那么這個定時 /計數(shù)器是如何產(chǎn)生定時作用的呢？舉個例子，如果將時鐘定時到 1分鐘，那么秒針計數(shù)到 60 次后，始終鬧鈴就會響。這里有個計數(shù)和定時之間的概念轉(zhuǎn)化，時間表示為秒針的計數(shù)值，即秒針每一次走動的時間正好是 1s。 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 41 頁 24 單片機中的定時器和計數(shù)器是復用的，計數(shù)器是記錄外部脈沖的 個數(shù)，而定時器則是由單片機提供的一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。定時器是由單片機的晶振經(jīng)過 12 分頻后獲得的一個脈沖源。當單片機的晶振為 12MHz 時，計數(shù)值 1代表的時間就是 1us。 計數(shù)器的容量是 16位，也就是最大的計數(shù)值達到 65536，因此計數(shù)計到 65536 就會產(chǎn)生溢出。當定時器 /計數(shù)器溢出時，就會使得相關(guān)的寄存器標志產(chǎn)生變化，單片機將由此而產(chǎn)生定時中斷，在中斷服務(wù)程序中處理定時到而需要完成的任務(wù)。 如何使用 MCS51單片機的定時器呢？ 使用單片機的定時器 /計數(shù)器主要和編程有關(guān)。編程中需要對兩個 特殊功能寄存器進行操作。 這兩個特殊功能寄存器就是 TMOD 和 TCON，又稱為定時器的控制字。 首先，介紹定時器 /計數(shù)器 的方式寄存器 TMOD。 TMOD 是一個 8位的特殊功能寄存器，對應(yīng)的地址為 89H，不可位尋址。 TMOD 控制字中可以完成 3個功能： ①確定選擇定時器，還是計數(shù)器。 ②選擇何種工作方式。 ③是否借用外中斷控制定時器和計數(shù)器的啟停。 TMOD 的低 4 位是用于控制 T0的字段，高四位用于控制 T1。 TMOD 的控制字的格式和含義如表 31所示。 表 31 TMOD 的控制字 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 這里，以 TMOD 的低 4 位來說明各位的定義和功能。 GATE：分為兩種情況， GATE=0，定時器的起停和 INT1 無關(guān)，在這種情況下，定時器的 起停只取決于 TR0。 GATE=1 時，在此種情況下定時器 /計數(shù)器的開關(guān)不僅要由 TR0來控制，而且還要受到 INT1 引腳的控制，只有 TR1 為 1，且 INT1 引腳也是高電平，定時器才能開始工作。 C/T：定時 /計數(shù)器即可作定時也可用于計數(shù)。 選擇何種功能，由 C/T的控制字決定。如果 C/T 為 0 就用作定時器，如果 C/T 為 1 就用作計數(shù)器。當然，一個定時 /計數(shù)器同一時刻要么作定時用，要么作計數(shù)用，不能同時用。 M M0：用 M M0來控制定時 /計數(shù)器 4 種工作方式