【正文】 勢來看，單片機正朝著多層次用戶、多品種、多規(guī)格、高性能方向發(fā)展，現(xiàn)在許多公司根據(jù)市場的要求不失時機的研制并推出各種優(yōu)秀的單片機。這些單片機的高性能主要體現(xiàn)在 CPU 功能加強，內(nèi)部資源增加，尋址范圍增大。那些小型、低耗能、廉價的單片機就具有明顯的 優(yōu)勢和市場需求，它們也將是未來市場的重要角色，有著廣闊的應(yīng)用前景。白熾燈和鹵鎢燈光源信號燈的特點是發(fā)光穩(wěn)定、均勻，但是存在能耗高、 3 壽命低、易產(chǎn)生幻像信號顯示、色片易褪色等缺陷。 LED 之所以能夠在信號燈中得到廣泛應(yīng)用，是因為 LED 具有如下優(yōu)點： 單色 光，具有發(fā)散角 。 LED 的這個特點解決了傳統(tǒng)信號燈存在的幻像（俗稱假顯示）和色片褪色問題，提高了光效。 LED 是一種冷光源，其顯著的特點之一就是能耗低，這對燈具的應(yīng)用而言是很有意義的。由此可見 LED 光源在節(jié)能方面的優(yōu)勢是非常明顯的。 信號燈的工作環(huán)境相對比較惡劣，嚴(yán)寒酷暑、日曬雨淋，因而對燈具的可靠性要求較高。目前，我國 LED 信號燈使用時間最長的已超過 5 年， LED 未有損壞。 存在的一些問題。 （ 2）許多小企業(yè)沒有光學(xué)設(shè)計能力， LED 信號燈的光強發(fā)布不均勻。 （ 4）常年使用后， LED 輸出光強急劇下降。 （ 6）長時間使用后，信號燈的塑料殼體和塑料透光面老化，使得信號模糊、外殼防護等級下降。以目前的狀況看， LED 信號燈的發(fā)展有以下幾方面的趨勢： 4 大功率 LED 的應(yīng)用，優(yōu)點是大幅減少 LED 的數(shù)量，需要解決的問題是散熱和成本。 隨著節(jié)能、環(huán)保要求的提高， LED 與太陽能結(jié)合的信號燈將普及，但需解決與交通信號控制機的配合問題。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導(dǎo)車輛和行人安全有序地通行。 城市路口交通信號控制系統(tǒng)大體上分為三種類型：定周期的信號機、多時段且具有無電纜協(xié)調(diào)功能的微電腦型信號機以及聯(lián)網(wǎng)式自適應(yīng)多相位智能型信號機。白熾燈和鹵鎢燈光源信號燈的特點是發(fā)光穩(wěn)定、均勻，但是存在能耗高、壽命低、易產(chǎn)生幻像信號顯示、色片易褪色等缺陷。 隨之道路交通信號燈在我國的應(yīng)用也有幾十年了，作為重要的道路交通安全產(chǎn)品，道路交通信號燈為保障道路交通安全暢通、有序發(fā)揮了重要作用。 LED 主要應(yīng)用在道路 交通信號燈、交通誘導(dǎo)信息顯示屏、可變交通標(biāo)志、倒計時顯示器和各種警告、警示燈具等交通安全產(chǎn)品上。 [9～ 11] 5 課題研究的主要內(nèi)容 該控制器能實現(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燈的模擬控制。當(dāng)東西方向 (A線 )放行、南北方向 (B線 )禁行時，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，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。 圖 交通燈布置示意圖 特殊情況控制通行方式控制，用按鍵開關(guān) K1 控制 A 道通行， B 道禁行， K2控制 B道通行， A 道禁行，特殊情況控制通行放行 ； 有緊急情況時用按鍵開關(guān) K0 控制兩道均為紅燈 ,以便急救車通過，急救車的通行時間為 10 秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)； 兩 位 LED 數(shù)碼管能夠顯示 行人通行與等待的 時間 （以秒單位作減計數(shù)）； 16 16點陣式 LED 能夠顯示行人“禁止通行”與“允許通行”的圖案。然而隨著時間的推移，人們不僅對交通信號燈精度的要求越來越高，而且對交通信號燈功能的要求也越來越多，交通信號燈已不僅僅是一種用來指揮交通的工具，在很多實際應(yīng)用中它還要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。本畢業(yè)設(shè)計方案正是根據(jù)以上所述并結(jié)合日常生活中對交通信號燈功能需求的分析，運用單片機技術(shù)，結(jié)合 LED 顯示器的框架下實現(xiàn)交通信號燈的顯示，設(shè)計出的一個適合日常生活需要的交通信號燈。 拓展了單片機的應(yīng)用范圍，為單片機的應(yīng)用提供了新的思路。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，能更進一步熟悉單片機編程和控制 電路的設(shè)計原理，對提高大學(xué)生的科研能力、實踐動手能力及豐富大學(xué)生課外生活具有重要意義。 此系統(tǒng)硬件簡潔，將復(fù)雜的硬件功能用軟件實現(xiàn)，因此系統(tǒng)控制靈活，能很好地滿足本設(shè)計的基本要求和擴展 要求。 圖 交通信號燈硬件系統(tǒng)總體框圖 硬件系統(tǒng)中的芯片認(rèn)識 在硬件設(shè)計時首先需要確定使用什么類型的 CPU 和信號燈。本設(shè)對 CPU 的性能要求不高，所以選擇一款價格適中、功能一般的 51 系列單片機 ——AT89S51。對于 16*16點陣式 LED,我們采用 8255 芯片外部擴展。 按鍵控制電路 定時控制電路 Ａ Ｔ 單 ８ ９ 片 Ｓ ５ 機 １ 倒計時顯示 紅、黃、綠信號燈顯示 16*16 點陣式 LED 顯示 8 AT89S51 芯片簡介 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 此外， AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 GND：接地。 9 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉 電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4 個TTL門電流。作為輸入， 由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實際 上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同 10 的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心 1 然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖如果不對端口置 1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q^為 1 加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1 該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時即使引腳上輸入的信號為 1 也會因端口的低阻抗而使信號變低 使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1 操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。 但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 8255 芯片簡介 8255 可編程并行接口芯片簡介 : 8255 可編 程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對應(yīng) 11 于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。通常 A口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。其中 C 口按位置位／復(fù)位控制 字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關(guān)資料。 D D5： A口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D3： C口高 4 位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D2： B口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C口低 4 位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。每一個端口都可以用作輸入或輸出。 方式 1：選通輸入／輸出方式。 方式 2 ：雙向總線方式。 74LS164 芯片簡介 74LS164 是一個串入并出的 8位移位寄存器，他常用于單片機系統(tǒng)中，下面結(jié)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 12 束一下這個元件的基本知識： 串行輸入帶鎖存 時鐘輸入 ,串行輸入帶緩沖 異步清除 最高時鐘頻率可高達 36Mhz 功耗： 10mW/bit 74 系列工作溫度： 0176。 C Vcc 最高電壓： 7V 輸入最高電壓： 7V 最大輸出驅(qū)動能力： 高電平：－ 低電平： 8mA 圖 74LS164 引腳圖 圖 74LS164 邏輯符號 13 74LS273 芯片簡介 74LS273 是 8 位數(shù)據(jù) /地址鎖存器，他是一種帶清除功能的 8D觸發(fā)器，管腳 圖功能表如 下： 1 腳是復(fù)位 CLR,低電平有效 ,當(dāng) 1 腳是低電平時 ,輸出腳 2(Q0)、 5(Q1)、6(Q2)、 9(Q3)、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)全部輸出 0,即全部復(fù)位 。 圖 74LS273 管腳圖 74LS273 管腳功能： 1D～ 8D為數(shù)據(jù)輸入端， 1Q～ 8Q 為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作 8位地址鎖存器 。因此硬件設(shè)計至關(guān)重要。它由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。 AT89S51最小系統(tǒng)的設(shè)計 通常 , 將完成單片機最基本功能 , 沒有外圍器件及外設(shè)接口擴展的系統(tǒng)稱之為單片機最小系統(tǒng) , 簡稱最小系統(tǒng)。 圖 單片機最小系統(tǒng) 15 AT89S51 單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個 瓷片 電容形成穩(wěn)定的自激振蕩器。 復(fù)位是單片機的初始化操作，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。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種， 本設(shè)計 中的復(fù)位電路集手動復(fù)位及上電復(fù)位于一體： 上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的 22uF 電容的充電來實現(xiàn)的，這樣只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 按鍵控制電路設(shè)計 按鍵控制是交通信號燈控制的一個重要功能，通過按鍵能對模擬交通信號燈實行了人工控制，實現(xiàn)了人工與智能一體化。按鍵與單片機的接口電路 如圖 所示。 K0、 K K2 鍵一端與單片機的 、 、 口相連，另一端接地。 D034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321