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2018-12-5 02:00 上傳

設計的系統(tǒng)應用在一個車流量大的十字交叉路口，縱向南北方向作為主干道，橫向東西方向為支干道。主、支干道交替通行，兩個干道上的交通燈工作方式同時進行，主干道每次放行15秒，支干道每次放行10秒；每次綠燈變紅之前，黃燈先亮3秒，此時另一干道上的紅燈并閃爍。

主干道和支干道各由一組三色交通燈來控制，分別是主干道方向的紅、黃、綠以及支干道方向的紅、黃、綠。邏輯分析可知，當主干道為綠燈通行時，支干道必須為紅燈禁行；綠燈結(jié)束后，主干道進入黃燈等待狀態(tài)，支干道紅燈閃爍；黃燈結(jié)束后，主干道變?yōu)榧t燈禁行，支干道變?yōu)榫G燈通行；支干道綠燈結(jié)束后，支干道進入黃燈等待狀態(tài)，主干道紅燈閃爍，如此循環(huán)。從這個過程中可以看出，交通燈控制共分4個狀態(tài)，分別為：S1狀態(tài)，主干道方向為綠燈，支干道方向為紅燈；S2狀態(tài)，主干道方向為黃燈，支干道紅燈閃爍；S3狀態(tài)，主干道方向為紅燈，支干道方向為綠燈；S4狀態(tài)，支干道方向為黃燈，主干道紅燈閃爍，這四個狀態(tài)不斷循環(huán)。由此我們可以列出4個狀態(tài)的列表和做出4個狀態(tài)的流程圖。

圖2.1 交通燈流程圖

系統(tǒng)設置有4個按鍵，分別為Enter鍵，+鍵，-鍵和Shift鍵。Enter鍵是對設置的確認，+和-是對設置參數(shù)做調(diào)整，Shift鍵是對程序運行和參數(shù)設置兩種狀態(tài)的切換。當系統(tǒng)上電或手動復位之后，默認模式下會按照斷電前程序里記錄的參數(shù)運行。若此時Shift鍵按下，則設置為參數(shù)設置狀態(tài)，數(shù)碼管上顯示原本記錄的參數(shù)并閃爍，可通過+或-鍵對參數(shù)進行修改，最后按下Enter鍵將新參數(shù)保存。

然后系統(tǒng)控制狀態(tài)燈和LED數(shù)碼管的顯示，將狀態(tài)碼值以及顯示的時間值的個位和十位送到相應IO口，通過定時器設定1s定時，當定時時間達到時產(chǎn)生定時器中斷，在中斷中將時間減一，然后刷新LED數(shù)碼管的顯示。直到時間值被減為0，判斷下一個指示燈狀態(tài)并裝入對應的狀態(tài)代碼和時間值的狀態(tài)。

本課題的主要內(nèi)容是設計了一種基于AT89C51單片機的控制的交通燈設計。這次設計以單片機為主要控制器，可以方便的實現(xiàn)十字路口交通燈的控制，實現(xiàn)行人與車流的分流，該系統(tǒng)控制期間各路轉(zhuǎn)彎不再進行。擬解決的主要問題：

①模擬交通信號燈的交替變換。

②系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)。

③系統(tǒng)軟件設計。

④系統(tǒng)軟硬件綜合調(diào)試。

研究主要方法：

本設計根據(jù)實際交通法則模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅色LED表示禁行，綠色LED表示通行，黃色LED表示等待的信號，每個方向有一組LED數(shù)碼管，可以倒計時顯示提醒行駛者。據(jù)此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，和按鍵設置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊。

研究要求：

①單片機型號：AT89C51

②縱向為主干道，橫向為支干道。主、支干道交替通行，兩個干道上的交通燈工作方式同時進行。

③主干道每次放行15秒，支干道每次放行10秒。

④每次綠燈變紅之前，黃燈先亮3秒，此時另一干道上的紅燈并閃爍。

⑤給出整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、軟硬件流程

系統(tǒng)要想正常而穩(wěn)定的運行，必須要有一套穩(wěn)定的電源電路。為了給單片機和各種芯片提供工作電壓，需要將交流220V轉(zhuǎn)換為直流5V。

根據(jù)模擬電路學到的知識，轉(zhuǎn)換過程如圖3.1所示：

變壓器經(jīng)過一個保險絲連接電源,變壓器或后面的電路如果發(fā)生短路，保險絲會因大電流引發(fā)的高溫溶化而斷開，從而保證后續(xù)電路不會受大電流的損壞。

變壓器后面是一個橋式整流電路，整流后會得到一個紋波很大的直流電源，還需要接一個1000uF/25V的電解電容濾除紋波。

變壓器輸出端的電壓經(jīng)過橋式整流并電容濾波，如果電容兩端直接接負載，當負載變化或交流電源電壓出現(xiàn)波動時，電解電容C1兩端的電壓會發(fā)生較大幅度變化，要得到一個比較穩(wěn)定的電壓，需要在這里接一個三端穩(wěn)壓器。

當負載電流大時穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻會變小，當負載電流變小時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會變大，使的穩(wěn)壓器的輸出電壓基本保持不變。

單片機和大多數(shù)功能芯片的輸入電壓都是直流5V，這里我們需要將交流220V經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為9V的電壓，整流后經(jīng)7805穩(wěn)壓成直流5V。LM7805最大輸出電流為1A，內(nèi)部有限流式短路保護，短時間內(nèi)輸出端對地（2腳）短路不會燒壞7805。

三端穩(wěn)壓器后面接一個104的瓷片電容，起濾波和阻尼作用。

方案一：AVR單片機。AVR不是一個簡單的外設功能的疊加，但更多的模型以滿足不同設計開發(fā)者的實際需要，同時可以提供一個低成本的OTP芯片。此外，PIC是低功耗的睡眠功能、深度睡眠、上電、掉電復位電路、看門狗電路，外圍設備，占用空間小；成本低，安全技術(shù)也非常可靠，能夠最大程度地滿足開發(fā)者的實際要求。因此，在工業(yè)控制，PIC單片機被廣泛的應用到各行各業(yè)的控制中，其穩(wěn)定性、系統(tǒng)功耗等都為廣大開發(fā)者認可。價格相比同性能產(chǎn)品在中上游水平。

方案二：PIC24H64GP506是16位RISC混合信號處理器，具有以下特點：

工作電壓低，最低工作電壓1.8V下正常工作。

功耗小，在運行模式下，只有200mA的工作電流，在休眠和待機模式下只有3ma的電流，在power off狀態(tài)下只需要用0.1mA；運行狀態(tài)中包含提供6種運行模式，3個時鐘信號，包括1個高頻率的時鐘，1個低頻時鐘和1的DCO，靈活的時鐘選擇使系統(tǒng)能夠在最合理的時鐘工作，大大降低了系統(tǒng)功耗，便于系統(tǒng)的設計。

豐富的外設接口，包括標準的UART，SPI、I2C接口，可以和具有相同接口的設備連接進行通訊采集相關(guān)外設的數(shù)據(jù)。該MCU,具有256位RAM和8 kbit Flash內(nèi)部；中斷喚醒功能，可以通過中斷使單片機從睡眠模式到主動模式。

方案三：選擇價格低廉的51系列單片機，具有51內(nèi)核的低功耗、高性能的8位單片機，內(nèi)含4K字節(jié)Flash只讀程序存儲器，兼容MCS-51指令和80C5l引腳結(jié)構(gòu)，功能強大的微型計算機的AT89C51為工業(yè)控制應用系統(tǒng)提供低成本、高可靠性的解決方案。它具有如下特點：128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗，兩個16位定時和計數(shù)單元，一個5兩級中斷結(jié)構(gòu)的向量，一個UART通信口，內(nèi)部晶振和時鐘電路。

根據(jù)系統(tǒng)實際需要，最終選擇成本低廉，便于操作的51系列單片機，型號為STC80C51。如圖3.2所示為51系列單片機內(nèi)核示意圖，圖3.3所示為AT80C51單片機最小系統(tǒng)電路圖。

單片機最小系統(tǒng)是指一個微控制器系統(tǒng)可以正常工作需要具備的最少的元件構(gòu)成的系統(tǒng)。51系列單片機的最小系統(tǒng)一般應包括：單片機，晶振電路，復位電路。

復位電路由電阻電容和電阻串聯(lián)組成，根據(jù)電容電壓不能突然改變的性質(zhì)可以知道，一個系統(tǒng)上電，RST引腳默認為低電平，RC電路來決定高電平的時間。一個典型的51單片機，當RST引腳為高電平兩個機器周期以上的將被重置，所以RC值要選擇適當，才能確保可靠的復位，根據(jù)t=R*C，t要大于兩個機器周期，選擇電阻阻值為10k，電容容值為10uF。當然還有其他的參數(shù)組合，只要滿足原理使RC組合可以產(chǎn)生在RST引腳置高至少兩個機器周期。至于如何具體量化的計算，可以參考電路分析的書籍。

單片機復位電路就像電腦的重啟，按下復位按鈕內(nèi)部的程序?qū)�從頭開始運行。單片機系統(tǒng)在運行中，可能因為環(huán)境干擾等因素導致運行失控，就可以通過復位按鍵實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的重新啟動。

在電路圖中，電容器的容值為10uF，電阻器阻值為10k。所以根據(jù)公式，充電電容器增大到0.7倍電源電壓，即設備電源是5V，充電電容器電壓增長到5*0.7=3.5V這一過程所需要的時間是10K * 10UF = 0.1S。

也就是說，在計算機啟動0.1S的過程中，電容兩端的電壓會從0增大到3.5V。這段時間內(nèi)在電阻10K兩端的電壓會降低到1.5V（串聯(lián)周圍電路中的電壓和總電壓）。所以在0.1S，RST引腳電壓為5V?1.5V。微控制器啟動之后0.1S，電容C連續(xù)充電到5V，這是10K電阻兩端的電壓接近0V，RST在低電平，以使系統(tǒng)正常工作。當按下按鈕時，該開關(guān)被接通時，這時在電容器兩端形成環(huán)路，電容器被短路，電容器放電。隨著時間的推移，電容器兩端的電壓，從5V釋放成為1.5V，或甚至更小。這時10K電阻器兩端的電壓達到3.5V，或甚至更多，所以RST引腳變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C系統(tǒng)自動復位。

原則是微控制器復位電路RST引腳接收超過2US的高電平信號，只要電容器充電和放電時間大于2US，即可復位，該電路的電容值和電阻值可以根據(jù)實際電路做修改。按復位鍵，使電容短路，釋放之前儲存的能量，使電阻兩端電壓升高，從而給RST引腳一個高電平。

晶振電路是由振蕩晶體和兩個電容組成，為單片機提供指令時鐘。對于51系統(tǒng)，外部晶振通常選擇11.0592MHz，這樣可以產(chǎn)生精準的微秒級別的機器時間，準確地得到9600bps和19200bps，用于有串口通訊的場合，方便定時操作。晶振電路在PCB布線設計時一定要盡量靠近單片機，并且兩個引腳到單片機的走線盡量一樣長，如果偏差太大會導致起振不良，或者計時不準確。晶振電路的地一定要和單片機的地共地，51單片機最小系統(tǒng)晶振在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。在晶振頻率的選擇上，在能夠滿足系統(tǒng)需要的前提下盡可能的選擇低頻率的晶振，晶振頻率越低其功耗的能量越低，所以并不是晶振頻率越高越好，要根據(jù)實際情況對頻率和功耗進行取舍。

單片機的外部晶振如果單獨跟單片機連接，理論上也是可以起振使單片機工作的，只是這樣的結(jié)構(gòu)會使電路中產(chǎn)生很多其他頻率的諧波，諧波會降低時鐘振蕩器的穩(wěn)定性。因此，在外部晶振的旁邊會通過加一對起振電容去過濾諧波。起振電容的容值沒有特別固定的值，根據(jù)不同的單片機會有不同的選擇范圍，51系列單片機的起振電容一般在15~30pF，在做PCB布線時起振電容離晶振越近越好，而晶振離單片機也是越近越好

LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管被封裝在一起，以形成“8”字形的裝置，引線被連接在內(nèi)部，每個二極管有自己的一個引腳，他們共同具有一個公共電極。數(shù)碼管里有顯示7段和一個小數(shù)點的8個發(fā)光二極管，就會看到相應的數(shù)碼管段被點亮。

當一個特定的段的LED被施加電壓時，這些特定的段將被點亮，以形成我們眼睛看到的圖像。8段LED數(shù)碼管只能顯示簡單的0~9的阿拉伯數(shù)字和A~F的英文字母，有一些段數(shù)比較多的LED可以顯示更多的內(nèi)容，總之，數(shù)碼管還是以顯示數(shù)字和字母為主，復雜的顯示信息還是需要考慮使用液晶之類的更為復雜的電子器件。如圖3.4所示為8段LED數(shù)碼管示意圖。

圖3.4 LED數(shù)碼管示意圖

LED數(shù)碼管主要是通過點亮相應段的發(fā)光二極管，在視覺上給人們顯示出各個數(shù)字和字母的形狀，驅(qū)動LED數(shù)碼管的方式有兩種，一種是靜態(tài)顯示驅(qū)動，另一種是動態(tài)顯示驅(qū)動。靜態(tài)顯示驅(qū)動，也被稱為直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的裝置，每個段需要由單片機的一個I / O口來驅(qū)動，或者作為BCD碼兩用。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/ O端口多，加入需要驅(qū)動4個8段的數(shù)碼管，則需要4*8=32個IO口，而51單片機可用的I/O端口一共只有32。我們在實際應用中必須增加的編解碼驅(qū)動器，來減少I/O口的浪費，同時也增加了硬件電路的復雜性。第二種是動態(tài)顯示驅(qū)動，數(shù)碼管動態(tài)顯示方式在微控制器中被廣泛使用。動態(tài)顯示是利用了人眼具有視覺停留現(xiàn)象，即人眼在看到某一景物后，在很短的時間內(nèi)，即使該景物消失，在人眼中還會保留該景物的像。動態(tài)顯示就是將數(shù)字按照個十百千位的格式分開，根據(jù)各個位的數(shù)字分別控制點亮對應數(shù)碼管的發(fā)光二極管的段。每次只點亮一個位對應的數(shù)碼管，其他位的數(shù)碼管被熄滅。

通過依次控制每個LED數(shù)碼管的COM端，它使每一個對應的數(shù)字顯示，這是一個動態(tài)的過程。反過來顯示，每位數(shù)碼管點亮時間為1?2毫秒，由于人的視覺和發(fā)光二極管的余輝效應的持續(xù)性的現(xiàn)象，盡管你不是在同一時間點亮數(shù)碼管，但事實只要掃描速度足夠快，給人的印象是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示的效果是一樣的，但是可以節(jié)省大量的I / O端口，以及更低功耗。因此動態(tài)顯示更為廣泛的被應用。

鍵盤是最常用的單片機系統(tǒng)的人機界面，根據(jù)組合形式可分為兩種：獨立式和陣列式。獨立式鍵盤由于一個按鍵需要對應一個IO口，因此適合用于按鍵數(shù)量少的場合；陣列式是通過橫向和縱向交叉檢測，可以將IO口的使用數(shù)量呈指數(shù)減少，例如三根橫向和三根縱向線交叉可以實現(xiàn)9個鍵碼的分辨，如果按獨立式鍵盤設計，需要9個IO口，而陣列式鍵盤只需要6個IO口，按鍵數(shù)量越多，可以節(jié)省的IO口就越多，所以陣列式非常適用于需要按鍵較多的情況，本系統(tǒng)需要小按鈕控制，單片機的I / O端口足夠，可直接使用獨立式設計。按鍵電路原理圖如圖3.7所示。

圖3.7 獨立式按鍵電路

鍵盤開關(guān)矩陣由多個按鈕組成，是單芯片系統(tǒng)中最常用的輸入裝置，可以將命令，地址和數(shù)據(jù)輸入給單片機。通常單片機系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤由軟件識別的鍵盤上的按鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，靈活的特點，因此被廣泛應用于微處理器系統(tǒng)。鍵盤按鈕分為接觸式和非接觸式兩種，微控制器應用的按鍵通常由一個機械鍵盤接觸組成。

當開關(guān)K沒有被按下時，KeyIn由于通過4.7K的上拉電阻與5V電源連接，因此輸入為高，當K閉合后，KeyIn與GND短接，輸入為低電平。也就是說，程序檢測按鍵是否按下的方法是檢測對應IO由高電平變成低電平，就表示該按鍵被按下。

但是由于按鍵結(jié)構(gòu)采用的是機械觸點，機械觸電在狀態(tài)變化的瞬間會產(chǎn)生電壓的波動，這種抖動對于人的感知來說是極快的，根本感覺不到，但對于處理速度達到微秒級甚至納秒級的單片機來說，這就是一段很長的時間了，在這段時間里，所有的電壓波動都能被單片機一一檢測到，單純的只是檢測IO的邊沿變化就會在機械觸電處于不穩(wěn)定狀態(tài)時誤認為是按鍵被按下，而且會出現(xiàn)多次。如果設置為中斷查詢，程序就是頻繁的進入中斷函數(shù)。

解決這種問題的方法也很簡單，就是我們通常所說的去抖。原理就是避開機械觸點物理上會產(chǎn)生不穩(wěn)定電壓的時間段，再去檢測IO口的電平。不管是通過輪詢檢測還是中斷檢測，一旦檢測到按鍵IO口電平狀態(tài)相比默認狀態(tài)發(fā)生改變，則加入一小段延時，一般為幾十個毫秒，延時過后，再去檢測IO的電平，如果又變回默認狀態(tài)，就說明這屬于干擾導致的按鍵抖動，不需要處理；反之，則是真正的按鍵被按下的信號。

根據(jù)去抖的原理，我們也可以發(fā)現(xiàn)，去抖的延時時間也不能設置太長，否則會出現(xiàn)延時結(jié)束時按鍵早已經(jīng)被松開，這樣就導致有按鍵被按下卻無法識別到。按鈕在實際應用中千差萬別，要根據(jù)實際按鍵的方式以及硬件電路等多方面因素去靈活運用，但以上的去抖原則是一定要遵循的。

在主函數(shù)流程中，首先單片機要實現(xiàn)自身寄存器的初始化，定時器初始化以及數(shù)碼管和紅綠燈狀態(tài)顯示控制，因為在運行過程中，數(shù)碼管需要顯示倒計時的時間，單片機可利用定時器T0和T1進行計時，設置定時器中斷，在中斷函數(shù)中對時間進行刷新。對于系統(tǒng)按鍵的檢測可以使用主循環(huán)輪詢方式，也可以采用外部中斷處理方式。為了更加快速的響應按鍵信息，在程序中通過外部中斷來實現(xiàn)按鍵的檢測。

根據(jù)系統(tǒng)程序運行的特點分析，每個交通燈的狀態(tài)都是從S1->S2->S3->S4->S1，如此循環(huán)往復，這些狀態(tài)是固定的，而從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋�狀態(tài)的條件也是固定的，所以，在編程時采用狀態(tài)機的處理方式是最合適的，狀態(tài)機會比普通的邏輯羅列要清楚的多，也不易于出現(xiàn)邏輯上的錯誤，只是需要把各個狀態(tài)都考慮清楚，不要留有狀態(tài)上的漏洞。如圖4.1所示為系統(tǒng)主函數(shù)流程圖。

狀態(tài)機是在軟件程序設計中的一個重要的概念。例如，一個按鈕命令，它可以被看作是一個狀態(tài)機：一個狀態(tài)為A，按下按鈕后切換到B狀態(tài);然后觸發(fā)另一個鍵切換到C的狀態(tài)，或者返回的狀態(tài)。這是關(guān)鍵的狀態(tài)機的最簡單的例子。實際分析方法比這些要復雜的多，但是這并不影響我們的狀態(tài)機的理解。此外，按鍵本身可以被看作是一個狀態(tài)機。一個小按鍵，包括：釋放，抖動，閉合，抖動等狀態(tài)。

要保證程序高效穩(wěn)定的運行，除了各個功能模塊程序，還需要一個重要的模塊就是看門狗。在單片機系統(tǒng)中，由于微控制器的操作可能會受到來自外部電磁場的干擾，使程序失控陷入死循環(huán)中，程序的正常運行被中斷，由MCU控制的系統(tǒng)不能繼續(xù)工作，這將導致整個系統(tǒng)停頓，造成不可預料的后果，因此為了對微控制器的運行狀況進行實時監(jiān)控，單片機中有一個專門的硬件電路，俗稱“看門狗”。

加入看門狗電路的目的是使微控制器可以實現(xiàn)連續(xù)工作，避免進入程序跑飛的死循環(huán)，看門狗功能模塊是內(nèi)嵌在單片機內(nèi)部的，與單片機的I / O引腳相連，該引腳可以通過程序的控制，定期向單片機引腳送出高電平或低電平。一旦受到干擾，單片機程序跑飛，并陷入一個無限循環(huán)，看門狗引腳發(fā)送電平的功能不能被執(zhí)行，這個時候，看門狗電路會由于缺乏由MCU發(fā)出的信號，向跟它連在一起的復位電路的引腳發(fā)送一個復位信號，使微控制器重新從程序存儲器的起始位置執(zhí)行代碼，這樣就實現(xiàn)了單芯片自動復位。

以前，看門狗電路需要一個特殊的看門狗芯片連接到單片機來實現(xiàn)，但是這會帶來復雜的電路設計。隨著技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)在的單片機基本都內(nèi)置看門狗電路，看門狗定時器寄存器，查看其相應的功能知識點。

單片機的定時器可以根據(jù)程序設置的分頻頻率進行計數(shù)，當計數(shù)達到某個設定值時，可以產(chǎn)生一個中斷事件。比如51單片機外部晶振12M，最大計數(shù)兩個字節(jié)，也就是65535，計一個數(shù)的時間為1/12M秒，就算計數(shù)值設為最大值的65535，也不可能計時1s，因此，需要在進入定時中斷后對次數(shù)進行累加，比如中斷累計20次，就表示當前計時為20*65535/12M=0.109225s。因此想要延時1s，需要將計數(shù)值設置為60000的情況下，進入中斷200次。

MCS-51的工作頻率通常情況為12MHz，機器周期與單片機工作頻率相關(guān)，機器周期是12倍的工作頻率，因此一個機器周期的時間長度為12 *（1 / 12MHZ）= 1微秒。我們可以知道每個指令周期的特定數(shù)目，這樣我們就可以由一個指令執(zhí)行的數(shù)量確定需要的時間。

中斷程序分為定時器中斷和外部中斷。中斷初始化函數(shù)和中斷處理服務函數(shù)模塊如下：

/**************定時器0初始化***********************

* 名稱 : Time0_Init()

* 功能 : 定時器的初始化，12MZ晶振，50ms

* 輸入 : 無

* 輸出 : 無

****************************************************/

void Time0_Init()

{

TMOD = 0x11;

TH1 = 0xec;

TL1 = 0x78;

EA = 1;

ET0 = 1;

TR0 = 1;                           

}

/************外部中斷0 的初始化***********************

* 名稱 : Outside_Init()

* 功能 : 外部中斷0 的初始化

* 輸入 : 無

* 輸出 : 無

*******************************************************/

void Outside_Init(void)

{

EX0 = 1;  //開外部中斷0

IT0 = 1;  //負邊沿觸發(fā)

EA = 1;  //開總中斷

}

/*****************定時器1***********************************

* 名稱 : Time1_Int()

* 功能 : 顯示定時器，工作方式1

* 輸入 : 無

* 輸出 : 無

****************************************************************/

void Time1_Int() interrupt 3

{

TH1 = 0xec;

TL1 = 0x78;

TR1=1;

if(key1<=3)

display();

else

ndisplay();                                         

}

中斷0服務程序

/****************外部中斷0 服務函數(shù)********************************

* 名稱 : Outside_Int()

* 功能 : 外部中斷0 的中斷處理

* 輸入 : 無

* 輸出 : 無

*******************************************************************/

void Outside_Int(void) interrupt 0

{

EX0 = 0;

delay(30); //對按鍵進行抗干擾處理

if(key1 < 6)

{  key1++;}

else

key1=0;

delay(30);

EX0 = 1;            

}

設計中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機的I/O接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機P2.2~P2.7控制。單片機的I/O接口與交通燈電路的具體連接方式為：P2.5~P2.7分別接東西方向的紅、黃、綠共6個放光二極管，P2.2~P2.4分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發(fā)光二極管。12個發(fā)光二極管采用了共陰極的連接方式，因此I/O口輸出高電平時，與之相連的發(fā)光二極管會亮，I/O口輸出低電平時，相應的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路原理圖如下圖所示。

該顯示器選用雙位數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)設計的要求，每個路口需要1個數(shù)碼管，這樣就要4個數(shù)碼管。我們可以選用共陰型數(shù)碼管。四個路口倒計時顯示被置在同一時刻顯示不同的數(shù)字。電路如下圖

圖4.3倒計時顯示器電路圖

我們把倒計時顯示器電路圖、單片機、其他硬件連接起來，就有了總的電路圖。以下是交通燈總電路圖和PCB圖。

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，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。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。本次設計就是用該軟件成功仿真程序運行。

軟件運行后，交通燈開始工作（二極管顯示紅、黃、綠三色燈，LED顯示倒計時），系統(tǒng)自動進入狀態(tài)S1：縱向南北主干道方向綠燈亮，橫向東西支干道方向紅燈亮，南北主干道LED倒計時12秒，東西支干道LED倒計時7秒后，系統(tǒng)進入（S1～S2）然后南北方向黃燈亮3秒，東西方向紅燈閃爍。仿真圖片如下。

3秒之后，系統(tǒng)進入S3狀態(tài)，縱向南北方向紅燈亮，橫向東西方向綠燈亮，仿真圖如下。

7秒后系統(tǒng)進入轉(zhuǎn)換階段，縱向南北方向紅燈閃爍，橫向東西方向黃燈亮3秒，仿真圖如下。

圖4.9 轉(zhuǎn)換階段

在整個系統(tǒng)的調(diào)試過程中，由于自身經(jīng)驗的缺乏，不管是在硬件方面還是軟件方面，都遇到了很多問題，經(jīng)過各方查閱資料和老師同學的幫助，終于將問題一一解決，并總結(jié)了一些經(jīng)驗教訓。

焊接時首先焊接電源部分的器件，如果發(fā)現(xiàn)電源部分工作電壓異常，要立即斷電，檢查焊接線和器件的焊接方向是否正確。確保電源正常后，再焊接電路其他部分，避免其他器件被高電壓損壞。如果焊接一個功能模塊后發(fā)現(xiàn)調(diào)試不正常時候，首先應該先檢查原理圖連線是否正確，在查看原理圖和焊接的板子是否一致。如果都是正確的，就應該確定原理圖和芯片手冊的引腳對應是否正確，檢查是否有漏焊、虛焊、引腳短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。可以利用示波器芯片引腳的電平進行測試，找到問題所在。有時我們可以將現(xiàn)在IO口轉(zhuǎn)到別的上去看是否是IO口出現(xiàn)問題引起的。在焊接時候最好一起焊接兩個板子進行對比，排除因為人為焊接原因造成錯誤發(fā)生。軟件和硬件的調(diào)試時相互配合的，如果遇到問題時候不一定都是硬件出現(xiàn)問題造成系統(tǒng)錯誤。

軟件調(diào)試首先根據(jù)系統(tǒng)的整體要求繪制出系統(tǒng)的程序流程圖，根據(jù)程序流程圖里的相關(guān)要求，利用KEIL編譯軟件利用C語言對系統(tǒng)硬件進行驅(qū)動首先要配置單片機各個寄存器的狀態(tài)，配置相關(guān)的IO口，調(diào)試過程中盡量使用LED燈來觀察程序的運行狀態(tài)以判斷單片機IO口是否已根據(jù)程序的要求輸出相應的電平。控制繼電器驅(qū)動時候要注意電路的控制，以避免外部的輸入干擾對單片機系統(tǒng)造成影響，同時系統(tǒng)運行過程中要加如看門狗，當程序跑飛的時候及時復位單片機，是系統(tǒng)能夠正常的運行，在按鍵檢測電路的時候要注意對按鍵的抖動造成程序誤操作。

通過這次設計，我對所學的專業(yè)知識有了更深的理解，尤其是單片機方面。在51單片機方面做了很多的資料方面的學習，掌握了單片機的基本工作的方法，以及焊接調(diào)試的流程。在設計過程中，查閱了大量的中外文資料，解決了不少難題，使我在分析問題解決問題的能力方面有了提升，增強了對學習的信心，并對電子專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，相信這對我以后的工作和學習有重要的幫助。

本次設計初步實現(xiàn)了51單片機控制十字路口交通等，實現(xiàn)行人與車流的分流的目的。運用了傳統(tǒng)的8位MCU、性能全面、成本造價低、能夠在室溫下安全可靠運行，運行電子制圖軟件和KEIL編程軟件，同時完成系統(tǒng)原理圖和MCU的底層驅(qū)動代碼的編寫。能夠在設計過程中完成對電子專業(yè)的各個節(jié)本技能的強化和所有應用課程的實踐應用，其中包括單片機課程、數(shù)字電路、模擬電路、單片機c語言編程的各個專業(yè)課程的綜合運用，在設計完成時我對自己本專業(yè)的四年所有科目進行的簡單并全面的運行。

系統(tǒng)由于能力和精力的限制，整個系統(tǒng)還存在很多的不足，還可以實現(xiàn)更多的擴展，比如可以加入一些測量道路經(jīng)過車輛數(shù)量的傳感器，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)可以更加智能的實現(xiàn)對紅綠燈時間的設置，使道路的利用率更高；還可以將單片機通過有線或無線的形式與交通指揮中心實現(xiàn)通信，使指揮中心可以根據(jù)實際交通情況實時的調(diào)整紅綠燈的時間參數(shù)等等，我會在以后的學習中繼續(xù)完善知識體系，盡可能的改善不足。隨著單片機技術(shù)的進一步發(fā)展，這些問題都將被繼續(xù)研究解決。

致  謝

經(jīng)過幾個月資料的查找和對本畢業(yè)設計相關(guān)知識的學習，已經(jīng)完成整個系統(tǒng)的設計，在這個畢業(yè)設計過程中曝露出我許多的問題，由于對有些專業(yè)知識的了解不夠深入，設計有些方面還是不夠完善。在老師的幫助下，解決了遇到的很多設計難題，才使得畢業(yè)設計能夠順利的完成。再次對我的指導教師表示深深的感謝，老師在忙碌的工作中，對我畢業(yè)設計的進行耐心的指導，從設計最初我查找資料的時候，給我很大幫助讓我在眾多的資料中梳理出需要的知識的重點，在畢業(yè)設計的中期我提出系統(tǒng)的設計方案和解決方法，老師對我的設計方案進行了評估，指導我方案中出現(xiàn)的我的問題，并提出了寶貴的經(jīng)驗。在畢業(yè)設計后期對我設計電路和程序進行了指導。使我對單片機硬件電路和軟件程序有了更深入的了解。把我繁瑣的設計變得簡潔、系統(tǒng)功能更合理。深深感受到了張清蓉老師對整個系統(tǒng)全局統(tǒng)籌性很強，使我也從中學到很多在課堂上學不到設計經(jīng)驗。在此，對張老師的嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和對學生負責的態(tài)度表示深深欽佩。其次對和我一起做畢設的同學表示深深的感謝，當我遇到問題時候，幫助我解決好多我能力之外的困難，如果沒有他們的幫助我能這么順利的完成我畢業(yè)設計。
最后感謝大學所有任課教師，他們在我在學校的四年里耐心的傳授我知識，對我的各個方面能力培養(yǎng)付出太多的艱辛工作。為我在以后的工作中更好的學習打下了堅實的基礎，同時感謝所有的同學們正式有你們鼓勵和支持，才讓我在做畢業(yè)設計這段時間不斷改掉缺點，努力的把我的畢業(yè)設計認真的完成。

單片機源程序如下:

交通燈全套資料.7z (5.65 MB, 下載次數(shù): 782)