交通信号钟的设计

一、设计目的
1、了解交通信号钟管理的基本工作原理。

2、熟悉AT89S51单片机的各种工作方式和应用。

3、熟悉应用编程，掌握利用软硬件相结合的方法。

4、掌握多位LED显示问题的解决及显示方法。

5、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复习和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解。

6、通过单片机课程设计,熟练掌握编程的方法,将理论联系到实践中去,提高我们的动脑和动手的能力。

7、通过交通信号钟的设计和简单程序的编写,最终提高我们的逻辑抽象能力。

8、通过此次课程设计掌握仿真软件的应用，能将软硬件结合起来，对程序进行编辑和校验。

二、设计要求
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间为25秒；
2、要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；
3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次；
4、根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图和波形图。

三、总体设计
1、AT89S51单片机的简介
89S51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。

89S51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
（1）中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

（2）数据存储器RAM
89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

（3）程序存储器(ROM)
89S51共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。

（4）定时/计数器：
89S51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

（5）并行输入输出(I/O)口：
89S51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

（6）中断系统
89S51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

2、89S51单片机的引脚
89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89S51有40条引脚, 与其他51系列单片机引脚是兼容的. 这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分. 89S51单片机为双列直插式封装结构, 如图3.2所示.
图3.2 89S51引脚分配图
89S51单机的电源线有以下两种：
（1） VCC：+5V电源线。

电源线
（2） GND：接地线。

89S51单片机的外接晶体引脚有以下两种:
（1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。

采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。

（2） XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。

采用外部振荡器时，该引脚悬空。

外接晶体引脚。

控制线 89S51单片机的控制线有以下几种：
（1） RST：复位输入端，高电平有效。

（2） ALE/PROG：地址锁存允许/编程线。

（3） PSEN：外部程序存储器的读选通线。

（4） EA/Vpp：片外ROM允许访问端/编程电源端。

3、交通钟设计流程图
四、各部分电路设计（1）时钟电路设计南北绿灯，东西红灯延时25秒
南北绿灯闪5次转黄灯，东西红灯，延时
一秒
南北红灯，东西绿灯
延时25秒
东西绿灯闪5次转黄灯，南北红灯，延时
一秒
开始
结束
如上图所示，采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击震荡。

其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。

（2）复位电路设计
如上图所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST管脚高电平触发。

为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期，电容取22uf，电阻取1K欧。

（3）灯控制电路设计
如上图所示，交通灯状态显示电路由东西南北四个方向各三个LED灯组成，分别显示四个方向上红、黄、绿三个状态，用以指示十字路口各方向车辆的行驶。

通过软件编程，可使路口交通变化情况为:南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间为25秒；黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

（4）倒计时交通钟电路设计
如上图所示，交通显示钟由两个共阴极两位数码管来实现倒计时。

由于P0口输出电流小，需外接上电阻，接到P1口的P1.0~P1.7口用单片机来控制其片选。

（5）按键控制电路设计
如上图所示，开关控制由三个连接到单片机的控制按钮组成。

通过软件编程，
一道有车而另一道无车（实验时用开关K0 和K1 控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。

有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B 道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。

返回正常状态时通过复位电路的复位开关进行控制。

五、整体电路图
六、设计总结
1、设计过程中遇到的问题及解决方法
仿真软件中找不到AT89S52，所以用AT89S51代替，在向仿真软件的单片机输入程序时需要HEX格式的文件，通过网上搜索找到了keil
Uvision软件将写好编程的TXT文档建成HEX文件，仿真时可能会出错，
所以需要不断调试电路与程序，直到达到设计要求为止。

2、设计体会
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在
书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距。

书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这
方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结
果甚至很差别很大。

特别是电路完成后，所有的焊接都与我们设计的方案一
样，但当我们接通电源时，所看到的结果与我们料想的完全不同，十二盏灯
都亮了，我们也都知道，任何实验都不可能一次就成功的，我们认真的去检
查，可是检查了好久都没有任何发现，只知道单片机的IO口的输出与我们
所输入的程序不相符合，我们逐步排查，最先检查LED灯电路的接法是否合
理，然后检查时钟电路的晶振是否有问题，然后再检查复位电路是否完好，
最后功夫不负有心人，我们把复位电路接地电阻断开后，就发现LED灯有规
律的熄灭了，经过我们的认真检查，对位选控制位口的改正，最后电路基本
上都实现了我们预先设计的功能。

这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结
论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到
问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的
过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握
得不够牢固。

3、对设计的建议
以后应该下更多的功夫到实践中去，到图书馆或者上网获取更多的知识，单靠书本是不行的，可以定时开放实验室供学生进行实践学习，另外
设计时间比较短，为了更好地符合设计要求，应花更多时间投入到学习当
中去。

实践是掌握只是的一个很好的途径。

参考文献
[1]李明毕万新主编单片机原理与接口技术，大连理工大学出版社
[2]张毅坤主编单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版
社
[3]杨恢先黄辉先主编单片机原理及其应用，人民邮电出版社
[4]刘瑞新主编单片机原理及应用教程，机械工业出版社
[5]蔡明文冯先成主编单片机课程设计，华中科技大学出版社
附录一：参考程序清单如下：
LED EQU P1
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0030H
START:MOV SP,#60H
LCALL S0 ;初始状态
LCALL S1 ;南北绿灯,东西红灯
LCALL S2 ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯LCALL S3 ;南北红灯,东西绿灯
LCALL S4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯LJMP START
S0: MOV A,#00100001B ;南北红灯,东西红灯MOV LED,A
MOV R2,#10 ;延时
LCALL DELAY
RET
S1: MOV A,#10000001B ;南北绿灯,东西红灯MOV LED,A
MOV R2,#200 ;延时
LCALL DELAY
RET
S2: MOV A,#00000001B ;南北绿灯灭，东西红灯亮FLASH: MOV A,#01000001B ;南北黄灯，东西红灯
MOV LED,A
MOV R2,#03H
LCALL DELAY
MOV A,#10000001B ;南北绿灯,东西红灯
MOV LED,A
MOV R2,#03H
LCALL DELAY
DJNZ R3,FLASH
RET
S3: MOV A,#00100100B ;南北红灯,东西绿灯MOV LED,A
MOV R2,#200 ;延时
LCALL DELAY
RET
S4: MOV A,#00100010B
MOV LED,A
MOV R3,#03H
LCALL DELAY
FLASH1: MOV A,#00100010B ;南北红灯亮,东西绿灯灭MOV LED,A
MOV R2,#03H
LCALL DELAY
MOV A,#01000000B
MOV LED,A
MOV R2,#03H
LCALL DELAY
DJNZ R3,FLASH1
RET
DELAY:PUSH 02H ;延时子程序PUSH 01H
PUSH 00H
DELAY1: MOV R1,#00H
DELAY2: MOV R0,#0C2H
DJNZ R0,DELAY2
DJNZ R1,DELAY2 ;延时
DJNZ R2,DELAY1
POP 00H
POP 01H
POP 02H
RET
END。