基于單片機的紅綠燈設計本科(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 8. 一個具有 5個（ 52 子系列為 6個或 7 個）中斷源， 2個可編程優先級的中斷系統。它可以接收外部中斷申請、定時器 /計數器中斷申請和串行口終端申請。 圖 32 交通燈控制的基本構造顯示圖 單片機設計交通燈控制系統，可用單片機直接控制信號燈的狀態變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入 LED數碼管就可以顯示倒計時以提醒行駛者，更具人性化。 據此，本設計系統以單片機為控制核心，連接成最小系統，由按鍵模塊產生輸入，信號燈狀態模塊， LED 倒計時模塊接受輸出。系統的總體框圖如上圖 32所示。 單片機上電后，系統進入正常工作狀態，執行交通燈狀態顯示控制，同時將時間數據、倒計時輸入到 LED 數碼管上實時顯示。 如下圖 33所示，圖中描述的是基于單片機的交通燈設計的軟件的結構運行西安航空職業技術學院 畢業設計論文 9 狀態，其中主要說明主程序和子程序之間的運行關系：通過主程序的運行，到顯示子程序的調用，從而實現功能模塊的顯示，而后在返回到主程序，依次循環完成軟件的運行。 圖 33 軟件結構框圖 硬件實現實物連接，軟件與硬件連接相對應，通過編寫程序，使硬件實現期望的功能。說的形象些，軟件相當于其內在本質功能，而硬件是將該功能表現出來，讓人們可見罷了。 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 10 4 詳細設計 本設計使用的單片機為 是帶有 4K字節閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與 MCS51兼容 4KFLASH 存儲器 ,壽命： 1000 寫 /擦循環數據保留 時 間： 10 年全工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內部RAM 32 可編程 I/O 線兩個 16位定時器 /計數器 5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路。 設計電路主要由兩部分組成，一部分為 P1 口與十二個發光二極管連接電 路，另一部分是 P0、 P2 口與八個七段顯示器相連的電路，下面分別詳細說明。 設計中采用發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 控制。 單片機的 I/O 接口與交通燈電路的具體連接方式為： 分別接東西方向的紅、黃、綠共 6 個放光二極管， 分別接南北方向的紅、黃、綠共 6 個發光二極管。 12 個發光二極管采用了共陽極的連接方式，因此 I\O 口輸出低電平時，與之相連的發光二極管會發亮， I\O口輸出高電平時，相應的發光二極管會滅。交通燈電路如圖 41所示： 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 11 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 12 3 4 5 6 7 8 91R P 1RE S P A C K 8A02A14A26A38OE1Y018Y116Y214Y312U 2 : A7 4 L S 2 4 0p 1 2p 1 3p 1 4p 1 5p 1 6p 1 7d0d1d2d3d4d5d6d7p 2 0p 2 1p 2 2p 2 3僅東西通行僅南北通行緊急停止 圖 41（ a）基于單片機紅綠燈設計硬件圖 1 R11 0 0R21 0 01 0 01 0 kR41 0 0R51 0 0R61 0 0R71 0 0R81 0 0R91 0 0R 1 01 0 0R 1 11 0 0R 1 21 0 0D1L E D R E DD2L E D R E DD3L E D R E DD4L E D R E DD5L E D Y E L L O WD6L E D Y E L L O WD7L E D Y E L L O WD8L E D Y E L L O WD9L E D G RE E ND 1 0L E D G RE E ND 1 1L E D G RE E ND 1 2L E D G RE E Nd0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 p 2 1p 2 0p 1 5p 1 6p 1 7p 1 5p 1 6p 1 7p 1 2p 1 2p 1 3p 1 3p 1 4p 1 4p 2 3p 2 2d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 圖 41（ b） 基于單片機紅綠燈設計硬件圖 2 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 12 該顯示裝置選用七段數碼管來顯示交通燈轉換的剩余時間，根據控制要求，每個路口需要兩個數碼管，這樣四個路口就要求八個數碼管。有序 AT89C51 單片機的 I/O 作為輸出時，具有較強吸收電流能力，因此我們可以選用共陽型數碼管，這樣由單片機的 I/O 就可以直接驅動，從而簡化硬件電路的設計。四個路口 倒計時顯示被置在同一時刻顯示相同的數字，期中 P0口用來顯示時間的十位， P2口用來顯示時間的個位。電路如下圖 42所示 圖 42 LED數碼顯示器 LED 數碼管是單片機常用的顯示器件，點陣顯示系統可以顯示復雜的字符、數字及漢字等信息。根據連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種組成方式。本系統所使用的便是共陰極數碼管。共陰極數碼管是將所有發光二極管的陰極接在一起，形成一個公共極 ，在使用時將 極接低電平。如果想讓某段亮，將該發光二極管的陽極接高電平，則該發光二極管點亮。共陽極數碼管是將所有發光二極管的陽極接在一起，形成一個公共極 ，在使用時將 極接高電平。如果想讓某段亮，將該發光二極管 的陽陰極接低電平，則該發光二極管點亮。因此，將多個段的發光二極管點亮，可組合成需要顯示的字符。 LED 點亮時壓降一般為 左右，驅動電流一般為 10mA，因此在驅動電路中必須加入限流電阻，對于5V供電系統，限流電阻一般可取 300 歐姆左右。 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 13 I/O口擴展 在單片機應用系統中，經常用到簡單的輸入 /輸出接口，以實現數據的輸入 /輸出，如讀取鍵盤狀態、驅動數碼管顯示或打印機打印等。 簡單的 I/O 口擴展的實現：擴展 8位數據并行輸入的簡單接口輸入，以及 8位數據并行輸出的簡單輸出接口。 對于 輸入接口來說，只需要滿足數據緩沖功能，以實現數據總線與外部設備的隔離。對輸出接口而言，要滿足數據的所存功能，以實現快速 CPU 與慢速外部設備的速度匹配，并隔離數據總線與外部設備。 要進行輸入輸出擴展，首先需要清楚單片機與簡單輸入接口芯片的信號。單片機按照三總線方式將信號分為數據信號、地址信號和控制信號；而簡單輸入接口芯片沒有地址信號，只有數據信號和控制信號。 連接時，將單片機的數據信號與輸入接口芯片的數據信號相連，將單片機的地址信號與讀控制信號組合成輸入接口芯片所需要的控制信號在與之相連。下面以 74LS240 為例，如圖 43 所示， 74LS240 是八單線驅動器（反碼，三態輸出）這種八緩沖器和線驅動器是為提高三態輸出存儲地址驅動器，時鐘驅動器和總線定向接收器和發射器性能可和集成度而特意設計的。設計者可按需要將原碼，反碼輸出。對稱 /G（有效低電平輸出控制） A02A14A26A38OE1Y018Y116Y214Y312U 2 :A7 4 A L S 2 4 0 圖 43 74LS240引腳示意圖 RP1 單片機的 RP1 就是排阻，公共端是 1引腳，在此電路中連接到電源正極，用于上拉 P0口的信號因為 P0口內部開漏，必須靠上拉電阻才能輸出高電平。 這里用 10K 的時候是當單片機輸出低電平時保證灌入 P0口的電流很小，這樣減小不必要的功耗，電阻過小可能會損壞 IO；輸出高電平 1602 需要的電流也很小活著說可以忽略。 西安航空職業技術學院 畢業設計論文 14 234567891R P 1RE S P A C K 8 圖 44 排阻 RP1 引腳示意圖 單片機硬件結構 AT89C51 在一塊半導體芯片上集成了 CPU、存儲器、定時 /計數器和各種I/O 口等功能部件，具有一臺微型計算機的屬性其內部結構如圖 45 所示 . 89C51 單片機內包含以下幾個部件。 【 1】微處理器（ CPU） 【 2】一個片內振蕩器及時鐘電路 【 3】程序存儲器（ 4KB Flash ROM） 【 4】數據存儲器（ 128B RAM） 【 5】兩個 16 位定時 /計數器 【 6】可尋址的 64KB 外部數據存儲器和 64KB 外部程序存儲器空間的控制電路 【 7】四個 8 位并行 I/O 端口 【 8】一個可編程全雙工串行口 【 9】具有五個中斷源，兩個優先級嵌套的中斷結構（ 0003H000AH 外部中斷 0 中斷地址區、 000BH0012H 定時 /計數器 0 中斷地址區、 0013H001AH 外部中 斷 1 中斷地址區、 001BH0022H定時 /