基于单片机的交通信号灯模拟控制器的设计-毕业设计(37页).doc

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1、-基于单片机的交通信号灯模拟控制器的设计-毕业设计-第 31 页基于单片机的交通信号灯模拟控制器的设计THE DESIGN OF TRAFFIC LIGHTSANALOG CONTROLLER BASED ON SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER摘要随着人类科技文明的发展，人们对于日常交通便利的要求在不断地提高。交通信号灯已不仅仅被看成一种用来指挥交通的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代交通信号灯发展的趋势。本课题设计正是基于这个方向设计一个符合指标要求的模拟交通信号灯控制器。单片机在电子产品中的应用越来越广泛，特别是51

2、系列的单片机，由于其使用方便、价格低廉等优势，在市场上占有很大的份额。AT89S51就是51系列中的一个比较成熟的型号，它完全兼容51单片机的指令。本课题设计是基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89S51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计出的一个模拟交通信号灯控制系统。该控制系统包括了按键控制电路、定时控制电路、显示电路等几部分的组成。设计以硬件和软件相结合为指导思想，通过软件编程实现系统大部分功能，电路简单明了，系统稳定性高。主要硬件有：AT89S51单片机、16*16点阵式LED显示屏、七段数码管、LED和按键等。软件采用汇编语言编写实现，并依据程序应用Keil软

3、件进行了仿真调试，对出现的问题进行分析和反复修改，最终得到正确并符合设计要求的结果。设计完成的模拟交通信号灯控制器能够准确指挥交通，并具有人工控制功能，实现了人工智能一体化。本系统设计控制精确、体积小、功耗低，具有很强的实用性。关键字：AT89S51；LED显示；交通灯AbstractHas analyzed the modern municipal transportation control and the management question present situation, unified the city and countryside transportation the a

4、ctual situation to elaborate the traffic light control system principle of work, has produced one kind of simple practical city traffic light control system hardware circuit design plan. Along with the social economy development, the municipal transportation question more and more arouses peoples in

5、terest. The person ，the vehicle, the road three relationscoordinations, have become one of important questions which the traffic control department needs to solve. The municipal transportation control system is uses in the computer synthesis management system management system which the municipal tr

6、ansportation data monitor, the street-traffic control lights control and the transportation unblocks, it is in the modern municipal transportation monitoring command system the most important constituent. Along with the city vehicle quantity unceasing increase, many big cities like Beijing, Shanghai

7、, Nanjing and so on had the transportation excess load movement situation, therefore, from the80s later periods, these cities constructs the city speed-way in abundance, completes the initial period in the speed-way construction ,they also once effectively improved the transportation condition. Howe

8、ver, and lacks along with the volume of traffic fast growth to the speed-way system research and the control, the speed-way not fully plays the anticipated role. But city speed-way in structure charact eristic, also had decided the city speed-way transportation condition inevitably receives the spee

9、d-way and the ordinary path coupling place transportation condition restriction. Therefore, how uses the appropriate control method, maximum limit uses the good consumption large amount of money construction the city speed-way, alleviates branch with Ramp , the city supports with the peripheral loca

10、lity transportation stops up the condition, more and more becomes the main question which the transportation management and the urban planning department urgently awaits to be solved. There fore, applied the knowledge through me which studied to design a set of traffic lights control circuit plan.Th

11、e traffic light control system mainly by the timing circuit, the host controls the electric circuit, the signal light switch, the pulse signal generating devices composed. Key word: The AT89S51;LED show;transportation light目录第1章 绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景11.2.1 单片机的应用与发展11.2.2 LED技术的应用21.2.3 交通信号灯的发展41.3

12、 课题研究的主要内容51.4 课题研究的目的及意义6第2章 系统总体结构设计72.1 系统总体方案设计72.2 硬件系统中的芯片认识72.2.1 AT89S51芯片简介82.2.2 8255芯片简介102.2.3 74LS164芯片简介112.2.4 74LS273芯片简介13第3章 系统硬件电路设计143.1 单片机控制系统设计143.1.1 AT89S51最小系统的设计143.2 按键控制电路设计153.3 LED显示电路设计163.3.1 LED结构和参数163.3.2 LED器件的恒流驱动方式173.3.3 LED器件的脉冲驱动方式183.3.4 点阵式LED显示屏183.4 以单片机

13、为核心的动态扫描电路设计193.5 电源设计21第4章 系统软件设计234.1 单片机开发流程234.2 Keil uVision2软件的仿真调试234.2.1 Keil的介绍234.2.2 Keil uVision2软件的操作244.3 系统软件设计程序流程244.3.1 定时电路设计264.3.2 倒计时电路流程图设计284.3.3 按键电路流程图设计294.3.4 图形显示电路和字形显示电路流程图设计294.4工作原理分析30第5章 系统设计总结与展望325.1 总结325.2 系统主要特点335.3 展望33结论34致谢35参考文献36附录一 控制源程序清单37附录二 电路原理图43第

14、1章 绪论1.1 引言随着科学技术发展的日新月异、不断发展，自动化、智能化、功能多样化越来越成为电气控制的主流。尤其是计算机技术的迅猛发展，单片机系统逐渐应用在更加广泛的领域，“ 交通信号灯控制系统”就是在单片机的基础上开发出来的。我国经济的快速发展，车辆的增多，交通拥挤问题日益严重。在不断拓宽交通道路以及修建新的交通要道的同时，交通信号灯的用途变得更加明显。我们也应当适当地改善信号灯的功能，使其日益完善，满足现在交通的要求。在以往的交通信号灯中，东西南北方向的通行时间是固定的，不论路上的车辆是多是少。现在为了使交通更加流畅，更有秩序，我们可以在以往得基础上，加上按键，用以控制突发事件和交通拥

15、挤等。基于以上考虑，我们提出了这个课题要求，进行设计，并模拟和仿真。1.2 课题研究的背景 1.2.1 单片机的应用与发展单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有三十多年了，由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将

16、程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。120世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功

17、能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。目前单片机应用于各个领域，其应用于仪器仪表中显得更为优越。以单片机制成的电子时钟具有计时准确，功耗低的优点。从而得到了各界领域的广泛应用。单片机正处在微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速，强运算能力，寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片

18、机的发展推动了应用系统的发展，应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求，从而促进单片机的发展。单片机正向着功能更强，速度更快，功耗更低，辐射更小的方向发展。随着集成度的不断提高，把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条件。这也是单片机以后发展的重要趋势。除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，随着单片机档次的提高，以适应检测、控制功能更高的要求，片内集成的器件通常还有电源监控与复位电路、WDT、A/D转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相器、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。从单片机近年的发展趋势来看，单片机正朝着多层次用户、多品

19、种、多规格、高性能方向发展，现在许多公司根据市场的要求不失时机的研制并推出各种优秀的单片机。在实时控制系统、军工产品和一些高级家用电器等领域，需要高性能单片机，以满足其功能、速度、可靠性方面的特殊要求。这些单片机的高性能主要体现在CPU功能加强，内部资源增加，寻址范围增大。而简单的家用电器、智能玩具、仪表仪器、智能IC卡等对单片机功能要求不高。那些小型、低耗能、廉价的单片机就具有明显的优势和市场需求，它们也将是未来市场的重要角色，有着广阔的应用前景。151.2.2 LED技术的应用道路交通信号灯（以下简称信号灯）的光源几经变迁，从最初易发生爆炸的煤气灯发展到稳定、安全的白炽灯、卤钨灯，如今发光

20、二极管（LED）得到了广泛应用。白炽灯和卤钨灯光源信号灯的特点是发光稳定、均匀，但是存在能耗高、寿命低、易产生幻像信号显示、色片易褪色等缺陷。而高亮度、低能耗LED在信号灯上的应用，给信号灯产品带来革命性的变化。LED之所以能够在信号灯中得到广泛应用，是因为LED具有如下优点：1、单色光，具有发散角。LED发出的光是单色光，因而不需要用色片来产生红、黄、绿的信号颜色；LED发出的光具有方向性，并有一定的发散角，由此可以屏弃传统信号灯中使用的非球面反光镜。LED的这个特点解决了传统信号灯存在的幻像（俗称假显示）和色片褪色问题，提高了光效。2、冷光源，能耗低。LED是一种冷光源，其显著的特点之一就

21、是能耗低，这对灯具的应用而言是很有意义的。LED光源的信号灯单个发光单元的视在功率一般在12VA25VA之间，白炽灯泡光源的信号灯单个发光单元的功率一般在80W100W之间，低压卤钨灯泡光源的信号灯单个发光单元的视在功率一般在40VA60VA之间。由此可见LED光源在节能方面的优势是非常明显的。3、可靠性好，寿命长。信号灯的工作环境相对比较恶劣，严寒酷暑、日晒雨淋，因而对灯具的可靠性要求较高。一般信号灯用白炽灯泡的平均寿命是1 000h，低压卤钨灯泡的平均寿命是2 000h，由此而产生的维护费用很高。目前，我国LED信号灯使用时间最长的已超过5年，LED未有损坏。单管LED的理论寿命为100

22、000h，由此推断LED信号灯的实际使用寿命大于50 000h。4、存在的一些问题。国家标准GB148872003道路交通信号灯实施以来，在产品的应用和测试中发现，LED信号灯存在如下问题： （1）大多数LED生产企业缺乏降低或消除幻像信号的技术手段。（2）许多小企业没有光学设计能力，LED信号灯的光强发布不均匀。（3）LED驱动电路设计粗糙，功率因数偏低。（4）常年使用后，LED输出光强急剧下降。（5）部分企业使用低档的LED，使得信号灯的品质下降。（6）长时间使用后，信号灯的塑料壳体和塑料透光面老化，使得信号模糊、外壳防护等级下降。这几年LED的技术发展非常快，为LED信号灯技术的提高提供

23、了很好的基础。以目前的状况看，LED信号灯的发展有以下几方面的趋势：1、大功率LED的应用，优点是大幅减少LED的数量，需要解决的问题是散热和成本。2、LED信号灯的光强指标、电学指标和电磁兼容要求将逐步提高，LED信号灯的光学设计、电路设计将进一步优化，并成为信号灯设计的主流。3、随着节能、环保要求的提高，LED与太阳能结合的信号灯将普及，但需解决与交通信号控制机的配合问题。681.2.3 交通信号灯的发展信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和

24、行人安全有序地通行。交通信号灯的种类有:机动车道信号灯：人行横道信号灯、非机动车道信号灯、方向指示信号灯、移动式交通信号灯、太阳能闪光警告信号灯、收费站天棚信号灯。城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型：定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。道路交通信号灯（以下简称信号灯）的光源几经变迁，从最初易发生爆炸的煤气灯发展到稳定、安全的白炽灯、卤钨灯，如今发光二极管（LED）得到了广泛应用。白炽灯和卤钨灯光源信号灯的特点是发光稳定、均匀，但是存在能耗高、寿命低、易产生幻像信号显示、色片易褪色等缺陷。而高亮度、低能耗LED在信号灯上的应用，给

25、信号灯产品带来革命性的变化。 随之道路交通信号灯在我国的应用也有几十年了，作为重要的道路交通安全产品，道路交通信号灯为保障道路交通安全畅通、有序发挥了重要作用。近年来，新材料、新技术在道路交通领域不断得到应用， 发光二极管（LED）在道路交通领域的广泛应用更是有目共睹。LED主要应用在道路交通信号灯、交通诱导信息显示屏、可变交通标志、倒计时显示器和各种警告、警示灯具等交通安全产品上。1999年我国部分城市开始试用LED光源的道路交通信号灯，目前，国内许多大、中城市已大规模应用LED光源的道路交通信号灯。9111.3 课题研究的主要内容该控制器能实现城市“十字”路口正常情况下以及特殊情况和紧急情

26、况下交通信号灯的模拟控制。 1、在十字路口东西南北各设置红、黄、绿三种信号灯，正常情况下，东西(A线)、南北(B线)方向轮流放行。当东西方向(A线)放行、南北方向(B线)禁行时，东西方向(A线)绿灯亮25秒，然后黄灯亮5秒，南北方向(B线)红灯亮30秒；当南北方向(B线)放行、东西方向(A线)禁行时，南北方向(B线)绿灯亮25秒，然后黄灯闪烁5秒，东西方向(A线)红灯亮30秒。如此循环，实现交通灯定时控制，其示意图如图1.1所示。 北西东南图1.1 交通灯布置示意图2、特殊情况控制通行方式控制，用按键开关K1控制A道通行，B道禁行，K2控制B道通行，A道禁行，特殊情况控制通行放行； 3、有紧急

27、情况时用按键开关K0控制两道均为红灯,以便急救车通过，急救车的通行时间为10秒，急救车过后，交通灯恢复先前状态；4、两位LED数码管能够显示行人通行与等待的时间（以秒单位作减计数）；5、1616点阵式LED能够显示行人“禁止通行”与“允许通行”的图案。 1.4 课题研究的目的及意义交通信号灯，自从它被发明的那天起，就成为人们生活中必不可少的一种工具，尤其是现在这个讲究效率的年代，交通信号灯更是在人类交通、生活、生产、工作等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移，人们不仅对交通信号灯精度的要求越来越高，而且对交通信号灯功能的要求也越来越多，交通信号灯已不仅仅是一种用来指挥交通的工具，在很多实

28、际应用中它还要能够实现更多其它的功能。怎样让交通信号灯更好的为我们服务？怎样让交通信号灯更符合实际应用的需求？这就要求人们不断设计出新型交通信号灯，不断设计出适合实际应用的多功能交通信号灯。本毕业设计方案正是根据以上所述并结合日常生活中对交通信号灯功能需求的分析，运用单片机技术，结合LED显示器的框架下实现交通信号灯的显示，设计出的一个适合日常生活需要的交通信号灯。其研究的意义在于：1、为设计小型的单片机十字路口交通信号灯提供了有用的参考，为进一步的研究提供了有效的途径。2、拓展了单片机的应用范围，为单片机的应用提供了新的思路。3、对于研究单片机十字路口交通信号灯及扩大其应用，有着非常现实的意

29、义。4、通过本次毕业设计，能更进一步熟悉单片机编程和控制电路的设计原理，对提高大学生的科研能力、实践动手能力及丰富大学生课外生活具有重要意义。第2章 系统总体结构设计2.1 系统总体方案设计本次设计中采用AT89S51控制芯片，以单片机为控制核心，单片机从中读取数据送到显示器上显示，由定时电路、按键控制电路和显示电路（两位LED数码管显示倒记时，4组红、黄、绿发光二极管模拟交通信号灯和16*16点阵显式LED显示行人通行与禁止）等组成。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本设计的基本要求和扩展要求。系统方框图见图2.1。按键控制电路定时控制电路单片机倒计时

30、显示红、黄、绿信号灯显示16*16点阵式LED显示图2.1 交通信号灯硬件系统总体框图2.2 硬件系统中的芯片认识在硬件设计时首先需要确定使用什么类型的CPU和信号灯。CPU对系统的整体功能、开发难度和价格都起主导作用，所以在硬件开发中应该首先确定CPU，然后再依据实际需求设计周边电路。本设对CPU的性能要求不高，所以选择一款价格适中、功能一般的51系列单片机AT89S51。交通信号灯中，要求信号灯的穿透性要好，可控性强，能耗低，使用寿命长，因此，我们可以选择LED（发光二极管），七段数码管和16*16点阵式LED（16*16点阵式LED是由四块8*8点阵式LED组成）构成系统中的显示电路。对

31、于16*16点阵式LED,我们采用8255芯片外部扩展。此外，显示模块使用到了74HC164，74HC273等芯片，根据它们的物理结构及功能，组成了LED显示屏的显示部分。2.2.1 AT89S51芯片简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌

32、入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQF

33、P和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。1主要特性： 8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIAS

34、H编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外

35、部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4

36、 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端

37、口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PR

38、OG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据

39、存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.2 8255芯片简介8255可编程并行接口芯片简介:8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个

40、控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C口按位置位复位控制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明下表所示：D7D6D5D4D3D2D1D0D7：设定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式

41、1 1 方式2D4：A口功能 （1=输入，0=输出）D3：C口高4位功能 （1=输入，0=输出）D2：B口方式选择 （0=方式0，1=方式1）D1：B口功能 （1=输入，0=输出）D0：C口低4位功能 （1=输入，0=输出）8255可编程并行接口芯片工作方式说明:方式0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。方式2 ：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通

42、讯联络信号和中断请求信号。2.2.3 74LS164芯片简介74LS164是一个串入并出的8位移位寄存器，他常用于单片机系统中，下面结束一下这个元件的基本知识：串行输入带锁存 时钟输入,串行输入带缓冲 异步清除 最高时钟频率可高达36Mhz 功耗：10mW/bit 74系列工作温度： 0C to 70C Vcc最高电压：7V 输入最高电压：7V 最大输出驱动能力： 高电平：0.4mA 低电平：8mA图2.2 74LS164引脚图图2.3 74LS164逻辑符号2.2.4 74LS273芯片简介74LS273是8位数据/地址锁存器，他是一种带清除功能的8D触发器，管脚图功能表如下：1、1脚是复位

43、CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位。2、当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。图2.4 74LS273管脚图74LS273管脚功能：1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。

44、第3章 系统硬件电路设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方面很多，除了实现本设计基本功能以外，还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性；软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标。因此硬件设计至关重要。3.1 单片机控制系统设计单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。为了简化电路、降低成本、提高可靠性，本设计采用AT89S51作为主控制器，外加一些控制电路来实现时钟的基本功能。3.1.1 AT89S51最小系统的设计通常, 将完成单片机最基本功能, 没有外围器件及外设接口扩展的系统称之为单片机最小系统,

45、简称最小系统。根据系统设计要求，结合性能分析，设计的单片机最小系统如图3.1所示。图3.1 单片机最小系统AT89S51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端连接石英晶体及两个瓷片电容形成稳定的自激振荡器。在本次设计中电容均取22pF，石英晶体的振荡频率选12MHz。复位是单片机的初始化操作，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。复位电路则是实现这一功能的实际执行者, 它应该使高电平的复位信号持续两个机器周期以上。常用的复位电路有上电复位和手动复位两种，本设计中的复位电路集手动复位及上电复位于一体

46、： 1、上电复位是通过外部复位电路的22uF电容的充电来实现的，这样只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。 2、按键手动复位是通过使复位端经电阻与VCC接通而实现的。3.2 按键控制电路设计按键控制是交通信号灯控制的一个重要功能，通过按键能对模拟交通信号灯实行了人工控制，实现了人工与智能一体化。按键K0、 K1、 K2分别由AT89S51I/O口的P2.0、P2.1、P2.2控制，当P2口输出高电平时，信号灯点亮。按键与单片机的接口电路如图3.2所示。一共有3个键，都为接触式按键。K0、K1、K2键一端与单片机的P2.0、P2.1、P2.2口相连，另一端接地。图3.2

47、按键与单片机接口电路3.3 LED显示电路设计交通信号灯中，要求信号灯的穿透性要好，可控性强，能耗低，使用寿命长，因此，我们可以选择LED（发光二极管），七段数码管和16*16点阵式LED（16*16点阵式LED是由四块8*8点阵式LED组成）构成系统中的显示电路，此外，还用到了74LS164和74LS273两块译码芯片，如图3.3所示。图3.3 16*16点阵式LED显示电路3.3.1 LED结构和参数LED是一种注入式电致发光器件，它由P型和N型半导体组合而成。其结构如图3.4所示。图3.4 发光二极管结构示意图多个 LED可接成共阳极或共阴极形式，如下图3.5所示LED共阳极联接，通过驱动器接到系统的并行输出口上，由CPU输出适当的代码来点亮或熄灭相应的LED。图3.5 共阳极连接3.3.2 LED器件的恒流驱动方式由LED的特性可知，其PN施加正向电压时，流过的正向电流将使LED发光。且电流与光强基本