目 录

1绪论 ................................................................................................................ 1

1.1设计背景1.2设计要求1.3设计思路

2系统硬件设计

2.1 设计总框图

2.2 各模块功能

2.3 设计总电路图

3系统软件设计

3.1程序流程图3.1源程序4系统仿真与调试

4.1 电路仿真

4.2 系统调试

5总结

参考文献

致 谢 ............................................................................................................. 18

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1 绪论

1.1设计背景

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。

1.2设计要求

本系统采用8051系列单片机AT89C52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间显示的功能；P0口连接交通灯循环点亮，本系统操作简单、扩展功能强。

1.3设计思路

东西、南北两干道交于一个十字路口，各个路口有一个交通灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表1。

表1指示灯燃亮的方案

表1（1）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通 过，行人通行。时间为10秒。

（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。

（3）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为10秒。

（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。

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2系统硬件设计

2.1 设计总框图

设计总框图见图2.1：

AT89C52 系 统

时间显示

复位按钮

处 理

图2.1 设计总框图

交通灯

2.2 各模块功能

2.2.1 AT89C51单片机的信号引脚说明及其功能 （2）AT89C52的信号引脚和内部框图

AT89C52的引脚排列请参见图2.3。

图2.3 AT89C52引脚。

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AT89C51的内部结构框图如下：

① 信号引脚介绍

P0.0 ～ P0.7： P0口8位双向口线。

P1.0 ～ P1.7 ：P1口8位双向口线。

P2.0 ～ P2.7 ：P2口8位双向口线。

P3.0 ～ P3.7 ：P3口8位双向口线。

EA：访问程序存储控制信号。当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。

RST：复位信号。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2 ：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 ②P3口的第二功能

P3口的8条口线都定义有第二功能，详见表2.2。

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表2.2 P3口的第二功能

（2）分别介绍下P0、P1、P2、P3口 ① P0口

P0口的口线逻辑电路如图2.4所示。

写锁存器

图2.4 P0口某位结构

② P1口

P1口的口线逻辑电路见图2.5。

写锁存器

图2.5 P1口某位结构

③ P2口

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P2口的口线逻辑电路见图2.6。

写锁存器

图2.6 P2口某位结构图

④ P3口

P3口的口线逻辑电路见图2.7。

写锁存器

第二输入功能

图2.7 P3口某位结构

（3）时钟电路与复位电路

①时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各地信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。单片机的时钟电路，如图2.8所示。

图2.8 时钟振荡电路

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一般电容C1,C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2MHz～12 MHz 。晶体振荡频率高, 则系统的时钟频率也高, 单片机运行速度也就快。MCS-51在通常应用情况下，使用振荡频率为的6MHz或12MHz。 ②单片机的复位电路

单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引脚（9）加上持续二个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。单片机常见的复位电路如图2.9（a）（b）所示。

（a） 上电复位电路 （b） 按键复位电路

图2.9 单片机常见的复位电路

图2.9（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。

图2.9（b）为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按图2.9（b）中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。

（5）单片机能够运行的最基本配置是：

①配有为单片机提供时钟信号的振荡电路，如下图所示。 ②配有上电复位或按键复位电路。 ③要对E脚进行处理，选择外部或内部程序存储器。

④要为单片机提供一个稳定的、满足单片机工作电压的工作电源。

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2.2.2 交通灯电路的说明及其功能

交通灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见图5。每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红 ，绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的时间为10秒，，红时间为10秒，黄灯时间为5秒。

红黄绿

红黄绿

绿

黄红

绿黄红

绿黄红

红黄绿

绿黄红

红黄绿

绿黄红

绿黄红

绿黄红

绿黄红

绿黄红

红黄绿

红黄绿

图6 交通信号灯运行状态

红黄绿

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2.2.3两位数码显示管简介

（1）在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全满足系统的要求。

两位数码显示管引脚图如图2.10。

图2.10 两位数码显示管引脚图

（2）两位数码显示器功能介绍：

图中引脚1、2、分别为数码显示选择位，顺序从左至右，低电平有效。引脚A、

B、C、D、E、F、G表示的是七段字符，控制数码管显示，高电平有效。引脚DP表示的是小数点，高电平有效。

2.3 设计总电路图

总电路图如图2.11

图2.11 总电路图

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3系统软件设计

3.1程序流程图

3.1.1程序总流程图

图3.1 程序总流程图

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3.1.2 延时函数子程序流程图

3.1源程序

#include<reg52.h>

#define uchar unsigned char //定义为uchar类型

#define uint unsigned int //定义为uint类型

uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80, 0x90};//数码管显示0~9

bit t=1;

uchar time_Count; //进行计时

uchar ge,shi; //要显示的个位和十位

void delay(uchar z) //一个延时函数

{

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uchar a,b;

for(a=0;a<150;a++)

{

for(b=0;b<z;b++);

}

}

void Init_Timer() //定时器的初始化 {

TMOD=0x01;

TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; ET0=1;

TR0=1;

EA=1;

}

void Seg_Disp() //将个位十位分别显示在数码管上面 {

P2=0xfe;

P0=table[ge];

delay(1);

P2=0xfd;

P0=table[shi];

delay(1);

}

void main() //程序运行的主函数 {

SP=0x6f;

P0=0xff;

P2=0xff;

Init_Timer();

while(1)

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{

Seg_Disp(); if(time_Count==200) {

time_Count=0; ge++;

if(t)

{

if(ge==10)

{

ge=0;

shi++;

if(shi==1)

{

shi=0;

t=0; }

}

}

else

{

if(ge==6) {

ge=0;

t=1; }

}

}

}

}

void timer0() interrupt 1 using 1 {

TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; time_Count++;

}

//定时器0的操作计时12

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4 系统仿真与调试

4.1 电路仿真

PROTEUS嵌入式系统仿真软件在设计时已经注意到和单片机各种编译程序的整合了，如它可以和Keil ,Wave6000等编译模拟软件结合使用。具体步骤如下：

（1）首先运行PROTEUS VSM 的ISIS，选择Source→Define Code Generation Tool 菜单项。

在Tool下拉列表框中选择代码生成工具，在这一示例中，电路中的微处理器为8051系列单片机，因此选择ASEM51, 单击Browse按钮，选取Wave6000的安装路径。单击OK按钮，结束代码生成工具的定义。

选择Source→Add/Remove Source File 菜单项，将出现Add/Remove Source Code Files对话框。

在Code Generation Tool 选项区，单击下三角按钮，选择ASEM51工具。

（2） 单击New按钮。

电路图绘制完成后, 再添加AT89C51 的应用程序。将鼠标移至AT89C51 上, 单击鼠标右键使之处于选中状态, 在该器件上单击左键, 打开如图11所示的对话框。在 Program File 栏添加用C语言编写的程序文件 ,给AT89C52输入晶振频率，此处默认为12MHZ， 单击OK 按钮完成程序添加工作, 下面就可以进行系统仿真了。单击主界面下方的按钮开始系统仿真。PROTEUS VSM 所进行的是一种交互式仿真, 在仿真进行中可以对各控制按钮、开关等进行操作, 系统对输入的响应会被真实的反映出来。在这个例子里, 开始仿

真后，开关，按钮通过鼠标单击来改变状态，所改变状态的状态会在LED和数码管显示出来。由于篇幅所限, 以上仅举一例简单介绍了PROTEUS VSM 的使用, 但其强大的系统仿真功能已经得到体现, 用在单片机系统设计的教学方面, 能起到良好的教学效果。

其仿真结果如图下图所示

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图4.1.1 南北通行，东西禁止 图4.1.2 东西、南北都禁止通行

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图4.1.3 东西通行，南北禁止

4.2 系统调试

(1)接系统仿真图接线，为了连线方便，实验时，部分线路采用了代号来代替连线。

(2)进行运行，通过观察数码管的显示是否符合要求，如果不符合，则再调试。直至满足要求。

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5总结

经过这一段时间的辛勤工作，终于完成了自己的课程。在本次的课程中我主要完成了以下的工作：

（1）完成了系统硬件电路设计。单片机主控制电路设计。

（2）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了一些硬件电路以及软件编程方法。

（3）理解了最单片机的各部分组成及特性。

（4）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。

（5）学会了C语言进行加载的过程.更进一步加深了对PROTEUS软件的学习。

通过本次的课程设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的学习奠定了一定的基础。在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解，作者坚信，随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。

由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，模拟仿真证明了本设计的设计思想和设计方法是现实可行的。

由于作者水平有限，文中难免有不妥或错误之处，恳请各位老师、同学批评指正。

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参考文献

[1] 张迎新，等.单片机初级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[2] 王幸之，等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3] 何立民.单片机高级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[4] Atmel Corporation. Microcontroller Data Book.2004.

[5] 李维偍，郭强. 液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社，2000.

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致 谢

本本课题的工作是在许老师的亲切关怀和精心指导下完成的，在此对他的关心、指导和教诲表示衷心的感谢!

作者在此期间的工作自始至终都是在许老师全面、具体的指导下进行的，许老师在论文选题方面的远见卓识以及在完成课题和论文期间富有启发性的建议是本文工作得以顺利完成的根本保证。他高尚的品德、严谨的学风、一丝不苟的工作态度、孜孜不倦的工作精神和对科学真理的执著追求使我终生受益，这将为我今后的学习和工作打下坚实的基础。

感谢我的学友张静、邓海飞等人对我的关心和帮助。他们的关怀是我克服困难，勇往直前的巨大动力。

最后，感谢评阅老师评阅本论文，并提出宝贵意见!

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第二篇：一 交通灯定时控制系统

一  交通灯定时控制系统

   在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。

1、 设计任务及要求

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。

（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

选做扩展功能：

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

2、设计原理

（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：

TL ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则TL=0。

TY ：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST ：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。

                 图1 交通灯控制系统原理框图

（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图

一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：

                             表1

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；

AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。

由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：

图2交通灯控制系统的ASM图

   （3）单元电路的设计

①定时器

定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

②控制器

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：

                              表2

控制器的逻辑图自行设计。

③译码器

译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。译码器电路请自行设计。

               表3

3、设计内容与步骤

（1）在Multisim 工具软件中设计电路并进行仿真，仿真结果正确则进入下一步骤；

（2）安装、调试定时电路；

（3）安装、调试控制器电路；

（4）安装、调试译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能；

（5）安装、调试秒脉冲产生电路；

（6）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。

4、参考元器件

集成电路：74LS74  1片， 74LS00  2片，74LS153  2片，74LS163  2片，NE555  1片

电阻：52K  1只，200  6只

电容：10F  1只 ，  0.1F  1只

其他：发光二极管  6只

5、 设计报告要求

（1）设计目的。

（2）设计指标。

（3）总体框图设计，有目标、状态分析、模块组成，并配有分析和原理说明。

（4）功能模块设计，可以多个方案，包括单独测试的原理图，并有详细原理说明。

（5）总电路图设计，有原理说明。

（6）实验仪器、工具。

（7）使用元器件。

（8）总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。