東 北 林 業(yè) 大 學(xué)單 片 機 原 理 實 驗 課 程 設(shè) 計總 結(jié) 報 告設(shè) 計 項 目 ： 基于 51 單片機的交通燈的設(shè)計 項目完成人： 羅鵬、孫思楚 指 導(dǎo) 教 師 ： 趙 偉 教授 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 2009 級 3 班 2011 年 11 月 30 日綜合電子課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 羅鵬 學(xué)號 20094507 專業(yè)（班級） 電子信息三班學(xué)生姓名 孫思楚 學(xué)號 20094448 專業(yè)（班級） 電子信息三班設(shè)計項目 基于 AT89C51 單片機的電子交通燈的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容通過 8*8 點陣簡單實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎的交通指揮設(shè)計顯示年、月、日、星期、時、分、秒能夠通過鍵盤輸入日期和時間的初值通過功能鍵能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、查詢、上傳（串行通訊）功能通過功能鍵能夠?qū)崿F(xiàn)外中斷和定時中斷功能主要技術(shù)指標(biāo)和要求希望通過此次單片機課程設(shè)計提高我們單片機程序設(shè)計的能力，熟悉 51 單片機運行模式，最終完成我們所選的設(shè)計，更為以后的畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。設(shè)計所用儀器設(shè)備藍(lán)海微芯 單片機板 LJD-SY 5200PC 機工作計劃熟悉實驗設(shè)備、收集資料：2 天設(shè)計實驗：12 天編寫課程設(shè)計報告：4 天參考資料趙偉單片機原理及應(yīng)用教程 東北林業(yè)大學(xué)出版社指導(dǎo)教師簽字基于 AT89C51 單片機的電子交通燈的設(shè)計摘 要本 設(shè) 計 主 要 研 究 一 種 基 于 AT89C51 單 片 機 的 交 通 燈 的 設(shè) 計 方 案 。 交 通 的 出 現(xiàn) 有效 地 管 制 了 交 通 ， 為 人 們 的 出 行 提 供 了 便 捷 與 安 全 的 保 障 ， 為 道 路 提 供 了 交 通 運 輸 能力 ， 減 小 了 交 通 事 故 的 發(fā) 生 頻 率 。近 年 來 隨 著 科 技 的 飛 速 發(fā) 展 ， 單 片 機 的 應(yīng) 用 正 在 不 斷 深 入 ， 同 時 帶 動 傳 統(tǒng) 控 制 檢測 技 術(shù) 日 益 更 新 。 51 單 片 機 是 基 礎(chǔ) 入 門 的 一 個 單 片 機 ， 也 是 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 。8051 單 片 機 是 常 用 于 控 制 的 芯 片 ， 在 智 能 儀 器 儀 表 、 工 業(yè) 檢 測 控 制 、 機 電 一 體 化 等 方面 取 得 了 令 人 矚 目 的 成 果 ， 用 其 作 為 交 通 燈 控 制 系 統(tǒng) 的 實 例 也 很 多 。 使 用 8051 單 片機 能 夠 實 現(xiàn) 交 通 燈 變 化 的 自 動 控 制 ， 而 且 8051 單 片 機 易 于 學(xué) 習(xí) 、 掌 握 、 性 價 比 高 。本 系 統(tǒng) 采 用 單 片 機 AT89C51 為 中 心 器 件 來 設(shè) 計 交 通 燈 控 制 器 ， 系 統(tǒng) 實 用 性 強 、 操作 簡 單 、 擴 展 性 強 。 本 設(shè) 計 采 用 單 片 機 模 擬 十 字 路 口 交 通 燈 的 各 種 狀 態(tài) 顯 示 以 及 倒 計時 時 間 。 系 統(tǒng) 除 基 本 的 交 通 燈 功 能 外 ， 還 具 有 時 間 日 期 顯 示 、 存 儲 查 詢 、 定 時 器 、 中斷 顯 示 等 功 能 。 在 設(shè) 計 中 我 們 應(yīng) 用 LJD-SY-5200 單 片 機 實 驗 系 統(tǒng) 做 系 統(tǒng) 仿 真 。 LJD-SY-5200 實驗 系 統(tǒng) 具 有 豐 富 的 硬 件 資 源 。 本 設(shè) 計 采 用 AT89C51 單 片 機 控 制 可 編 程 芯 片 CH451 實現(xiàn) 交 通 燈 控 制 功 能 ， 并 實 現(xiàn) 鍵 盤 輸 入 、 斷 碼 顯 示 、 修 改 日 期 時 間 、 數(shù) 據(jù) 的 存 儲 與 查 詢 、定 時 器 中 斷 等 功 能 。關(guān)鍵詞：AT89C51；LJD-SY-5200 單片機芯片；交通燈 目 錄摘要1 緒論 .11.1 引言 .11.2 系統(tǒng)方案設(shè)計 .11.3 系統(tǒng)方案論證與實現(xiàn) .12 系統(tǒng)主要器件選型及依據(jù) .32.1 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片 CH451.32.2 DS1302 芯片簡介 .42.3 LED8*8 點陣 .52.4 74HC573 芯片簡介 .52.5 74HC138 芯片簡介 .62.6 AT24C02A 芯片簡介 .73 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .83.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計總框圖 .83.2 LED8*8 點陣交通燈界面 設(shè)計基礎(chǔ) .83.3 時間日期顯示設(shè)計基礎(chǔ) .83.4 數(shù)據(jù)存儲查詢設(shè)計基礎(chǔ) .93.5 鍵盤顯示模塊設(shè)計基礎(chǔ) .104 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .114.1 系統(tǒng)主流程圖 .114.2 LED8*8 點陣顯示交通燈功能模塊 .134.3 時間日期修改、顯示功能模塊 .144.4 數(shù)據(jù)記錄顯示功能模塊 .154.5 數(shù)據(jù)存儲顯示功能模塊 .165 結(jié)論 .17參考文獻(xiàn)附錄東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計1基于 AT89C51 單片機的電子交通燈的設(shè)計1 緒論1.1 引言單 片 機 是 一 種 集 成 在 電 路 芯 片 ， 是 采 用 超 大 規(guī) 模 集 成 電 路 技 術(shù) 把 具 有 數(shù) 據(jù) 處 理 能力 的 中 央 處 理 器 CPU 隨 機 存 儲 器 RAM、 只 讀 存 儲 器 ROM、 多 種 I/O 口 和 中 斷 系 統(tǒng) 、定 時 器 /計 時 器 等 功 能 ， 還 包 括 顯 示 驅(qū) 動 電 路 、 脈 寬 調(diào) 制 電 路 、 模 擬 多 路 轉(zhuǎn) 換 器 、A/D 轉(zhuǎn) 換 器 等 電 路 ， 集 成 到 一 塊 硅 片 上 構(gòu) 成 的 一 個 小 而 完 善 的 計 算 機 系 統(tǒng) 。目 前 單 片 機 滲 透 到 我 們 生 活 的 各 個 領(lǐng) 域 ， 幾 乎 很 難 找 到 哪 個 領(lǐng) 域 沒 有 單 片 機 的 蹤跡 。 導(dǎo) 彈 的 導(dǎo) 航 裝 置 ， 飛 機 上 各 種 儀 表 的 控 制 ， 計 算 機 的 網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 與 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ， 工 業(yè)自 動 化 過 程 的 實 時 控 制 和 數(shù) 據(jù) 處 理 ， 廣 泛 使 用 的 各 種 智 能 IC 卡 ， 民 用 豪 華 轎 車 的 安全 保 障 系 統(tǒng) ， 錄 像 機 、 攝 像 機 、 全 自 動 洗 衣 機 的 控 制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 電 子 寵 物 等以 及 自 動 控 制 領(lǐng) 域 的 機 器 人 、 智 能 儀 表 、 醫(yī) 療 器 械 和 各 種 智 能 機 械 。單 片 機 具 有 體 積 小 、 功 耗 低 、 控 制 功 能 強 、 擴 展 靈 活 、 微 型 化 和 使 用 方 便 等 優(yōu) 點 ，廣 泛 應(yīng) 用 于 儀 器 儀 表 中 ， 結(jié) 合 不 同 類 型 的 傳 感 器 ， 可 實 現(xiàn) 諸 如 電 壓 、 功 率 等 物 理 量 的測 量 。 采 用 單 片 機 控 制 使 得 儀 器 儀 表 數(shù) 字 化 、 智 能 化 、 微 型 化 ， 且 功 能 比 起 采 用 電 子或 數(shù) 字 電 路 更 加 強 大 。單 片 機 經(jīng) 過 1、 2、 3 代 的 發(fā) 展 ， 目 前 單 片 機 正 朝 著 高 性 能 和 多 品 種 方 向 發(fā) 展 ， 它們 的 CPU 功 能 在 增 強 ， 內(nèi) 部 資 源 在 增 多 ， 引 腳 的 多 功 能 化 ， 以 及 低 電 壓 底 功 耗 。信 號 燈 的 出 現(xiàn) ， 使 交 通 得 以 有 效 管 制 ， 對 于 疏 導(dǎo) 交 通 流 量 、 提 高 道 路 通 行 能 力 ，減 少 交 通 事 故 有 明 顯 效 果 。 1968 年 ， 聯(lián) 合 國 道 路 交 通 和 道 路 標(biāo) 志 信 號 協(xié) 定 對 各種 信 號 燈 的 含 義 作 了 規(guī) 定 。 綠 燈 是 通 行 信 號 ， 面 對 綠 燈 的 車 輛 可 以 直 行 ， 左 轉(zhuǎn) 彎 和 右轉(zhuǎn) 彎 ， 除 非 另 一 種 標(biāo) 志 禁 止 某 一 種 轉(zhuǎn) 向 。 左 右 轉(zhuǎn) 彎 車 輛 都 必 須 讓 合 法 地 正 在 路 口 內(nèi) 行駛 的 車 輛 和 過 人 行 橫 道 的 行 人 優(yōu) 先 通 行 。 紅 燈 是 禁 行 信 號 ， 面 對 紅 燈 的 車 輛 必 須 在 交叉 路 口 的 停 車 線 后 停 車 。 黃 燈 是 警 告 信 號 ， 面 對 黃 燈 的 車 輛 不 能 越 過 停 車 線 ， 但 車 輛已 十 分 接 近 停 車 線 而 不 能 安 全 停 車 時 可 以 進(jìn) 入 交 叉 路 口 。1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計利 用 控 制 芯 片 、 鍵 盤 顯 示 模 塊 、 時 鐘 電 路 、 存 儲 器 和 點 陣 等 分 別 實 現(xiàn) ：（ 1） 通 過 8*8 點 陣 簡 單 實 現(xiàn) 直 行 、 轉(zhuǎn) 彎 的 交 通 指 揮 設(shè) 計（ 2） 顯 示 年 、 月 、 日 、 星 期 、 時 、 分 、 秒（ 3） 能 夠 通 過 鍵 盤 輸 入 日 期 和 時 間 的 初 值（ 4） 通 過 功 能 鍵 實 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 儲 存 、 查 詢 、 上 傳 （ 串 行 通 訊 ） 功 能（ 5） 通 過 功 能 鍵 實 現(xiàn) 外 中 斷 和 定 時 中 斷 功 能系 統(tǒng) 初 始 化 后 ， 點 陣 上 顯 示 “電 ”“WHY NOT ?”。 通 過 功 能 鍵 能 實 現(xiàn) 日 期 和 時間 的 初 值 設(shè) 定 。 通 過 功 能 鍵 進(jìn) 入 交 通 燈 狀 態(tài) ， 在 點 陣 上 顯 示 “ 交 通 燈 ”、 “左 前 右 ”， 并 且 自 動 儲 存 。系統(tǒng)框圖如圖 1-1 所示東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計2圖 1-1 系統(tǒng)框圖1.3 系統(tǒng)方案論證與實現(xiàn)（1）方案論證： 倒 計 時 顯 示 模 塊方案 1：用液晶屏顯示交通燈的各方倒計時功能，LCD 液晶顯示器的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。顯示清晰，實現(xiàn)功能全。但是開發(fā)板 P0 口同時作用在點陣和液晶上，不能同時用，故該方案舍棄。方案二：使用 8 為數(shù)碼管作為交通燈倒計時，通過芯片 CH451，可實現(xiàn)當(dāng)前交通倒計時功能顯示，缺點是數(shù)碼管顯示數(shù)字，顯示不靈活多變，需嚴(yán)格控制交通界面的時間來實現(xiàn)此倒計時功能。綜上，LCD 液晶屏與點陣 IO 口沖突，會導(dǎo)致此設(shè)計出現(xiàn)故障。故選用方案二數(shù)碼管作為倒計時模塊。 交 通 狀 態(tài) 顯 示 模 塊方 案 一 ： 利 用 8*8 點 陣 顯 示 實 時 交 通 界 面 ， 可 利 用 幾 個 方 格 代 替 幾 個 方 向 ， 并 且 通 過點 陣 的 顏 色 控 制 ， 可 實 現(xiàn) “紅 ”“黃 ”“綠 ”三 種 顏 色 ， 與 現(xiàn) 實 交 通 燈 十 分 接 近 ， 也 一目 了 然 。 故 此 方 案 可 行 性 相 當(dāng) 之 高 。方 案 二 ： 使 用 LCD 液 晶 屏 作 為 交 通 狀 態(tài) 顯 示 ， LCD 液 晶 屏 顯 示 內(nèi) 容 豐 富 ， 多 樣 。但 是 它 不 能 實 現(xiàn) 多 種 顏 色 的 切 換 ， 單 調(diào) ， 而 且 也 不 明 顯 。 現(xiàn) 實 生 活 中 的 交 通 燈 采 用 點陣 ， 故 此 方 案 實 用 價 值 不 高 。綜 上 ， 故 選 用 方 案 一 點 陣 顯 示 當(dāng) 前 交 通 狀 態(tài) ， 更 形 象 ， 更 切 實 際 。（2）系統(tǒng)方案實現(xiàn)：系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，其中硬件主要由單片機芯片上 LED8*8 點陣、LCD 部分、鍵盤及 LED 部分、信息按鈕部分構(gòu)成。軟件部分是由 keil 編寫的一個匯編程序，然后利用單片機芯片上的串口將程序下載到單片機芯片板中進(jìn)行各部分功能的實現(xiàn)，具有良好的人機界面，便于使用。由于顯示年、月、日、星期、時、分、秒，能夠通過鍵盤輸入日期和時間的初值，通過功能鍵實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、查詢、上傳（串行通訊）功能，通過功能鍵實現(xiàn)外中斷和定時中斷功能，通過功能鍵實現(xiàn)交通燈左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行等功能。89C51ROM24C028*8 點陣時鐘電路 LCD 液晶屏8 段數(shù)碼管CH451鍵盤電 源 模 塊東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計32 系統(tǒng)主要器件選型及依據(jù)2.1 數(shù)碼管驅(qū)動及鍵盤控制芯片 CH451CH451 是 一 個 多 功 能 外 圍 芯 片 ， 通 過 可 以 級 聯(lián) 的 4 線 串 行 接 口 與 單 片 機 、DSP、 微 處 理 器 等 交 換 數(shù) 據(jù) 。 CH451 包 含 三 個 功 能 ： 數(shù) 碼 管 顯 示 驅(qū) 動 、 鍵 盤 掃 描 控 制 、 P 監(jiān) 控 ， 三 個 功 能 之 間 相 互 獨 立 ， 單 片 機 可 以 通 過 操 作 命 令 分 別 啟 用 、 關(guān) 閉 、 設(shè) 定CH451 的 任 何 一 個 功 能 。 CH451 的 串 行 接 口 是 由 硬 件 實 現(xiàn) 的 ， 單 片 機 可 以 頻 繁 地 通過 串 行 接 口 進(jìn) 行 高 速 操 作 ， 而 絕 不 會 降 低 CH451 的 工 作 效 率 。 圖 2-1 為 CH451 外圍 電 路 圖 。 表 2-1 為 按 鍵 鍵 值 表 。圖 2-1 CH451 外圍電路圖表 2-1 按鍵鍵值表（ 1） 顯 示 驅(qū) 動 內(nèi) 置 大 電 流 驅(qū) 動 級 ， 段 電 流 不 小 于 25mA， 字 電 流 不 小 于 150mA。 動 態(tài) 顯 示 掃 描 控 制 ， 直 接 驅(qū) 動 8 位 數(shù) 碼 管 或 者 64 位 發(fā) 光 管 LED。 可 選 數(shù) 碼 管 的 段 與 數(shù) 據(jù) 位 相 對 應(yīng) 的 不 譯 碼 方 式 或 者 BCD 譯 碼 方 式 。 數(shù) 碼 管 的 字 數(shù) 據(jù) 左 移 、 右 移 、 左 循 環(huán) 、 右 循 環(huán) 。 各 數(shù) 碼 管 數(shù) 字 獨 立 閃 爍 控 制 。東北林業(yè)大學(xué)課程設(shè)計4 通 過 占 空 比 設(shè) 定 提 供 16 級 亮 度 控 制 。 支 持 段 電 流 上 限 調(diào) 整 ， 可 以 省 去 所 有 限 流 電 阻 。 掃 描 極 限 控 制 ， 支 持 1 到 8 個 數(shù) 碼 管 ， 只 為 有 效 數(shù) 碼 管 分 配 掃 描 時 間 。（ 2） 鍵 盤 控 制 內(nèi) 置 64 鍵 鍵 盤 控 制 器 ， 基 于 88 矩 陣 鍵 盤 掃 描 。 內(nèi) 置 按 鍵 狀 態(tài) 輸 入 的 下 拉 電 阻 ， 內(nèi) 置 去 抖 動 電 路 。 鍵 盤 中 斷 ， 低 電 平 有 效 輸 出 。 提 供 按 鍵 釋 放 標(biāo) 志 位 ， 可 供 查 詢 按 鍵 按 下 與 釋 放 。（ 3） 外 部 接 口 高 速 的 4 線 串 行 接 口 ， 支 持 多 片 級 聯(lián) ， 時 鐘 速 度 從 0 到 10MHz。 串 行 接 口 中 的 DIN 和 DCLK 信 號 線 可 以 與 其 它 接 口 電 路 共 用 ， 節(jié) 約 引 腳 。 完 全 內(nèi) 置 時 鐘 振 蕩 電 路 ， 通 常 不 需 要 外 接 晶 體 或 者 阻 容 振 蕩 。 內(nèi) 置 上 電 復(fù) 位 和 看 門 狗 Watch-Dog， 提 供 高 電 平 有 效 和 低 電 平 有 效 復(fù) 位 輸 出 。2.2 DS1302 芯片簡介DS1302 包 括 時 鐘 /日 歷 寄 存 器 和 31 字 節(jié) （ 8 位 ） 的 數(shù) 據(jù) 暫 存 寄 存 器 ， 數(shù) 據(jù) 通 信 僅通 過 一 條 串 行 輸 入 輸 出 口 。 實 時 時 鐘 /日 歷 提 供 包 括 秒 、 分 、 時 、 日 期 、 月 份 和 年 份 信息 。 閏 年 可 自 行 調(diào) 整 ， 可 選 擇 12 小 時 制 和 24 小 時 制 ， 可 以 設(shè) 置 AM、 PM。 實 時 時鐘 具 有 能 計 算 2100 年 之 前 的 秒 、 分 、 時 、 日 期 、 月 份 、 年 、 星 期 的 能 力 ， 還 有 閏 年 調(diào)整 能 力 。（ 1） 控 制 指 令 圖 2-2 為 控制指令（ 8 位）圖 2-2 控制指令（ 8 位）每 個 字 節(jié) 的 傳 輸 是 有 控 制 字 節(jié) 指 定 的 ， 控 制 字 節(jié) 的 最 高 位 Bit7 必 須 是 1， 如果 是 0， 寫 入 將 被 禁 止 。 bit6 為 0則 指 定 對 時 鐘 /日 歷 寄 存 器 控 制 讀 寫 操 作 ， 為1則 為 RAM 區(qū) 數(shù) 據(jù) 的 控 制 讀 寫 操 作 ， bir1bit5 指 定 相 關(guān) 寄 存 器 待 進(jìn) 行 輸 入 輸 出 操作 ， 最 低 位 bit0 指 定 是 輸 入 還 是 輸 出 ， 為 0則 為 輸 入 ， 相 反 則 輸 入 有 效 ， 輸 入 輸出 根 據(jù) 脈 沖 的 上 升 沿 和 下 降 沿 串 行 進(jìn) 行 。（ 2） 寫 保