畢業(yè)設(shè)計論文用紙-3-四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計論文系別：電氣信息工程系姓名：學(xué)號：班級：指導(dǎo)老師：目錄摘要 -2-1交通燈的發(fā)展和單片機簡介 -4-1.1交通燈發(fā)展歷史 -4-1.2單片機簡介 -5-2設(shè)計內(nèi)容與要求 -9-2.1設(shè)計內(nèi)容與要求 -9-2.2設(shè)計的基本功能 -9-3.總體設(shè)計 -10-3.1整體規(guī)劃 -10-3.2路口示意圖 -10-4硬件系統(tǒng)的設(shè)計 -11-4.1硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹 -11-4.2電氣原理圖 -13-4.3元器件清單 -14-5軟件系統(tǒng)的設(shè)計 -15-5.1紅綠燈指示燈亮燈時間 -15-5.2程序流程框圖 -15-5.3程序清單 -15-6系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 -16-6.1硬件調(diào)試 -16-6.2軟件調(diào)試 -16-6.3下載調(diào)試 -18-7設(shè)計總結(jié)與體會 -20-8英文參考文獻與中文翻譯 -21-8.1英文參考文獻 -21-8.2文獻中文翻譯 -23-9致謝 -24-10參考文獻 -25-附錄 -26-附錄A系統(tǒng)電氣原理圖 -26-附錄B系統(tǒng)程序清單 -27-摘要 隨著全球城市化進程的加快，機動車的數(shù)量大增，各地的交通承受的壓力都很大，因而出現(xiàn)的問題也越來越多。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門噬待解決的主要問題。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。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，當(dāng)然僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。

本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機。系統(tǒng)硬件電路主要部分由復(fù)位電路，晶振電路，按鍵電路，數(shù)碼管倒計時顯示電路，發(fā)光二極管指示燈電路，以及電源電路等組成。本設(shè)計可根據(jù)實際車流量調(diào)整紅、黃、綠燈的燃亮?xí)r間，三種顏色燈交替點亮以及緊急情況下的中斷處理功能，以達到交通通暢，人車和諧有序通過的目的。軟件上編寫采用匯編語言，主要編寫了主程序，數(shù)碼管倒計時顯示程序，中斷程序和延時程序等。經(jīng)過整機調(diào)試，實現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬。 關(guān)鍵字：單片機，交通燈 AbstractWiththeworldwideacceleratingurbanizationandasignificantincreaseinthenumberofmotorvehicles,trafficvehiclesundertakeagreatpressureandatthesametimemoreandmoreproblemsemerge.Then,howtousetheappropriatecontrolmethodstomaximizetheuseofgoodurbanhighwayconstructioncostly,easethemainroadandrampandthecityandthesurroundingareastrafficcongestion,hasincreasinglybecomeaurgentproblemtoberesolvedbyatransportationmanagementandurbanplanningdepartment.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentoftechnology,singlechipmicrocomputerapplicationsaredeepeningthetraditionalcontrolwhiledrivingdetectiontechnologyisincreasinglyupdates.Inthereal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,ofcourse,onlythemicrocontrollerknowledgeisnotenough,shouldbecombinedaccordingtothespecifichardwareconfigurationofhardwareandsoftware,tobeperfect.ThesystemusesSTC89C52RCmicrocontroller.Themainpartofthesystemhardwarecircuitbytheresetcircuit,crystaloscillatorcircuit,thekeycircuits,digitalcountdowndisplaycircuit,LEDindicatorcircuit,andpowersupplycircuit.Thisdesigncanbeadjustedaccordingtoactualtrafficred,yellow,greenlightkindletime,threecolorlightsalternatelylightandinterrupthandlinginemergencysituations,inordertoachievesmoothtraffic,harmoniousandorderlypurposevehiclesthrough.Softwarewrittenusingassemblylanguage,andwroteamainprogram,thedigitalcountdowndisplayprogram,theinterruptroutineanddelayprocedures.Aftercommissioningthemachinetoachieveasimulationoftrafficlightsonthecrossroads. Keywords:singlechipmicrocomputer,trafficlights1交通燈的發(fā)展和單片機簡介1.1交通燈發(fā)展歷史19世紀(jì)初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時英國機械師德·哈特設(shè)計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國”的抱負(fù)到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。中國最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。交通指揮燈是非裔美國人加萊特-摩根在1923年發(fā)明的。此前，鐵路交通已經(jīng)使用自動轉(zhuǎn)換的燈光信號有一段時間了。但是由于火車是按固定的時刻表以單列方式運行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號只有一種命令：通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責(zé)在很大程度上是要告訴汽車司機把車輛停下來。開車的人誰也不愿意看到停車信號。美國夏威夷大學(xué)心理學(xué)家詹姆斯指出，人有一種將剎車和油門與自尊相互聯(lián)系的傾向。他說：駕車者看到黃燈亮?xí)r，心里便暗暗作好加速的準(zhǔn)備。如果此時紅燈亮了，馬上就會產(chǎn)生一種失望的感覺。他把交叉路口稱作“心理動力區(qū)”。如果他的理論成立的話，這個區(qū)域在佛羅伊德心理學(xué)理論中應(yīng)該是屬于超我而非本能的范疇。新式的紅綠燈能將闖紅燈的人拍照下來。犯事的司機不久就會收到罰款單。有的紅綠燈還具備監(jiān)測車輛行駛速度的功能。最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國倫敦。那時的交通燈只有紅、綠兩色，經(jīng)改良后，再增加一盞黃色的燈，紅燈表示停止，黃燈表示準(zhǔn)備，綠燈則表示通行。1.2單片機簡介 1、STC89C52RC單片機介紹STC89C52RC單片機是STC公司推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。2、主要特性1）增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2）工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）。3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz。4）用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)。5）片上集成512字節(jié)RAM。6）通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RXD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8）具有EEPROM功能。9）具有看門狗功能。10）共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2。11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒12）通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。13）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）。14）PDIP封裝。 3、STC89C52RC單片機的工作模式1）掉電模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序；2）空閑模式：典型功耗2mA；3）正常工作模式：典型功耗4mA～7mA；4）掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備；圖1.2STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明：VCC（40號引腳）：電源電壓VSS（20號引腳）：接地 P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在FlashROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。 P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（II此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體見表1：在對FlashROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。表1.2-1P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（II在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX@DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX@R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（II在對FlashROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表2所示：表1.2-2P3口引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0P3.3INT1P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲P3.7RDRST（9號引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復(fù)位初始化操作。看門狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG（30號引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（P在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標(biāo)志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN（29號引腳）：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSENEA/VPP（31號引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EXTAL1（19號引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18號引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。2設(shè)計內(nèi)容與要求2.1設(shè)計內(nèi)容與要求1、課題概述本課題采用單片機設(shè)計一個交通燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的基本功能，通過案件調(diào)整主次干道的通行時間。通過這個具體控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握微機控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術(shù)手段，積累設(shè)計經(jīng)驗，開拓空間，全面提高個人的綜合能力。2、設(shè)計內(nèi)容與要求1）繪制交通燈控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，確定設(shè)計方案。1）了解電路所需芯片的功能、參數(shù)和工作原理。3）采用protel完成交通燈控制系統(tǒng)的原理圖繪制。4）采用匯編語言完成軟件設(shè)計。5）采用軟件完成編譯、仿真、下載。6)完成交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案。7）調(diào)試并實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的功能。2.2設(shè)計的基本功能1）南北方向車道和東西方向車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，東西和南北干道通行時間都設(shè)置為15S，時間可設(shè)置修改。2）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；3）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。4）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管進行倒計時顯示。5）有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈，緊急車由K0按鈕模擬。3.總體設(shè)計3.1整體規(guī)劃本次設(shè)計根據(jù)交通信號燈的變化規(guī)律，設(shè)計一個完整的交通燈智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由單片機、按鍵電路、驅(qū)動電路、復(fù)位電路、電源電路等構(gòu)成。單片機是集成的IC芯片，只需根據(jù)實際設(shè)計要求選型。其他部分都需要根據(jù)應(yīng)用要求和性能指標(biāo)自行設(shè)計。本次設(shè)計的交通燈應(yīng)具有硬件調(diào)時功能與應(yīng)對緊急情況的能力。北3.2路口示意圖北R1Y1G1 R1Y1G1G2 G2Y2R2東 Y2R2東R2Y2 R2Y2G2R11G1111112112111112Y1 G2R11G1111112112111112Y1圖3.2-1路口示意圖 R代表紅燈；Y代表黃燈；G代表綠燈 本次設(shè)計分東西干道和南北干道，分別以R1、Y1、G1模擬南北干道的紅、黃、綠燈，R2、Y2、G2模擬東西干道的紅、黃、綠燈；首先南北干道路通車，也就是綠燈G1亮15S，同時東西干道紅燈R2亮20S，當(dāng)南北干道的綠燈熄滅時，讓該方向的黃燈Y1點亮5S，并且每秒閃爍一次；當(dāng)南北黃燈Y1停止閃爍，切換成東西綠燈G2點亮15S，并且同時點亮南北紅燈R1點亮20S，當(dāng)東西干道的綠燈熄滅時，讓該方向的黃燈Y2點亮5S，并且也要求每秒閃爍一次，當(dāng)東西方向通行倒計時完畢再次切換到南北方向通行；若有緊急車輛通過時，系統(tǒng)會有外部信號傳入，此時R1、R2均為兩燈狀態(tài)，直至接到新的信號再轉(zhuǎn)入下一輪循環(huán)，如圖1。4硬件系統(tǒng)的設(shè)計4.1硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹硬件結(jié)構(gòu)說明：采用STC89C52RC單片機作為主控制芯片，用6只發(fā)光的二極管模擬交通信號燈，以STC89C52RC單片機的P1口控制這6只發(fā)光二極管，由于單片機的帶負(fù)載能力有限，因此在P1口與發(fā)光二極管之間用驅(qū)動器做為LED的驅(qū)動和信號邏輯轉(zhuǎn)換芯片。通過USB接口給系統(tǒng)供電，P1口輸出低電平時，信號燈亮，輸出高電平時，信號燈滅。在正常情況下和交通繁忙時,A、B兩車道的12只信號燈的控制狀態(tài)有3種形式。以按鍵K0模擬緊急車輛通過開關(guān)，當(dāng)K0為高電平時為正常情況，K0為低電平時為緊急車輛通過時的情況，直接將K0信號接至（P3.2）腳即可實現(xiàn)外部中斷0中斷。并且設(shè)計有緊急優(yōu)先控制功能，該功能主要是便利交通管理緊急處理。因此，在交通信號燈正常控制的基礎(chǔ)上，增加了允許緊急優(yōu)先處理功能，諸如消防、急救等情況出現(xiàn)時，東西、南北方向的紅燈均變亮，持續(xù)20s，以便緊急處理。在緊急情況處理完后，交通信號燈又能夠恢復(fù)到先前的工作狀態(tài)。這里采用了中斷技術(shù)，利用按鈕K0來模擬，并且在程序中把外部中斷0設(shè)為高優(yōu)先級中斷，這樣使系統(tǒng)更可靠地接受緊急信號，在模擬時K0為手動控制。電源電路電源電路上電復(fù)位電路STC上電復(fù)位電路STC89C52RC交通信號燈（LED燈）晶振晶振電路數(shù)碼管顯示倒計時數(shù)碼管顯示倒計時按鍵電路驅(qū)動電路按鍵電路驅(qū)動電路圖4.1-1硬件系統(tǒng)的主要模塊1、上電復(fù)位電路：單片機復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復(fù)位后PC=0000H使單片機從第一個單元取指令。在實際應(yīng)用中，無論是在單片機剛開始接上電源時，還是在斷電或者發(fā)生故障以后都要復(fù)位。所以必須弄清楚MCS-51系列單片機的復(fù)位條件，復(fù)位電路的復(fù)位后狀態(tài)，單片機的復(fù)位條件是在RST/UPD或RST端子上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平，如果時鐘頻率為12MHZ每個機器周期為1us，則只要2us以上的高電平時間就能復(fù)位。當(dāng)MCS-51系列單片機的復(fù)位端子RST兩個機器周期以上的高電平時，單片機執(zhí)行復(fù)位操作，完成對CPU的初始化處理，復(fù)位操作是整個應(yīng)用系統(tǒng)運行前必須進行的一個環(huán)節(jié)。但是如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，無法執(zhí)行用戶的控制程序。單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動/自動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。在本次設(shè)計采用按鈕手動復(fù)位電路設(shè)計，如圖4.1-2所示。圖4.1-2復(fù)位電路 2、晶振電路：時鐘電路是單片機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，CPU就是通過復(fù)雜的時序電路完成不同指令功能的。本次設(shè)計中取晶振的頻率f=12MHz。具體電路圖如圖4.1-3所示。圖4.1-3晶振電路3、顯示電路：顯示電路是交通信號燈控制系統(tǒng)中的重要部分，用于顯示紅綠燈的倒計時。具體電路圖如圖4.1-4所示。圖4.1-4顯示電路4.2電氣原理圖 見附錄A4.3元器件清單表4.3元器件清單名稱數(shù)量參數(shù)單片機1個STC89C52RC共陰數(shù)碼管2個4位一體底座3個晶振1個12MHz發(fā)光二極管9個單排插1個40PIN按鍵2個排阻2個10K下載口座子1個九芯六腳按鍵開關(guān)1個USB電源線加接口1個電阻1個200Ω電阻1個4.7K電阻3個1K電阻24個470Ω電解電容1個22μf瓷片電容2個33p短路帽3個PCB板子1塊電源白色插座1個杜邦線1個銅柱（帶螺母）4個5軟件系統(tǒng)的設(shè)計5.1紅綠燈指示燈亮燈時間表5.1指示燈亮燈時間紅燈綠燈黃燈東西車道20S15S5S綠燈黃燈紅燈南北車道15S5S20S5.2程序流程框圖開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化緊急情況中斷入口東西紅燈20S，南北綠燈15S，南北黃燈閃5S緊急情況中斷入口東西紅燈20S，南北綠燈15S，南北黃燈閃5S數(shù)碼管顯示東西紅燈，南北紅燈數(shù)碼管顯示東西紅燈，南北紅燈南北紅燈20S，東西綠燈15S，東西黃燈閃5S南北紅燈20S，東西綠燈15S，東西黃燈閃5S數(shù)碼管顯示中斷返回數(shù)碼管顯示中斷返回返回返回圖5.2-15.3程序清單 見附錄B6系統(tǒng)軟硬件調(diào)試6.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試的目的是利用基本的測試儀器（如：電壓表、電流表、示波器等），來檢查確定設(shè)計的系統(tǒng)硬件中是否存在故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步。1、靜態(tài)調(diào)試是在設(shè)計系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測方法。第一步：目測；檢查外部的各種元件是否有損壞以及是電路是否有斷點。第二步：利用萬用表進行測試；先用萬用表檢查目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測；給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值。第四步：是聯(lián)機檢查；因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。2、動態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查方法。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試就算完成了。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就可以定位故障元件了。6.2軟件調(diào)試1、Keil軟件基本知識Keil軟件是美國KeilSoftware公司開發(fā)出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)的系統(tǒng)，匯編語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。2、軟件的調(diào)試軟件調(diào)試方法與選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計有關(guān)。如果采用模塊程序設(shè)計，則逐個模塊調(diào)試好后再進行程序總調(diào)試。對于模塊化結(jié)構(gòu)程序。要一個一個子程序的分別調(diào)試。調(diào)試子程序時,一定要符合入口條件和出口條件，調(diào)試手段可用單步運行和斷點運行方式，通過檢查系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場情況、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。通過檢查，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)、機器碼和轉(zhuǎn)移地址等錯誤。同時,還可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中存在的硬件故障、軟件算法和硬件設(shè)計錯誤，在調(diào)試過程中不斷調(diào)整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，完成每個程序模塊的調(diào)試。每個程序模塊調(diào)試通過后，可以把相關(guān)功能塊連在一起進行總調(diào)試。這個階段若有故障，可以考慮各個子程序運行時是否破壞了現(xiàn)場，緩沖單元、工作寄存器是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除是否有誤，堆棧區(qū)是否有溢出，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常等，若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)機的監(jiān)控程序下運行時,還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。單步運行只能驗證程序正確與否，而不能確定定時精度、CPU的實時響應(yīng)等問題，所以單步和斷點調(diào)試后,還應(yīng)進行連續(xù)調(diào)試。除了觀察穩(wěn)定性之外，還要觀察用戶系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計要求，以及安排的用戶操作是否合理等，必要時還要做適當(dāng)修正。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是指讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上實際運行，進行軟、硬件聯(lián)合調(diào)試，從中發(fā)現(xiàn)硬件故障或軟、硬件設(shè)計錯誤。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時，首先采用單步、斷點、連續(xù)運行方式調(diào)試與硬件相關(guān)的各程序段既可以檢驗這些用戶程序段的正確性，又可以在各功能獨立的情況下檢驗軟、硬件的配合情況。然后，將軟、硬件按系統(tǒng)工作要求進行綜合運行，采用全速斷點、連續(xù)運行方式進行總調(diào)試，以解決在系統(tǒng)總體運行的情況下軟、硬件的協(xié)調(diào)與提高系統(tǒng)動態(tài)性能。在具體操作中，用戶系統(tǒng)在開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下，先借用仿真器、存儲器等資源進行工作。若發(fā)現(xiàn)問題，按上述方法準(zhǔn)確定位錯誤，分析錯誤原因，找出解決方法。6.3下載調(diào)試1、軟件編寫完成之后，首先保存，然后點擊編譯確定是否有語法錯誤等，如有錯誤先更正錯誤；2、點擊工具欄上的第五個“目標(biāo)選項”工具，如圖所示，在彈出的“目標(biāo)‘Target1’屬性”窗口中勾選“E生成HEX文件”，如圖6.3-1所示，點擊確定并重新編譯，這時會生成一個后綴為.HEX的文件。圖6.3-13、打開STC-ISP姚永元測試軟件，如圖6.3-2所示，在步驟1里選擇本次設(shè)計所用的單片機STC89C52RC，步驟2選擇OpenFile選擇剛才編譯文件保存的文件夾里的.HEX文件，將USB串口下載線連接在電腦上并安裝串口驅(qū)動程序，此時可以在系統(tǒng)的設(shè)備管理器里更改COM端，改為連接上的端口，并將波特率改為11520。先點擊下載在打開單片機開發(fā)板上的電源按鍵，此時就可以正常將程序下載到單片機中，進行程序調(diào)試檢查。圖6.3-2 4、程序下載到單片機后，觀察發(fā)光二極管的點亮情況，并記錄。7設(shè)計總結(jié)與體會經(jīng)過五周的畢業(yè)綜合實踐，本人得到了畢業(yè)前的最后一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能和解決問題的鍛煉。讓本人又重新學(xué)習(xí)了一遍單片機的基本原理，并且學(xué)習(xí)了以前學(xué)習(xí)單片機時沒有涉及的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。通過此次的畢業(yè)設(shè)計，我也收獲了很多知識。當(dāng)然，在這次的畢業(yè)設(shè)計過程中，也出現(xiàn)過一些小問題，但是基本上都是小問題，比如：在使用Protel的過程中，不知道某些元件怎么畫，但是通過翻看書籍和同組的同學(xué)討論，這些問題都得到了解決。 在這次的學(xué)習(xí)過程中，讓本人把以前學(xué)過的單片機，Protel等相關(guān)知識作了進一步的鞏固，對這些知識也有了更深層次的理解。本次畢業(yè)設(shè)計使用的是STC89C522RC單片機作為核心的控制元件，因此電路的可靠性較高，功能也較多。在這次設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，本人制定的紅綠燈規(guī)則不夠嚴(yán)謹(jǐn)，不能完全應(yīng)對復(fù)雜多變的交通狀況，以及系統(tǒng)的效率不高等。因此這還需要大家努力去進一步的完善。8英文參考文獻與中文翻譯8.1英文參考文獻Amicrocontrollerisasinglechipmicrocomputer.Itisatypeofmicroprocessoremphasizingself-sufficiencyandcost-effectiveness,incontrasttoageneral-purposemicroprocessor.Themajorityofcomputersystemsinusetodayareembeddedinothermachinery,suchastelephones,clocks,appliances,vehicles,andinfrastructure.Anembeddedsystemusuallyhasminimalrequirementsformemoryandprogramlengthandmayrequiresimplebutunusualinput/outputsystems.Forexample,mostembeddedsystemslackkeyboards,screens,disks,printers,orotherrecognizableI/Odevicesofapersonalcomputer.Theymaycontrolelectricmotors,relaysorvoltages,andreadswitches,variableresistorsorotherelectronicdevices.Often,theonlyI/Odevicereadablebyahumanisasinglelight-emittingdiode,andseverecostorpowerconstraintscaneveneliminatethat.Incontrasttogeneral-purposeCPUs,microcontrollersdonothaveanaddressbusoradatabus,becausetheyintegratealltheRAMandnon-volatilememoryonthesamechipastheCPU.Becausetheyneedfewerpins,thechipcanbeplacedinamuchsmaller,cheaperpackage.Integratingthememoryandotherperipheralsonasinglechipandtestingthemasaunitincreasesthecostofthatchip,butoftenresultsindecreasednetcostoftheembeddedsystemasawhole.(EvenifthecostofaCPUthathasintegratedperipheralsisslightlymorethanthecostofaCPU+externalperipherals,havingfewerchipstypicallyallowsasmallerandcheapercircuitboard,andreducesthelaborrequiredtoassembleandtestthecircuitboard).Thistrendleadstodesign.Amicrocontrollerisasingleintegratedcircuit,commonlywiththefollowingfeatures:centralprocessingunit-rangingfromsmallandsimple4-bitprocessorstosophisticated32-or64-bitprocessorsinput/outputinterfacessuchasserialports(UARTs)otherserialcommunicationsinterfaceslikeI2C,SerialPeripheralInterfaceandControllerAreaNetworkforsysteminterconnectperipheralssuchastimersandwatchdogRAMfordatastorageROM,EPROM,EEPROMorFlashmemoryforprogramstorageclockgenerator-oftenanoscillatorforaquartztimingcrystal,resonatororRCcircuitmanyincludeanalog-to-digitalconverters.ThisintegrationdrasticallyreducesthenumberofchipsandtheamountofwiringandPCBspacethatwouldbeneededtoproduceequivalentsystemsusingseparatechipsandhaveprovedtobehighlypopularinembeddedsystemssincetheirintroductioninthe1970s.SomemicrocontrollerscanaffordtouseaHarvardarchitecture:separatememorybusesforinstructionsanddata,allowingaccessestotakeplaceconcurrently.Thedecisionofwhichperipheraltointegrateisoftendifficult.TheMicrocontrollervendorsoftentradeoperatingfrequenciesandsystemdesignflexibilityagainsttime-to-marketrequirementsfromtheircustomersandoveralllowersystemcost.Manufacturershavetobalancetheneedtominimizethechipsizeagainstadditionalfunctionality.Microcontrollerarchitecturesareavailablefrommanydifferentvendorsinsomanyvarietiesthateachinstructionsetarchitecturecouldrightlybelongtoacategoryoftheirown.8.2文獻中文翻譯單片機即單片微型計算機，是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。與應(yīng)用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為范圍更廣的微控制器，但是目前在中國大陸仍多沿用“單片機”的稱呼。絕大多數(shù)現(xiàn)在的單片機都是基于馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)清楚地定義了嵌入式系統(tǒng)所必需的四個基本部分：一個中央處理器核心，程序存儲器（只讀存儲器或者閃存）、數(shù)據(jù)存儲器（隨機存儲器），一個或者更多的定時/計時器，還有用來與外圍設(shè)備以及擴展資源進行通信的輸入/輸出端口——所有這些都被集成在單個集成電路芯片上。說單片機與通用型中央處理單元芯片不同是因為前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作計算機。這樣就可以很容易的把單片機系統(tǒng)植入裝置內(nèi)部來控制裝置了。近年來為了在指令和數(shù)據(jù)上使用不同的字寬，并提高處理器流水線速度，哈佛結(jié)構(gòu)在微控制器和DSP也逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的微處理器是不允許這么做的。它要完成單片機的工作，就必須連接一些其他芯片。比如說，因為片上沒有數(shù)據(jù)存儲器，就必須要添加一些RAM的存儲芯片，雖然所添加存儲器的容量很靈活，但是至少還是要添加，另外還需要添加很多連線來傳遞芯片之間的數(shù)據(jù)。比如，一個典型的微控制器只需要一個時鐘發(fā)生器和很少的RAM和ROM(或者EPROM,E2PROM)就可以在軟件和晶振下工作了。同時，微控制器具有豐富的輸入輸出設(shè)備，像是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)，定時器，串口或者其他串行通訊接口(比如I2C，串行外圍接口(SPI),控制器局域網(wǎng))。通常，這些繼承在內(nèi)部的設(shè)備可以通過特殊的指令來操作。9致謝本次論文設(shè)計過程中，感謝學(xué)校，給了本人學(xué)習(xí)的機會，在學(xué)習(xí)中，感謝李晶老師從選題指導(dǎo)、論文框架到細節(jié)修改，都給予了細致的指導(dǎo)，提出了很多寶貴的意見與建議，以及這三年來四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣信息工程系的老師對本人的專業(yè)思維及專業(yè)技能的培養(yǎng)，在學(xué)業(yè)上的細心指導(dǎo)為本人日后的工作和學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。感謝這三年來朋友們以及電氣二班的四十位同學(xué)對本人的學(xué)習(xí)，生活的幫助和關(guān)心。三年來的真心相待，和睦共處，不是兄弟勝是兄弟！正是一路上有你們的陪伴，本人的求學(xué)生涯才不會感到孤獨。如今馬上就要各奔前程了，希望兄弟姐妹們有好的前途，失敗不要灰心，你的背后還有電氣自動化二班這個大家庭和四十個兄弟姐妹！最后感謝父母，你們生我養(yǎng)我，縱有三世也無法回報，如今要出去工作了，在此，本人在心里默默的祝福你們平安，健康長壽，不會讓你們失望的，也會好好工作回報社會的。最后，感謝百忙之中抽時間對本文進行審閱的各位老師，祝你們健康，工作順利，生活幸福。10參考文獻[1]樊明龍、任麗靜主編《單片機原理與應(yīng)用》化學(xué)工業(yè)出版社[2]郭勇、董志剛編著《Protel99SE印制電路板設(shè)計教程》[3]馬忠梅等《單片機的匯編語言語言應(yīng)用程序設(shè)計》北京航空航天大學(xué)出版社[4]徐惠民、安德寧《單片微型計算機原理接口與應(yīng)用》第1版，北京郵電大學(xué)出版社[5]徐煜明編著《C51單片機及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》電子工業(yè)出版社[6]許泳龍等《單片機原理及應(yīng)用》機械工業(yè)出版社附錄附錄A系統(tǒng)電氣原理圖

附錄B系統(tǒng)程序清單;H_REDBITP1.0（東西）;H_YELLOWBITP1.1;H_GREENBITP1.2;L_REDBITP1.3（南北）;L_YELLOWBITP1.4;L_GREENBITP1.5 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP IINT0 ORG 0013H LJMP IINT1 ORG 0030HSTART: MOV SP,#6FH ;系統(tǒng)初始化 MOV 61H,#20H MOV 60H,61HLIGHT: SETB EA SETB EX0 SETB EX1 CLR IT1 CLR IT0 MOV P1,#15 ;東西紅，南北綠，計時時間為15s MOV 60H,61HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD ACALL DIK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05H,A1 MOV P1,#5 ;東西紅，南北黃燈閃爍5s MOV R2,#5A3: MOV R1,#50A4: ACALL BCD ACALL DIK DJNZ R1,A4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A3 MOV P1,#20;東西綠，南北紅，計時時間20s MOV 60H,61HA5: MOV R1,#50A6: ACALL BCD ACALL DIK DJNZ R1,A6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05H,A5 MOV P1,#5;南北紅，東西黃燈閃爍5s MOV R2,#5A7: MOV R1,#50A8: ACALL BCD ACALL DIK DJNZ R1,A8 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A7 LJMP LIGHT ;連續(xù)運行;返回部分DIK: MOV DPTR,#TAB