交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題題 目目 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 院院 （系）（系） 電子與信息技術(shù)系電子與信息技術(shù)系 專專 業(yè)業(yè) 年年 級級 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號號 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 年年 月月 摘摘 要要 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，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。 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么 來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號

2、燈控制方式 很多。小型單片機交通控制系統(tǒng)是目前交通管制中應(yīng)用的較為先進的控制系統(tǒng)。實 現(xiàn)的方法是，首先對控制對象十字路口的車輛通行情況給定最優(yōu)化方案，然后用單 片機加數(shù)字電路來實現(xiàn)。本設(shè)計主要采用 at89c51 系列單片機通過 i/o 端口來控制 紅綠燈和數(shù)碼管時間顯示，以此來達到控制交通的目的。 在正常情況下,該系統(tǒng)實現(xiàn)交通燈定時控制.根據(jù)定時時間進行東西和南北方向的 切換.交通燈在紅、綠燈交替點亮中,用兩個數(shù)碼管顯示點亮的燈還能持續(xù)的時間. 使 led 顯示器進行倒計時工作并與狀態(tài)燈保持同步,可在保證交通安全的前提下最大 限度的提高交通效率. 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：交通控制; 單片機; led

3、目目 錄錄 緒 論.4 1.交通紅綠燈的發(fā)展歷史.4 2.道路交通控制的必要性.4 1 交通信號燈的設(shè)計要求及實現(xiàn)方案.6 1.1 交通信號燈的設(shè)計要求.6 1.2 交通信號燈的實現(xiàn)方案.7 2 系統(tǒng)分析 .8 2.1 系統(tǒng)工作原理.8 2.2 系統(tǒng)控制信號分析.8 3 系統(tǒng)設(shè)計 .9 3.1 硬件電路設(shè)計.9 3.2 元件介紹.10 3.2.1 at89c51 芯片介紹.10 3.2.2 74ls244 芯片介紹.12 3.2.3 74ls240 芯片介紹.13 3.2.4 cd4511 芯片介紹.14 3.3 單元電路設(shè)計.16 3.3.1 復(fù)位電路.16 3.3.2 晶振電路.17 3.

4、3.3 led 紅綠燈顯示電路.18 3.3.4 七段數(shù)碼管時間顯示電路.19 3.3.5 電源電路.20 3.4 整機電路原理圖分析.22 3.5 軟件設(shè)計.23 3.5.1 軟件控制流程圖.23 3.5.2 功能實現(xiàn).27 結(jié)論.28 緒緒 論論 1.1.交通紅綠燈的發(fā)展歷史交通紅綠燈的發(fā)展歷史 交通指揮信號已有 100 多年的歷史了。它經(jīng)歷了從人工到自動，從點到線，從 線到面的控制過程。 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日 趨嚴重，如何對交通進行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國很 多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不

5、可或缺的作用。 本文就控制交通燈的方法進行了討論，分析了各種方案的性價比，并用軟、硬件加 以實現(xiàn)。而后，對六車道以上道路的“十字交叉路口交通燈控制”進行了分析。最 后，還對城市交通燈網(wǎng)的控制進行了展望。希望能給有關(guān)政府部門一些參考，更好 地改善我們的城市交通?，F(xiàn)今的交通發(fā)展迅速，車輛極具增加，馬路不斷擴寬，人 行橫道相對較少。在車流量較大的地段即便有人行橫道，行人也很難通過馬路。行 人自控指示燈系統(tǒng)可以有效的改善這種狀況。特別是像北京這樣的大都市，經(jīng)濟飛 速發(fā)展，車輛繁多，人口密集。緩解交通已成為當務(wù)之急.例如在我們新校區(qū)西門口 (塔南路)就是這種情況,每天進出校門的學(xué)生特別多,大多還需要穿過

6、這條繁忙的高 速公路,這為學(xué)校師生帶來大大的不便.該系統(tǒng)主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，具有較高的實 用價值。該系統(tǒng)利用紅燈,黃燈,綠燈來指揮車輛和行人，以達到車輛停止，行人通行 的目的,減少了交通擁擠現(xiàn)象,為行人節(jié)省了時間,即保證行人過馬路時的安全，也減 輕了交管部門的負擔。本產(chǎn)品面對公共交通設(shè)施，并不注重經(jīng)濟收益，而是注重以 后潛在的發(fā)展，從而帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)。用戶可以完全掌握行人自控指示燈系統(tǒng)的操作 方法，以及各個按鍵的作用科學(xué)技術(shù)的突飛猛進直接把我們帶進了信息化的社會， 計算機的應(yīng)用已普及到經(jīng)濟和社會生活的各個領(lǐng)域. 2.2.道路交通控制的必要性道路交通控制的必要性 經(jīng)濟的發(fā)展，城市化速度的加快，機動

7、車輛占有量急劇增加，由此引發(fā)出日益 嚴重的交通問題：交通擁擠甚至堵塞，交通事故頻繁，空氣和噪聲污染嚴重，公共 運輸系統(tǒng)效率下降等。解決這一問題通常有兩種辦法，一種是修路造橋，這對道路 交通狀況的改善是一種最直接的辦法，但它需要巨額的投資，且在城市中心區(qū)受拆 遷的限制，很難實施另一種是在現(xiàn)有的道路交通條件下，實施交通控制和管理， 充分發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行能力，大量事實已經(jīng)證明這種方法的有效性。 現(xiàn)代道路交通的復(fù)雜多樣，常常是幾個或幾十個甚至是成百上千個路口互相關(guān) 聯(lián)，在這種情況下，使任何一個經(jīng)驗豐富的交通警察都無能為力因此，人們越來 越關(guān)注把先進的科學(xué)技術(shù)用于交通管理，從而促進了交通自動控制技術(shù)的

8、不斷發(fā)展。 道路交通控制的目的可定義為：在確定的行政規(guī)定約束下，采用合適的營運方 法來確保公共和私人運輸方式具有最佳的交通運行狀態(tài)。圍繞這一目的研制出的道 路交通控制系統(tǒng)，把受控對象看成一個整體，采用對交通流科學(xué)地時間分割的方法， 最大限度地保證交通流運動的連續(xù)性，使受控區(qū)域的交通流減少沖突，同時平穩(wěn)地、 有規(guī)則地運動。道路交通控制的作用主要表現(xiàn)為以下幾個方面： （1） 改善交通秩序，增加交通安全。 （2） 減少交通延誤，提高經(jīng)濟效益。 （3） 降低污染程度，保護生態(tài)環(huán)境。 （4） 節(jié)省能源和土地消耗。 1 1 交通信號燈的設(shè)計要求及實現(xiàn)方案交通信號燈的設(shè)計要求及實現(xiàn)方案 1.11.1 交通信

9、號燈的設(shè)計要求交通信號燈的設(shè)計要求 1 ）在十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠三種信號燈，正常情況下，東西、 南北方向輪流放行。當東西方向(a 線)放行、南北方向(b 線)禁行時，東西方向(a 線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，南北方向(b 線)紅燈亮 30 秒；當南北方向(b 線)放 行、東西方向(a 線)禁行時，南北方向(b 線)綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，東西 方向(a 線)紅燈亮 30 秒。如此循環(huán)，實現(xiàn)交通燈定時控制。 2） 有急救車優(yōu)先通過功能。當有急救車到達時，路口的信號燈全部變紅燈， 以便急救車通過，急救車的通行時間為 10 秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。

10、 3）交通燈在紅、綠燈交替點亮中，用兩個數(shù)碼管顯示點亮的燈還能持續(xù)的時間。 圖 1-1 交通效果圖 如 2-1 圖是十字路口交通控制器的效果圖，在 a、b 兩道路相交叉的路口，可以 分成東西南北四個方向，其中東西、南北方向的紅綠燈顯示是完全一樣，只是為了 便于在不同方位不同距離清楚的看到路況，在實際交通路口安裝了兩組一樣的交通 信號燈。 北 西東 南 1.2 交通信號燈的實現(xiàn)方案 在十字路口的交通燈設(shè)計中，根據(jù)路口的交通情況，優(yōu)先選擇了利用 89s51 芯片， 由于 89c51 芯片無需擴展，具備了 mcs51 系列單片機的所有優(yōu)點。紅、綠燈的點亮 功能，時間顯示功能都是由 89c51 芯片來

11、控制的，還專門設(shè)計了 5v 電源，提供給芯 片。 考慮到 led 需要驅(qū)動，我們選擇了 74ls240 和 74ls244 兩片芯片，其中 74ls244 是用來驅(qū)動 led 紅綠燈的，而 74ls240 是用來驅(qū)動七段數(shù)碼管的。在 at89c51 將 控制信號輸出給數(shù)碼管時，還將用到一個譯碼器，將 bcd 碼轉(zhuǎn)換成高低電平輸出， 我們選用了 cd4511 芯片。 注：本設(shè)計選用設(shè)備 at89c51 芯片一片，74ls244 一片，74ls240 一片,共陰極的 七段數(shù)碼管四個，紅、黃、綠發(fā)光二極管各 2 個，導(dǎo)線、電阻若干。 2 系統(tǒng)分析 2.1 系統(tǒng)工作原理 1）編程設(shè)置好交通燈初始時間，

12、通過編程器寫入 89c51 單片機系統(tǒng)。 2）由 89c51 單片機的定時器每秒鐘通過 p0 輸送交通信息，顯示紅，綠，黃燈的燃 亮情況；由 p0，p2 口顯示每個燈的燃亮?xí)r間。 3）通過 89c51 單片機的 reset 位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，為 0 就對系統(tǒng)進行 初始化，為 1 系統(tǒng)就開始工作； 4）由 cd4511 譯碼器來把 89c51 輸出的信號轉(zhuǎn)換成 bcd 碼，然后通過數(shù)碼管來顯示 時間。 5)當有緊急救護車出現(xiàn)時 ,應(yīng)使東西南北四個方向全亮紅燈,并延時10 秒鐘,以便急救 車通過.技術(shù)上可用外部中斷 0 發(fā)出一單脈沖向 cpu 申請中斷。 2.2 系統(tǒng)控制信號分析 在這

13、個交通控制器的設(shè)計中，最為主要的是 at89c51 芯片，它是整個系統(tǒng)的核 心，在電路中總共用到了 p0，p1，p2 三個端口，p0 口的八個 i/o 口連接到了 74ls240 這個芯片。74ls240 的主要功能是反向驅(qū)動，從 89c51 傳送過來的輸入信號 經(jīng)過驅(qū)動后，輸出信號的驅(qū)動能力加大了。經(jīng)過驅(qū)動后，數(shù)碼管 led 得以顯示。從 p1 端口輸出的 6 個 i/o 口連接到 74ls244 的 6 個輸入端，因為在十字路口有兩組是 相同的，所以只用到了 6 個 led。經(jīng)過驅(qū)動后，由程序直接控制 led 紅綠燈顯示信 息。 在數(shù)碼管時間顯示與信號輸入之間存在一個譯碼的問題，在這是用了

14、一個 cd4511 芯片來譯碼。 p 2 端口的四個 i/o 口連接到 cd4511 的 a，b，c，d 口，通過 cd4511 譯碼器譯 碼，傳輸給 led 七段數(shù)碼管，來顯示時間。 根據(jù)交通燈的設(shè)計，數(shù)字從大到小顯示 一直到零，當 a 道亮綠燈從三十到零時，b 道紅燈從二十五減到零，然后亮黃燈， 從五減到零。反之亦然。 另外在這個系統(tǒng)當中，還有三個電路，分別是復(fù)位電路，晶振電路，電源電路， 在三個電路在一般的系統(tǒng)設(shè)計中都是要使用到的，他們在整個系統(tǒng)當中的作用在下 面的單元電路中都會做詳細的介紹。 這個系統(tǒng)的設(shè)計來說，相對是比較簡單的，并沒有用到很復(fù)雜的芯片，所以這個 系統(tǒng)具備了一些基本的功

15、能，可能在特別情況下會不適用。 3 系統(tǒng)設(shè)計 3.1 硬件電路設(shè)計 編程設(shè)置 時間參數(shù) 電源 89c51 系 統(tǒng) 設(shè) 置 驅(qū)動電路時間顯示 交通燈驅(qū)動電路 圖 3-1 硬件系統(tǒng)總框圖 在設(shè)計硬件電路時，我們根據(jù)硬件系統(tǒng)的總框圖，知道要用到哪幾個芯片， 89c51 芯片是總的系統(tǒng)的核心，它既驅(qū)動數(shù)碼管，又驅(qū)動交通燈。時間顯示功能我 們是用七段數(shù)碼管，因為是用在十字路口，需要有兩個時間顯示，所以用到了四個 七段數(shù)碼管，數(shù)碼管的譯碼功能是用了 cd4511 芯片。為了不使用外部電源，系統(tǒng) 設(shè)計了一個橋式整流電源。在紅綠燈顯示上了，我們只用了六個 led，因為在 a 道 上的兩組紅綠燈是完全一致的，在

16、 b 道上也是一樣的，所以我們只用了六個 led 完全可一代表整個交通控制情況了。 當我們已經(jīng)完全知道我們的硬件需要時，在畫原理圖的時候要合理的布置各個 芯片，各條線，盡量不要使電線交叉在一起，還要讓我們的原理圖看上去美觀。 3.23.2 元件介紹元件介紹 3.2.13.2.1 at89c51at89c51 芯片介紹芯片介紹 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2/eci 3 p1.3/cex0 4 p1.4/cex1 5 p1.5/cex2 6 p1.6/cex3 7 p1.7/cex4 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12

17、p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 3

18、9 vcc 40 89c51 圖 3-2 at89c51 芯片引腳 管腳說明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門流。當 p1 口 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可 以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口，當 fiash 進行校驗時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收 輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉

19、為高，可用作輸入，p1 口被外 部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗 時，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸 出 4 個 ttl 門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。p2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2 口輸

20、出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程 和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門 電流。當 p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時器 0 外部

21、輸入） p3.5 t1（記時器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率 周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖 或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ale 脈沖。如

22、想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部 執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器 周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不出 現(xiàn)。 /ea/vpp：當/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh）， 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在

23、flash 編程期間，此引腳也用于施加12v 編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 功能描述： at 89c 51是一種低損耗、高性能、cmos 八位微處理器,片內(nèi)有4k 字節(jié)的在線 可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲器,能重復(fù)寫入擦除解1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。 它與 mcs-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容,不僅可完全代替 mcs251系列 單片機,而且能使系統(tǒng)具有許多 mcs-51系列產(chǎn)品沒有的功能。 at89c51可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng),縮小系統(tǒng)體積,增加系統(tǒng)的可靠性, 降低了系統(tǒng)成本。只要程

24、序長度小于4k，四個 i/o 口全部提供給用戶?？捎?v 電壓 編程,而且擦寫時間僅需10毫秒,僅為8751/87c51的擦除時間的百分之一,與 8751/87c51的12v 電壓擦寫相比,不易損壞器件,沒有兩種電源的要求,改寫時不拔下 芯片,適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2.7v6v ,全靜態(tài)工作,工作頻率 寬,在0hz 24mhz 內(nèi),比8751/87c51等系列的6 mhz 12mhz 更具有靈活性,系統(tǒng)能 快能慢。at 89c51芯片提供三級程序存儲器加密,提供了方便靈活而可靠的硬加密手 段,能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 另外 at89c51還具有 mcs51系列單片機的所有

25、優(yōu)點。1288位內(nèi)部 ram ,32位雙 向輸入輸出線,兩個十六位定時計時器,5個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級,一個全雙工異步 串行口及時鐘發(fā)生器等。 3.2.23.2.2 74ls24474ls244 芯片介紹芯片介紹 74ls244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動器，該芯片的邏輯電路圖和引腳圖 如圖4-3所示。 1oe 1 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 gnd 10 1y4 12 1y3 14 1y2 16 1y1 18 vc c 20 2y4 3 2y3 5 2y2 7 2y1 9 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 2oe 19 sn74ls244n 圖

26、3-3 74ls244芯片引腳 從圖4-3可見，該緩沖器有8個輸入端，分為兩路1a11a4，2a12a4，同 時8個輸出端，也分為兩路1y11y4，2y12y4，分別由2個門控信號1g 和2g 控 制，當記為低電平時，1y11y4的電平與1a11a4的電平相同，即輸出反映輸入電 平的高低；同樣，當2g 為低電平時，1y11y4的電平與2a12a4的電平相同。而當 1g（或2g）為高電平時，輸出1a11a4（或2a12a4）為高阻態(tài)。經(jīng)74ls244緩沖后， 輸入信號被驅(qū)動，輸出信號的驅(qū)動能力加大了。74ls244緩沖器主要用于三態(tài)輸出的 存儲地址驅(qū)動器、時鐘驅(qū)動器和總線定向接收器和定向發(fā)送器等

27、。 3.2.33.2.3 74ls24074ls240 芯片介紹芯片介紹 1oe 1 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 gnd 10 1y4 12 1y3 14 1y2 16 1y1 18 vcc 20 2y4 3 2y3 5 2y2 7 2y1 9 2a1 11 2a2 13 2a4 17 2a3 15 2oe 19 sn74ls240n 圖 3-4 74ls240引腳 74ls240 芯片結(jié)構(gòu)與功能和 74ls244 的相類似，而有所區(qū)別的是 74ls244 是八同 向三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器，74ls240 是八反向三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器，如圖 4-4。內(nèi)部 引腳是相同的。74l

28、s240 芯片的特點是三態(tài)門，可以把多個芯片的輸出，并聯(lián)在一 起而不會互相影響； 3.2.43.2.4 cd4511cd4511 芯片介紹芯片介紹 cd4511 是一個用于驅(qū)動共陰 led 顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，其引腳路 如圖 4-5 ， 邏輯功能見表 1，8421 bcd 碼對應(yīng)的顯示見圖 4-6。 其功能介紹如下： bi：當 bi=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不 顯示數(shù)字。 lt：當 bi=1，lt=0 時，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8” 。 它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 le：使能控制端，當 le=0 時，允許譯碼輸出。

29、dcba：為 8421bcd 碼輸入端。 abcdefg：為譯碼輸出，輸出為高電平。 a 7 b 1 c 2 d 6 le 5 bi 4 lt 3 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 vdd 16 gnd 8 cd4511 圖 3-5 cd4511 芯片引腳 輸入輸出 lebiltd c b a a b c d e f g 顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0

30、0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0

31、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 。 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 。 表 1 邏輯功能表 圖 3-6 bcd 碼顯示圖 這里使用的是共陰數(shù)碼管，對于 cd4511 ，它與數(shù)碼管的基本連接方式如圖4-7所 示。 a 7 b 1 c 2 d 6 le 5 bi 4 lt 3 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 vdd 16 gnd 8 cd4511 f 2 g 3 e 4 d 5 c 8 dp 7 b 9 a 10 f 2 g 3 e 4 d 5

32、 c 8 dp 7 b 9 a 10 f 2 g 3 e 4 d 5 c 8 dp 7 b 9 a 10 f 2 g 3 e 4 d 5 c 8 dp 7 b 9 a 10 圖 3-7 數(shù)碼管連接方式 圖 4-7 是 cd4511 譯碼器與數(shù)碼管的連接方式，從 89c51 芯片端輸出四個信號給 cd4511 的 a，b，c，d 端口，經(jīng)過譯碼后 a,b,c,d,e,f，g 七個端口，經(jīng)過 cd4511 譯碼器的譯碼，將輸出信號轉(zhuǎn)變成高低電平傳送給數(shù)碼管。 3.3 單元電路設(shè)計 3.3.13.3.1 復(fù)位電路復(fù)位電路 1k r 1 22uf c 1 1k r 2 vc c r es et s 1

33、 s w-pb 圖 3-8 復(fù)位電路圖 圖 4-8 的復(fù)位電路是比較簡單的基本復(fù)位電路，復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng) 上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見電源穩(wěn)定 后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的 抖動而影響復(fù)位。 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳 時，將使單片機復(fù)位，只要這個引腳保持高電平，51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 p0p3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 sfr 全部清零。 當復(fù)位引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 rom 的 00h 處開始運行程序。復(fù)

34、位操 作不會對內(nèi)部 ram 有所影響。 3.3.23.3.2 晶振電路晶振電路 30pf c 3 30pf c 2 12 y1 x2 x1 圖 3-9 晶振電路圖 微控制器的時鐘源可以分為兩類：基于機械諧振器件的時鐘源，如晶振、陶瓷 諧振槽路；rc（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶 瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立 rc 振蕩器。 基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系 數(shù)。rc 振蕩器能夠快速啟動，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓范 圍內(nèi)精度較差，會在標稱輸出頻率的 5%至 50%范圍內(nèi)變化。 但其性能受環(huán)境條件和電路元件選

35、擇的影響。需認真對待振蕩器電路的元件選擇和 線路板布局。在使用時，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列 進行優(yōu)化。具有高 q 值的晶振對放大器的選擇并不敏感，但在過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生 頻率漂移（甚至可能損壞） 。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有：電磁干擾（emi） 、機 械震動與沖擊、濕度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化，增加不穩(wěn)定性，并 且在有些情況下，還會造成振蕩器停振。 上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低 阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集 成 rc 振蕩器（硅振蕩器） 。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度

36、。硅振蕩器的精度 要比分立 rc 振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當?shù)木取?選擇振蕩器時還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電 流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。cmos 放大器功耗與工作頻率成正比，可以表示為 功率耗散電容值。比如，hc04 反相器門電路的功率耗散電容值是 90pf。在 4mhz、5v 電源下工作時，相當于 1.8ma 的電源電流。再加上 20pf 的晶振負載電容， 整個電源電流為 2.2ma。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負載電容，相應(yīng)地也需要更 多的電流。相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為 10ma 60ma。硅振蕩器的電源 電流取決于其類型與功

37、能，范圍可以從低頻（固定）器件的幾個微安到可編程器件 的幾個毫安。 在電路中起振蕩作用.使電路中的電流形成高低電平來回振蕩,并以晶振的頻率 振動.xtal1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2 則是輸出端，使用外部振蕩 器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 xtal1，而 xtal2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器 對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12mhz，時鐘頻率就為 6mhz。晶振的頻率可以在 1mhz-24mhz 內(nèi)選擇。電容取 30pf 左右。 3.3.33.3.3 ledled 紅綠燈顯示電路紅綠燈顯示電路 1oe 1 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 gnd 10 1y4

38、 12 1y3 14 1y2 16 1y1 18 vcc 20 2y4 3 2y3 5 2y2 7 2y1 9 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 2oe 19 u5 74ls244 ds3 ledds6 led ds4 led ds5 led ds2 led ds1 led vcc 圖 3-10 紅綠燈顯示電路圖 在十字路口 a、b 兩道交通燈中，由于在同一道中的紅綠燈顯示是完全一致的， 所以在電路設(shè)計時只采用了一組紅綠燈來代表，可以用六個 led 發(fā)光二極管來替代。 圖中的 ds1ds6 就是六個 led，ds1ds3 為一組，ds4ds6 為另外一組。它是由 89c5

39、1 的六個輸出端口來控制的，由程序來直接控制紅綠燈的點亮情況。 1y1，1y2，1y3，2y1，2y2，2y3 分別與 89c51 芯片的 p1.0,p1.1,p1.2,p1.3,p1.4,p1.5 連接。當輸入信號時，高電平有效， ds1，ds2，ds3 分別代表綠，紅，黃；而 ds4，ds5，ds6 也分別代表綠，紅，黃。 當 ds1 亮?xí)r，ds5 也亮，但由于亮的時間不同，當 ds1 亮了 25 秒以后，ds6 亮；當 ds4 亮的時候，ds2 先亮，亮了二十五秒以后，ds3 亮。但當出現(xiàn)緊急情況時，又按 鍵來使得 ds2 和 ds5 都兩紅燈。如圖所示。 3.3.43.3.4 七段數(shù)碼

40、管時間顯示電路七段數(shù)碼管時間顯示電路 vcc 16 le 5 bi 4 lt 3 a 7 b 1 c 2 d 6 gnd 8 g 14 f 15 e 9 d 10 c 11 b 12 a 13 * cd4511 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d1 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d2 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d3 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d4 vcc 圖3-11 數(shù)碼管顯

41、示電路圖 數(shù)碼管顯示電路總共運用了四個七段數(shù)碼管，兩個為一組。一組數(shù)碼管可以顯 示 099 之間的數(shù)字，at89c51 的 p2 口輸出四個信號給 cd4511，cd4511 的四個端 口，分別是 a，b，c，d。a，b，c，d 四個端口是 bcd 碼輸入端，經(jīng)過 cd4511 譯碼輸出，輸出高電平。 數(shù)碼管的四個引腳 dig1dig4 分別是從 74ls240 輸入信號驅(qū)動，這樣才會是 數(shù)碼管能夠顯示時間，而另外一方面由于 cd4511 芯片的作用，89c51 芯片的輸入 信號轉(zhuǎn)換成高低電平，這樣才會按照時間從高到底的顯示。其中的上拉電阻是起限 流保護作用的， 3.3.53.3.5 電源電路

42、電源電路 圖 3-12 電源電路圖 在該系統(tǒng)中,無論是 at89c51 單片機工作電源,二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動,都要用 到+5v 的直流電源，所以，一個穩(wěn)定的,持續(xù)的+5v 直流電源對本系統(tǒng)十分重要.本系 統(tǒng)運用橋式整流電路,將交流轉(zhuǎn)換為直流,為各部分電路提供恒定的+5v 直流.模擬部 分和數(shù)字部分分別采用一個獨立的穩(wěn)壓管供電,保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性,其電 路如圖 4-12 所示。 3.3.5.13.3.5.1 電源電路工作原理電源電路工作原理 參照圖 4-13，我們可知從接口 j1 輸入 9v 左右的交流電壓,波形如下圖 a 所示,經(jīng) 全波整流電橋 db 整流后，得到一幅值為 0-8v

43、左右的波動直流如下圖 b 所示.這一波 動的直流經(jīng) c1,c2,c3 濾波后,得到一較平穩(wěn)的直流,再經(jīng) lm7805 穩(wěn)壓為+5v,c4 再次 濾波后，得到穩(wěn)定的+5v 直流電流,如下圖 c 所示. 圖 3-13 電源電路波形圖 圖 a 圖 c 圖 b 3.4 整機電路原理圖分析 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 xtal2 18 xtal1 19

44、 vcc 40 p3.4/t0 14 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 p2.0/a8 21 ale 30 vss 20 p3.7rd 17 at89c51 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3

45、 15 2a4 17 vcc 20 oe 19 2y4 3 2y3 5 2y2 7 2y1 9 1y4 12 1y3 14 1y2 16 1y1 18 gnd 10 oe 1 * 74ls244 1a1 2 1a2 4 1a3 6 1a4 8 2a1 11 2a2 13 2a3 15 2a4 17 vcc 20 oe 19 2y4 3 2y3 5 2y2 7 2y1 9 1y4 12 1y3 14 1y2 16 1y1 18 gnd 10 oe 1 * 74ls240 ds1 led ds2 led ds3 led ds5 led ds6 led ds4 led 12 vcc vcc 16 l

46、e 5 bi 4 lt 3 a 7 b 1 c 2 d 6 gnd 8 g 14 f 15 e 9 d 10 c 11 b 12 a 13 * cd4511 vcc k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d1 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d2 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d3 k 1 f 2 g 3 e 4 d 5 k 6 c 8 dp 7 b 9 a 10 d4 vcc 圖 3-14 整機電路原理圖 整機電路的工作原理是通過 at89c51芯片，p0口的八個 i/o 口連接74ls240芯片 的1a1,1a2,1a3,1a4,2a1,2a2,2a3,2a4八個輸入口，74ls240的在整個電路中的作用 是驅(qū)動時間顯示數(shù)碼管，它的四個輸出口連接數(shù)碼管的四個 dp 口，驅(qū)動數(shù)碼管能夠 顯示時間數(shù)字。另外 cd4511譯碼器的作用是譯碼從89c51輸入的信號，89c51的 p2端 口