1、I安徽工程科技学院本科毕业设计（论文）专 业： 电子信息工程 题 目： 基于单片机的交通灯控制系统设计 作 者 姓 名 ： 刘涛 导 师 及 职 称 ： 生 芳 （ 讲 师 ） 导师所在单位： 电气工程系 2009 年 6 月 10 日安徽工程科技学院本科毕业设计（论文）任务书2009 届 电气工程 系电子信息工程 专业学生姓名： 刘涛 毕业设计（论文）题目中文：基于单片机的交通灯控制系统设计英文：The Design of the Traffic Light Control System based on MCU 原始资料1胡汉才 单片机原理及其接口技术 M，清华大学出版，19962蔡美琴
2、MCS-51 系列单片机系统及其应用，高等教育出版社 2004.23付家才 单片机控制工程实践技术M，化学工业出版社，2004.54潘新民 微型计算机控制技术 M，人民邮电出版社，1999.95余锡存 单片机原理及接口技术M ，西安电子科技大学出版社,2000.7 毕业设计（论文）任务内容1. 本课题的研究意义及要求：现代社会，人们生活水平日益提高，私家车也越来越多，给交通运输带来了极大的挑战，因此如何管理这些车辆的正常通行成为当代社会交通运输部门亟待解决的问题。交通灯的出现使得车辆拥堵的现象得以缓解，它能够很好地代替交通工作人员控制车辆的通行，不仅节约了人力，也提高了效率。本设计要求设计的交
3、通灯工作在十字路口，它不仅能够调节车流的通行，还能根据车流量的大小，人为地修改红绿灯燃亮的时间。2.本课题研究的主要内容有：（1）系统的硬件设计，包括单片机选型、控制电路图、配置外围设备等；（2）对本次设计中所选单片机的理论知识和在各个功能模块的应用进行学习和研究；（3）系统的软件设计，包括系统总体框架的软件流程图以及程序语言设计。3.提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）附相关程序；（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于 10 篇主要参考文献的题录及摘要。指 导 教 师 （ 签 字 ）教 研 室 主 任 （ 签 字 ）批 准 日 期 2009 年 1 月 5 日接 受
4、任 务 书 日 期 2009 年 1 月 9 日完 成 日 期 2009 年 6 月 10 日接 受 任 务 书 学 生 （ 签 字 ） 安徽工程科技学院毕业设计（论文）I基于单片机的交通灯控制系统设计摘 要十字路口车辆穿梭，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？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。本系统采用 MSC-51系列单片机 AT89S51和可编程并行 I/O接口芯片 8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8031芯片的 P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；为了系统稳定可靠采用了 MAX629“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停
5、止工作的情况发生；显示时间直接通过 8255的 PA、PB 口输出；交通灯信号通过 PC口输出；交通灯的点亮采用 VT双向晶闸管来控制，直接采用 220V交流电源驱动，系统实用性强、操作简单、扩展性强。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，单片机往往是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和具体应用对象特点与软件相结合，加以完善。关键词：单片机；交通灯；自动控制；时间显示器刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计IIThe Design of the Traffic Light Control System based on MCUAbstra
6、ctCrossroads vehicle wear comb, pedestrian Xi Rang, turn to be all right lane, person pedestrian says , methodically. Do you lean what to realize this orderly order? What lean is that the automatic command system of traffic signal lamp.This system adopts MSC-51 series only flat machine AT89S51 with
7、but programming parallel interface chip 8255 A of I/O is central device the design controller of traffic lights, have realized can measure according to actual wagon flow the P1 installation bonus and green light that passes through AT89S51 chips burn to light the function of time; For system stabili
8、ze reliable have adopted MAX629 the chip “ dog looks after the house “, have avoided that system stops working condition because of halting to occur; Show that time is directly exported through PB and PA of 8255; The signal of traffic lights is exported through usually PC mouth; The point of traffic
9、 lights light to adopt VT two-way Jing floodgate pipe come to control, directly drive with the alternating current source of 220 V, practicality is strong, operating is simple. In recent years along with the technical swift development, monolithic integrated circuits application was moving toward un
10、ceasingly thoroughly. The monolithic integrated circuit was often takes a core part to use, and the only knowledge of monolithic integrated circuit was insufficient, but should also act according to the concrete hardware architecture and make concrete using the object characteristic and unifies with
11、 the software.Key words: MCU ;Traffic lights；Automatic control；Time indicator安徽工程科技学院毕业设计（论文）III目 录引 言 - 1 -第 1章 绪论 .- 2 -1.1 交通灯发展的历史背景 .- 2 -1.2 设计方案论证 .- 2 -第 2章 主要元器件介绍 .- 4 -2.1 主控芯片 AT89S51简介 .- 4 -2.2 8255芯片简介 - 6 -2.3 74LS373芯片介绍 .- 7 -2.4 其他器件 .- 8 -第 3章 控制器硬件设计 - 11 -3.1 系统硬件设计 - 11 -3.1.1
12、 系统总框图 - 11 -3.1.2 系统工作原理 - 11 -3.1.3 交通灯控制线路图 - 12 -3.2 看门狗硬件电路设计 - 12 -3.2.1 软件看门狗 - 13 -3.2.2 硬件看门狗 - 13 -3.3 时间及信号灯的显示 - 15 -3.3.1 AT89S51并行口扩展 - 15 -3.3.2 显示原理 - 15 -3.3.3 8255输出信号的放大 .- 15 -3.3.4 8255输出信号与信号灯的连接 .- 15 -第 4章 控制器软件设计 .- 17 -4.1计数器的硬件延时 - 17 -4.1.1 计数器初值计算 - 17 -4.1.2 计算公式 - 17 -
13、4.1.3 设置 1秒的方法 - 17 -4.1.4 相应程序代码 - 17 -4.2 程序流程图 - 18 -结 论 .- 20 -致 谢 .- 21 -附录 A 主要参考文献的题录及摘要 .- 22 -附录 B 相关文献翻译 .- 24 -附录 C 硬件连接 图 .- 30 -附录 D 主要 参考程序 .- 31 -刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计IV插图清单图 2-1 AT89S51芯片引脚图 - 4 -图 2-2 74LS373引脚图 - 8 -图 2-3 七段数码管 - 9 -图 2-4 为 VT双向晶闸管 .- 9 -图 3-1 系统总框图 .- 11 -图 3-2 交通灯控制
14、线路图 .- 12 -图 3-3 MAX692引脚图 - 13 -图 3-4 MAX692电路原理图 - 14 -图 5-1 程序流程图 .- 19 -安徽工程科技学院毕业设计（论文）V表格清单表 1-1 指示灯燃亮方案 - 3 -表 2-1 P1口第二功能 - 5 -表 2-2 P3口的第二功能 - 5 -表 2-3 方式控制字 - 7 -表 2-4 74LS373真值表 - 8 -表 3-1 驱动代码表 .- 16 -安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 1 -引 言近年来城市交通车流量大幅增长，给交通带来巨大压力。提高十字路口的通行效率，对缓解交通阻塞具有十分重要的现实意义。目前城市十字路
15、口的红绿灯，一般根据路口车辆的多少预设固定的红绿灯转换周期，但固定配时会导致有些方向车辆早已通行完，而另外方向车辆排长队等待绿灯，致使交通效率大大降低。如何采用合适的控制方法，越来越成为交通运输管理部门亟待解决的主要问题。对此，本人根据前人的经验总结，设计了一种交通灯控制系统。它是以 AT89S51单片机为核心，包括看门狗电路及其它扩展设备，并通过编程来实现的。该系统依据车多通行时间长及同时通行时两车道不冲突的原则，从软硬件两方面对现行交通灯控制进行改进，从而能动态调节各方向的通行时间，即可以人为地根据实际情况来改变红绿灯的各自的亮灭时间，大大提高了交通灯配时的灵活性和实时性。随着社会经济的发
16、展，以及电子元件的进一步发展，交通灯将会出现更多的类型，它们的功能会日益强大，使用更加方便，稳定性更强。中国车辆数量不断增加，智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益，更加节约资源，使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 2 -第 1 章 绪论1.1 交通灯发展的历史背景今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段,但这一技术在 19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信
17、号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869年 1月 2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿
18、灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯是当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄
19、灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时,可以进入交叉路口。目前设计交通灯的方案有很多，有应用 CPLD设计实现交通信号灯控制器方法，有应用 PLC实现对交通灯控制系统的设计，有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2两条干道的
20、红绿时间不能随时间的改变而修改。1.2 设计方案论证设 A、B 两干道(东西和南北干道)交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，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 A、B 两干道的公共停车时间。设 A道比 B道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表 1-1。安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 3 -表 1-1 指示灯燃亮方案车道 3S 60S 3S 80S 3S 60S A道 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 B道 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 此表说明：（1）当 A、B 两
21、道同时为黄灯时，以提示行人或车辆下一个灯色即将到来，时间为 3秒。 （2）当 A道为红灯，A 道车辆禁止通行，A 道行人可通过；B 道为绿灯，B 道车辆通过，行人禁止通行。时间为 60秒。（3）当 A道绿灯，A 道车辆通行；B 道为红灯，B 道车辆禁止通过，行人通行。时间为 80秒。 A 道车流大，通行时间长。（4）此表可根据车流量动态设定。根据上述方案，本系统采用 MSC-51系列单片机 AT89S51和可编程并行 I/O接口芯片 8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 AT89S51芯片的 P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；为了系统稳定可靠采用了 MAX629“
22、看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生；显示时间直接通过 8255的 PA、PB口输出；交通灯信号通过 PC口输出；交通灯的点亮采用 VT双向晶闸管来控制，直接采用 220V交流电源驱动。刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 4 -第 2 章 主要元器件介绍2.1 主控芯片 AT89S51 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。AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128
23、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。AT89S51 芯片引脚图如图 2-1所示。图 2-1 AT89S51 芯片引脚图其主要功能特性：兼容 MCS-51指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM32个双向 I/O口 4.5-5.5V 工作电压2个 16位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz全双工 UART串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中
24、断唤醒省电模式 3 级加密位看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的 ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出 AT89S51提供以下标准功能：4K 字节 Flash闪速存储器，128 字节内部RAM，32 个 I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16位定时器/计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有
25、部件工作直接到一个硬件复位。安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 5 -AT89S51引角功能说明:Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路
26、。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表2-1为P1口第二功能。表 2-1 P1 口第二功能端口引脚 第二功能P1.5 MOSI（用于ISP编程）P1.6 MISO（用于ISP编程）P1.7 SCK（用于ISP编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数
27、据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表2-2。表 2-2 P3 口的第二功能端口功能 第二功能 端口引脚 第二功能RXD（P3.0） 串行输入口 T0（P3
28、.4） 定时/计数器0外部输入TXD（P3.1） 串行输出口 T1（P3.5） 定时/计数器1外部输入刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 6 -INT0（P3.2） 外中断0 WR（P3.6） 外部数据存储器写选通INT1（P3.3） 外中断1 RD（P3.7） 外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT益出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存
29、允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位禁位后，只有一条MOVX 和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数
30、据存储器，高有两次有效的PSEN信号。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU公访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时,该引脚加上12V的编程电压Vpp。2.2 8255 芯片简介1.8255可编程并行接口芯片简介8255A是一种通用的可编程并行 I/O接口芯片（Programmable Peripheral In
31、terface）,它是为 Inter系列微处理器设计的配套电路，也可用于其它微处理器系统中。通过对它进行编程，芯片可工作于不同的工作方式。在微型计算机系统中，用8255A作接口时，通常不需要附加外部逻辑电路就可直接 CPU与外设之间提供数据通道，因此它得到了极为广泛的应用。8255A 在开关 电路/键盘打印机软盘接口电路CRT 控制接口电路A/D 和 D/A接口电路等许多场合中应用广泛。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
32、 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。2.8255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如表 2-3。安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 7 -表 2-3 方式控制字D7：设定工作方式标志，1 有效D6、D5：A 口方式选择0 0 方式 00 1 方式 11
33、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）3.8255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
34、输入或输出，此时 C口的 5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。2.3 74LS373 芯片介绍74LS373是八 D锁存器(3S,锁存允许输入有回环特性)，常应用在地址锁存及输出扩展中，图 2-2是 74LS373的引脚图。简要说明:74LS373 是低功耗肖特基 TTL8D锁存器，74H373 是高速 CMOS器件，功能与 74LS373相同，两者可以互换。74LS373 内有 8个相同的 D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11 脚 G或 EN；1 脚 OUT、CONT、OE)控制。当/E 接地时，若 G为高电平，锁存器输出端同输入端；如果 G为低电平，则将地址信号锁存。工作原理：74
35、LS373 的输出端可直接与总线相连。当三态允许控制端/E 为低电平时，输出端为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当/E 为高电平时，输出端呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 8 -1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 31-May-2009 Sheet of File: D:件件件件件p件liutao.ddb Drawn By:D826D727D628D529D430D331D232D133G
36、348Q 352Q 361Q 37E 3874LS373图 2-2 74LS373 引脚图表 2-4是 74LS373的真值表，表中：L低电平；H高电平；X不定态；G输入端，与 8031ALE连高电平；当 G=“1”时，74LS373 输出端 1Q8Q与输入端 1D8D相同；当 G为下降沿时，将输入数据锁存。表 2-4 74LS373 真值表/E G 功 能0 0 直通 Qi = Di0 1 保持（Qi 保持不变）1 X 输出高阻2.4 其他器件1.七段数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（
37、多一个小数点显示） ；按能显示多少个“8”可分为 1位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。本设计采用的是共阴极数码管。共阴数码管在应用时应安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 9 -将公共极 COM接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，
38、相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管要正常显示，还要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，但是本数码管本身自带驱动电路，所以无需外设驱动电路，直接将其与8255芯片相接。七段数码管引脚图，如图 23 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itleN um be r Re visionSizeBD a te : 31-M a y -2009 She e t of File : D :件 件 件 件 件 p件 liuta o.ddb D ra w n By :abfcgdeD P YL E D g n 1234567abcde
39、fg图 2-3 七段数码管2.VT双向晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。1957 年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于 1958年使其商业化。晶闸管是 PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极。晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、
40、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 31-May-2009 Sheet of File: D:件件件件件p件liutao.ddb Drawn By:图 2-4 为 VT 双向晶闸管图 2-4为 VT双向晶闸管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时晶闸管关断，该支路指示灯灭。晶闸管的工作条件：刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 10 -（1）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。（2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅
41、在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。（3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。（4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 11 -第 3 章 控制器硬件设计3.1 系统硬件设计选用设备：AT89S51 单片机一片，8255 并行通用接口芯片一片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段数码管两个，双向晶闸管若干，7805 三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。3.1.1 系统总框图 键盘设置时间参数AT89S51系统处理锁存看门
42、狗的并行接口8255A扩展CPU时间显示交通灯图 3-1 系统总框图3.1.2 系统工作原理（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过 AT89S51单片机 P1输入到系统。（2）由 AT89S51单片机的定时器每秒钟通过 P0口向 8255的数据口送信息，由8255的 PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由 8255的 PA、PB 口显示每个灯的燃亮时间。（3）通过 AT89S51设置黄、绿、红时间，依次为 3秒、60 秒、3 秒、80 秒、3 秒循环由 8031的 P0口向 8255的数据口输出。（4）通过 AT89S51单片机的 P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当牌位 0就对系统进行初始
43、化，为 1系统就开始工作。（5）8255PA 口用于输出时间的个位，PB 口用于输出时间的十位，而 PC口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用 220V交流电压驱动。（6）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到 MAX692看门狗芯片的 WDI 引脚，引起 RESET复位信号复位系统。刘涛：基于单片机的交通灯控制系统设计- 12 -3.1.3 交通灯控制线路图1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 11-Jun-2009 Sheet of File: D:p件li
44、utao.ddb Drawn By:R1RRRRRRRRS S S S SSSSSVCCVCCD826 D727D628 D529D430 D331D232 D133G348Q 352Q 361Q 37E 3874LS373WR43 RD44CS45A146 A047D748 D649D550 D451D352 D253D154 D055RESET56 GND57VCC58PA7 70PA669PA5 68PA4 67PB7 78PB677PB5 76PB4 75PB374PB2 73PB1 72PC0 79PC1 80PC2 81PC3 828255PA3 66PA265PA1 64PA0
45、63PB0 71VCCD7D6D5D4D3D2D1D0 RRR PC0PC1PC2PC0 PC1 PC2VCC1VOUT2PFI3GND4PFD 8WDI 7RESET 6VBATT 5MAX692OUT1IN2 GND37805VCC116116abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgP1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD9 P3.1/TXD10P3.2/INT011 P3.3/INT112P3.4/T013 P3.5/T114GUD15WR/P3.6
46、 16RD/P3.7 17P0.7 18P0.6 19P0.5 20P0.4 21P0.3 22P0.2 23P0.1 24P0.0 25EA/VPP 29ALE/PROG 26PESN 27AT89S51VCC30RST 28D7D6D5D4D3D2D1D0P3.2/INT0P3.2/INT0图 3-2 交通灯控制线路图3.2 看门狗硬件电路设计由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。一个完整的单片机应用系统应该是一个软、硬
47、件的结合体，在系统正常工作时，会受到各种外界干扰因素的影响。这种外界干扰轻者导致系统内部数据出错，重者将严重影响程序的运行。因此单片机应用系统的开发一定要考虑系统可靠性的设计，以满足系统在现场苛刻环境下的正常运行，而“看门狗”则是系统可靠性设计的重要一环。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其他 CPU的运行情况。如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其他 CPU的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件和软件结安徽工程科技学院毕业设计（论文）- 13 -
48、合两种方式。3.2.1 软件看门狗软件看门狗是利用单片机片内闲置的定时器/计数器单元作为看门狗，在单片机程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计数器PC赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。使用软件看门狗的具体实现方法如下。（1）首先在初始化程序中设置好定时器/计数器的方式控制寄存器(TMOD) 和定时时间的初值，并开中断。（2）根据定时器的定时时间，在主程序中按一定的间隔插入复位定时器的指令，既插入监控指令，两条指令间的时间间隔应该小于定时时间，否则看门狗将发生错误动作。（3）在定时器的中断服务程序中设置一条无条件转移指令，将程序计数器 PC转移到初始化程序
49、的入口。软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。当然，如果片内的定时器/计数器被占用，就需要寻求其他的设计方式了。3.2.2 硬件看门狗 专用硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的 RESET引脚使单片机复位。这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都有密切的关系。目前常用的集成看门狗电路很多，如 MAX705/708、MAX813L、X5043/5045 等。看门狗电路可以分为内看门狗和外看门狗。看门狗电路是指看门狗的硬件电路包含在单片机内部，如 Microchip的 16C5x系列，
