沈阳大学毕业设计题目模拟交通灯系别机电系专业电气自动化技术班级电气0401 姓名×××学号××××××指导教师×××日期 2007年12月设计任务书设计题目：模拟交通灯设计要求：1.在十字路口的两个方向上各设一组红绿黄灯,显示顺序为：其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯,另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。

2.设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通过或禁止通行的时间,其中左转灯、绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是15S、30S、3S、48S。

3.当各条路上任意一条出现特殊情况,例如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁,当特殊运行状态结束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。

设计进度要求：第一周第二周指导教师（签名）：摘要设计以单片机为核心部件的模拟交通灯，利用74LS244作为断码驱动器，74LS07作为位码驱动，LED七断数码管作为计时显示用，用发光二极管指示交通的通行，用按键进行紧急事件的发生，使两个方向都亮红灯，绿灯亮通行，红灯亮停止通行。

本设计利用定时器进行定时，使定时器工作于方式一定时50ms，配合软件计数器，调用中断程序使定时器定时20此，达到定时1S的目的，同时调用显示程序，显示到计时的时间，用单片机Intel89S51作为核心部件,8路74ls244总线驱动器作为字形驱动芯片和6路驱动74ls07位选码作为中心器件来设计交通灯控制器，实现了交通灯的控制，显示时间直接通过89S51的P0、P1口输出；交通灯信号通过P3口输出；按件通过p3口输入，本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。

关键词：单片机，交通灯，位码，段码，显示目录摘要 ................................................................... I I 1 单片机的发展及应用 .. (1)1.1单片机的发展 (1)1.2单片机的应用 (1)2 总体方案设计 (3)2.1系统框图 (3)2.2计时控制方案 (3)2.3显示控制方案 (3)2.4键盘控制方案 (4)3 硬件设计 (5)3.189S51单片机的简介 (5)3.289S51单片机的引脚 (6)3.389S51单片机复位方式 (7)3.474LS244的功能 (7)3.574LS07的功能 (8)3.6键盘接口工作原理 (9)3.7七段LED显示工作原理 (10)3.8电路原理 (11)4 软件设计 (13)4.1定时１秒的方法 (13)4.2定时器初值计算 (13)4.3主程序模块 (13)4.4中断服务程序模块 (15)4.5显示程序模块 (16)5 系统调试 (18)6 结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录A (23)1 单片机的发展及应用1.1 单片机的发展单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种。

单片微型计算机简称单片机，特别适用于工业控制领域，因此又称为微控器。

1971年微处理器研制成功不久，就出现了单片微型计算机即单片机，但最早的单片机是1位的，处理能力有限。

单片机的发展分为4个阶段：第一阶段（1974—76年）：单片机初级阶段。

因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。

例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口第二阶段（1976—78年）：低性能单片机阶段。

以Intel公司生产的MCS——48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器/计数器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。

第三阶段（1978—83）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。

多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。

第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32 位单片机推出阶段。

此阶段的主要特征是：一方面发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同的客户要求。

1.2 单片机的应用单片机的应用很广，分别在以下领域中得到了广泛的应用。

工业自动化：在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机。

在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（例如机器人技术、数控技术）中，单片机将发挥非常重要的作用特别是近些年来，随着计算机技术的发展，工业自动化也发展到了一个新的高度，出现了无人工厂、机器人作业、网络化工厂等，不仅将人从繁重、重复和危险的工业现场解放出来，还大大提高了生产效率，降低了生产成本。

仪器仪表：目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。

在自动化测量仪器中，单片机应用十分普及。

单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积，易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能化方向发展。

消费类电子产品：该应用主要反映在家电领域。

目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度。

例如，电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。

在这些设备中使用了单片机后，其功能和性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制信方面：较高档的单片机都具有通信接口，因而为单片机在通信设备中的应用创造了很好的条件。

例如，在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交换等通信设备和仪器中都能找到单片机的应用。

武器装备：在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、智能武器设备、航天飞机导航系统，都有单片机在其中发挥重要作用。

终端及外部设备控制：计算机网络终端设备，如银行终端，以及计算机外部设备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单片机。

近年来随着科技的飞速发展，同时带动自动控制系统日新月异更新，单片机的应用正在不断地走向深入。

2 总体方案设计2.1系统框图交通灯控制的总体设计框图如图2.1所示。

图2.1 系统框图2.2 计时控制方案利用MCS-51内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。

该方案节省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，2.3 显示控制方案显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。

该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。

LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描89S51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。

2.4 键盘控制方案键盘分为独立式键盘和行列式键盘，独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线，I/O接口线浪费较大，在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一根I/O接口线上，故只在按键数量不多时采用。

而行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通，而是通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。

本设计采用两个按键，所以这里选用独立式键盘。

3 硬件设计3.1 89S51单片机的简介89S51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。

89S51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：图3.1 单片机内部结构示意图 1、中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

2、数据存储器(RAM)89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM 只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

3、程序存储器(ROM)89S51共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。

4、定时/计数器：89S51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

5、并行输入输出(I/O)口：89S51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

6、中断系统89S51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

3.2 89S51单片机的引脚89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89S51有40条引脚, 与其他51系列单片机引脚是兼容的. 这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分. 89S51单片机为双列直插式封装结构, 如图3.2所示.图3.2 89S51引脚分配图89S51单机的电源线有以下两种：（1） VCC：+5V电源线。

电源线（2） GND：接地线。

89S51单片机的外接晶体引脚有以下两种:（1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。

采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。

（2） XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。

采用外部振荡器时，该引脚悬空。

外接晶体引脚。

控制线 89S51单片机的控制线有以下几种： （1） RST ：复位输入端，高电平有效。

（2） ALE/PROG ：地址锁存允许/编程线。

（3） PSEN ：外部程序存储器的读选通线。

（4） EA/Vpp ：片外ROM 允许访问端/编程电源端。

3.3 89S51单片机复位方式单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位. 复位的作用是使中央处理器CPU 以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.89S51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST 引脚高电平两个机器周期,单片机即复位. 复位后,PC 程序计数器的内容为0000H,片内RAM 中内容不变. 复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.a.上电复位电路b. 手动复位电路c. 自动复位电路图3.3 单片机复位电路3.4 74LS244的功能74LS244是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图3.4所示，G1KR C为控制端，又称为使能端其工作原理如下：当G=0时，A 输入为低电平时，Y 输出也为低电平。