智能交通灯模拟控制电路实验报告

智能交通灯模拟控制电路实验报告

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（指导老师：李赣平）

一．设计任务

利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。

二．设计方案 2.1任务分析

模拟交通灯控制器就是使用单片机来控制一些LED和数码管，模拟真实交通灯的功能。

2.2 方案设计

单片机的 I/O 接口直接和交通灯（LED）连接。在十字路口的四组红、黄、绿 三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两 组同色灯连接在一起，受单片机 P0.0～P2.3 口控制。12 个发光二极管采用了共阳极的连接方式，因此 I/O 口输出低电平时，与之相连的 LED 会亮，I/O 口输出高电平时，与之相连的 LED 会灭。 软件方案

根据设计要求，软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。程序流程图如下

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程序流程图

开始东西南北均为红灯，延时4s南北为绿灯，东西为红灯，延时10s南北绿灯闪烁6次南北黄灯亮2s东西南北均为红灯，延时1s东西为绿灯，南北为红灯，延时10s东西绿灯闪烁6次东西黄灯亮2s东西南北均为红灯，延时1s

II

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（1）单片机的构造

89SC51 的基本结构 89SC51 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单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明。

中央处理器：中央处理器是8 位 CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。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的工作，完成运算和控制输入输出等操控。

数据存储器（RAM） ： 数据存储器（RAM）有128KB 数据存储器（RAM，可再扩 64KB）和特殊功能寄存器 SFR。 89C51内部有128个 8 位用户数据存储单元和128个寄存器单元，他们是统一编址的，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自定义的字型表。

程序存储器（ROM）：程序存储器（ROM）有4KB 的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可扩至 64KB）； 89C51共有4096个8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

定时/计数器（ROM）：89CS51 有两个16 位的可编程定时/计数器，一时想定时或计数产生中断用于控制程序转向。

并行输入输出（I/O）：89C51 共有 4组8位 I/O 口（P0、P1、P2 或 P3） ，用于对外数据传输。

中断系统： 89C51 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 级优先级别选择。 时钟电路：时钟电路：89C51内置最高频率高达12Hz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但89C51单片接外置振荡电容。

单片机的结构有两种类型：一种是程序存储器和数据存储器分开的形式， 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。

89C51单片机的时钟：89SC51 内部有一个高增益反相放大器，用于构成振

III

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荡器，但要形成时钟脉冲，外部还需附加电路。89SC51 的时钟产生方法有以下两种。

a. 内部时钟方式 利用芯片内部的振荡器， 然后在引脚 XTALl 和 XTAL2 两端跨接晶体振荡器 （简称晶振），就构成了稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，Cl 和 C2 的值通常选择为 30pF 左右；Cl、C2 对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在 1.2MHz～12MHz 之间选择。为了减小寄生电容，更好 地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机引脚 XTALl 和 XTAL2 靠近。

b. 外部时钟方式 此方式是利用外部振荡脉冲接入XTALl 或 XTAL2。

（2）其他电路

复位电路

为了确保控制系统能够稳定可靠的工作，复位电路是必不可少的一部分。 它可以保证程序从指保证程序从指定处开始执行， 即从程序存储器的 0000H 地址 单元开始执行程序。 另外当程序运行出错或操作错误使系统处于死机状态时需复 位以重新启动。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电实现的。通电时，电容两端相当于短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容进行充电，RST 端 RST RST 电压慢慢降下来，降到一定程度时变为低电平，单片机正常工作。

晶振电路

单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。AT89C51 单片机内部具有一个 AT89C51 时钟振荡电路，只需要外接振荡器，即可为各部分提供时钟信号。 使用晶振电路时，只要在引脚 XTAL1 和 XTAL2 上外接定时反馈回路，振荡器 OSC 就能自激振荡，产生矩形时钟脉冲序列。定时反馈回路常由石英晶振和微 调电容组成， 其中石英晶振的频率是单片机的重要性能指标之一， 时钟频率越高， 单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。该电路是用 12MHz 的石英 晶振和两个 30p 的电容器。石英晶振的频率选为典型值 12MHz，这样有得于得到 没有误差的波特率。电容器 C2 和 C3 是起稳定振荡频率、快速起振的作用。

IV