基于MCS-51系列单片机的交通灯控制系统的设计与实现毕业论文.doc

本科毕业设计（论文）论文题目：基于MCS-51系列单片机的交通灯控制系统的设计与实现学生姓名： 学 号： 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 指导教师： 完成日期： 2012年5月20日2基于MCS-51系列单片机的交通灯控制系统的设计与实现内 容 摘 要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，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，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，还应该根据具体硬件结构，以及针对应用对象特点的软件结合，加以完善。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。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89S51为中心器件来设计交通灯控制系统。本文介绍的交通控制系统除了具有一般的红绿灯显示功能外，还具有时间显示功能，以及倒计时功能，以方便人们出行，此系统实用性强、操作简单、扩展性强。设计中首先运用KeilC51对编写的程序进行调试，并利用Proteus7软件对交通灯控制器进行了仿真，实现系统运行所要求的功能。该设计方法对学习单片机设计开发具有代表性。关键词：单片机 交通灯 控制器 定时Based on MCS-51 series microcontroller traffic light control system design and implementationAbstractWith the rapid development of science and technology in recent years, the application of the microcontroller is constantly deepening, while driven by the traditional control to detect the rapid update.In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often a core component to use only SCM knowledge is not enough, you should also be improved according to the structure of the specific hardware and software combination for the application object characteristics. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling Dealers lane, methodical. Rely on to achieve this orderly order? Rely on automatic command system of traffic lights. Traffic signal control. The system uses the MSC-51 series microcontroller AT89S51-centric devices to design a traffic light controller. This article describes the traffic control system in addition to general traffic light display also has a time display function, countdown function to facilitate the travel of people, this system practical, simple operation, and scalability. First use of KeilC51 design debugging of programs written in, and use Proteus7 software simulation of the traffic light controller to achieve the required functions of the system is running. The design method to study single-chip design and development representative.Keywords: Single-chip microcomputer Traffic lights Controller Timing35目 录序言1一、绪 论2（一）开发交通灯控制系统的目的和意义2（二）选题背景2（三）国内外交通控制系统的研究现状31.交通控制存在的问题32.交通控制系统的发展方向43.PLC交通灯系统与单片机交通灯系统的比较4二、交通灯系统方案论证6（一）设计任务6（二）方案选择6三、交通灯系统硬件设计9（一）系统构成9（二）芯片选择101.AT89S51芯片102.LED数码管显示123.交通灯控制线路图13四、交通灯系统软件设计14（一）显示数字模块14（二）延时模块15（三）中断模块16（四）循环模块17五、交通灯系统的实现21（一）实验平台21（二）实验步骤22（三）仿真调试22六、设计总结26致谢27参考文献28附录29序言 由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能，成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，语气配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善。因此，可以极方便的利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。 今天，红绿灯安装在各个路口上，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世纪就已经出现了。 1914年，电气启动的交通灯出现在美国。这种交通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”。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，面对黄灯的车辆不能越过停车线，如果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1。 当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与单片机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等交通管理方面带来技术革新。随着大规模集成电路和单片机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，交通灯智能控制是现代交通管理发展的一个主流方向。 中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。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，而且更加节约资源，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。一、绪 论（一）开发交通灯控制系统的目的和意义随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地，我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起，买私家车不再是梦想。但是，私家车、公交车的大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。放眼现在的中国，如广州、北京、上海等大都市，无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展，交通事业决不能停步不前。有及于此，我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的，作出相应的改善。本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，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，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。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。兼于此，特用单片机设计此电路。交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。为此，采用MCS-51系列单片机AT89S51为中心器件来设计交通灯控制电路，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的PI口设置红绿灯燃亮的时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示，三种颜色灯交替点亮以及紧急情况下的中断处理功能。（二）选题背景 由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。 对交叉口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题，是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施，是解决城市交通问题的有效途径。所以，改变和完善我国现有的交通系统已成为当务之急。 交通灯信号灯的出现是人类历史上的一次重大改革，使人类的聚居生活，产生了深远的影响。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。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。 在今天，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C5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制。（三）国内外交通控制系统的研究现状 当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市交通控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。 在信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。最近几年，国内外仍偏向于引进自适应理论来对交通灯控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的PHODES。 我国交通领域的发展起步较晚，基本上从新中国建国以后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的，主要引用国外的交通控制系统。各级交通管理部门通过技术引进和自主创新，在中国部分大中城市里，摒弃就有的控制方式，一些先进的控制技术得到应用。虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不少差距，但部分领域技术水平已经处于世界先进位置。目前，我国交通控制系统已不单单是对交叉口信号灯进行控制，而是集交叉口信号的控制盒干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通灯，实现区域信号控制盒城市高速公路集成控制。1 交通控制存在的问题目前，城市交通控制还存在如下问题：（1）随着城市机动车增长速度加快的同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市尤其是大城市道路交通出现问题的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。（2）出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。（3）交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆、道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术、信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。 针对我国城市交通运输的现状和存在的问题，应采取如下对策：借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等。2 交通控制系统的发展方向 综合分析国内外先进的城市交通控制系统，结合我国城市道路及交通的实际情况，同时也对今后城市交通与道路建设的发展的前瞻性考量，我国道路智能交通控制系统的发展模式应具有如下功能：（1）多模式化。首先从系统结构上吸收集中式SCOOT、分布式SCAT等智能交通系统的长处，在控制范围内各个区域采用灵活可转换的系统结构，使系统结构根据交通流的区域变化而改变。此外，充分根据不同地区实时交通情况，对路口能力最大、延迟时间最短等作为遴选不同系统的参考标准。（2）智能化。随着信息技术的高度发展，作为道路交通控制系统所承担的工作不仅仅是对交通流的引导，更承担了诸如为车辆提供道路交通信息的职能，利用对车辆的CPS诱导，使道路通行更加顺畅。（3）最优化。随着计算机技术和优化理论的发展，模型算法的求解和交通模型的建立就有可能获得最优解并建立最佳模型。当我们建立整个交通路网的动态交通分配模型和整体优化模型并求最优解，从而达到对路口的控制参数进行调整进而实现某个地域范围内对交通流进行动态协调控制就成为可行。（4）规整化。任何控制系统都是立足于具体的道路和交通条件，所以采用道路的方法和疏导交通流的方法对控制系统会有很大的参考作用。我国在建立完整的道路交通控制系统之前，必须针对道路状况和交通流做出若干种交通疏导预案和道路使用预案，从而使交通和道路更加规整。（5）通用性和模块化。根据计算科学的发展，我国在制定和实施智能交通控制系统时必须在硬件设计和软件编程上采用通用化和模块化，有利于将来的逐步升级和换代。3 PLC交通灯系统与单片机交通灯系统的比较交通控制系统有许多方案：PLC交通控制系统、单片机交通控制系统等。（1）PLC具有以下特点PLC （Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器，是工业控制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。具有光电隔离的输入输出端子，可代替大量的定时器、记数器、继电器，具有极高的可靠性。通过各种扩展模块，可增加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通信协议等，具有较高的使用灵活性。PLC包括操作系统及强电的光电隔离的输入/输出，方便应用并具有极高的可靠性与抗干扰能力、扩展能力及使用方便性。但是相对于它强大的功能而言，价格也是十分昂贵的。（2）单片机具有以下特点单片计算机是将电子计算机的基本环节,如:CPU,存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅基片上。由于单片计算机体积很小(仅手指般大小),功能强(控制功能强大、指令简单等),它还具有抗干扰性强、可靠性高、电磁辐射小、更新换代速度慢等优点，因而广泛用于电子设备中作控制器之用。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策、机构、体制、管理、收费价格、基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。单片机具有抗干扰性强、可靠性高、电磁辐射小等优点，但是它的价格相对于PLC来说就便宜的多。因此，本文中采用单片机作为交通灯控制系统。二、交通灯系统方案论证（一）设计任务东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯指挥车辆和行人安全通行。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示允许通行。红灯的设计时间为60秒，绿灯的设计时间为40秒，左转绿灯的计时时间为20秒。本系统利用单片机的定时器定时，控制十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示时间。把设计任务细化为四个状态，其对应状态，如图2-1所示：东西道为60秒红灯，南北道为40秒绿灯 东西道为20秒红灯，南北道为20秒左转绿灯东西道为40秒绿灯，南北道为60秒红灯东西道为20秒左转绿灯，南北道为20秒红灯 图2-1 状态转换图整个交通灯设计任务由四个状态组成，可以用程序设计实现。（二）方案选择 方案一：采用分模块设计思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选用一个单片机，其内部为一个十六位计数器，模块化后，通过设置和程序清除来实现状态的转换，由于每一个模块的计数都不相同，各个模块是以预置数和计数器计数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块。置数模块的主要功能为：对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数，如表2.1中东西道和南北道,分别为主干道的置数选择和次干道的置数选择。以主干道为例，简述其设计思想。如前分析，已经确定该系统有四个状态，而置数子模块要将下一状态的预置数准备好，所以很容易得到主干道的置数表，如表2-1所示：表2-1 置数表状态主干道预置数次干道预置数006040012020（左转）1040601120（左转）20 通过表2-1得出可以利用程序循环的方法设计该模块，主要思想是通过数据判断指令和跳转指令实现，由主控制器计时和中断产生的四个状态去译码，从而得到不同的输出，也就是预置数。由上分析得出可以用一个计数器和跳转指令去完成预置数，而红绿灯的显示也是一样，由状态分析可以得出红绿灯的变化表，如表2-2所示：表2-2 红绿灯变化表状态主干道灯显示次干道灯显示00红灯绿灯01红灯左转绿灯10绿灯红灯11左转绿灯红灯通过表2-2可以得出用组合电路能实现该功能。使用数据选择器的思想，在本系统中，直接通过门电路的译码。接下来就是计数模块，它主要的功能为：要从预置数开始递减计数，一个状态结束，通过判断，通知主控制模块，使之进入下一模块。还有一个必须考虑到的就是预置数必须在下一个状态来之前准备好，而红绿灯的状态变化，必须和计数状态同步，于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化。所以，系统中的两个状态转换时，在上一状态结束时设置预置数，而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化，体现在要有两组电路去判断符合的状态。方案二：方案二设计状态的转换表，如表2-3所示：表2-3 状态转换表状态主干道灯显示次干道灯显示00红灯绿灯01红灯黄灯10绿灯红灯11黄灯红灯本方案分三步：（1）要建立三路信号灯的控制系统，本设计采用7408芯片通过组合逻辑控制三路灯的显示关系。（2）建立显示控制系统，本设计采用74190芯片倒计时控制，每个方向用两片来相连实现。另外使用74153芯片，因为设置的时间末位均为5，所以只要用一片74153 对高位置位，将低位的初值预置锁定为5，而高位则根据需要由反馈部分提供预置值。（3）建立反馈和细节连接部分，本部分主要解决显示和灯控的同步问题。本系统采用倒计时系统减为0，如当系统减为0时通过两个D触发器得到两个变量，也就是前面分析中的状态，通过它的变化可以得到不同的逻辑关系来驱动74153控制哪组灯亮（对应关系如表2.3所示），另外它还要同步反馈到显示系统的置数环节。综上所述，方案一采用了分模块设计，在设计上显得较简单，设计纯朴，便于测试。方案二采用的是一般设计，首先将许多逻辑关系简化到极点，而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能。相比之下方案一有较强的可读性和较强的可修改性。因此，交通灯控制系统最终的设计应该使用方案一所述的分模块化设计。对工程设计人员来说，采取分模块设计的产品无论从维修上还是升级上考虑都有好处。三、交通灯系统硬件设计（一）系统构成 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 在MCS-51系列单片机中，有两个子系列：51子系列和52子系列。每个子系列有诺干中型号。51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号；52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80c52/87c52、80c32。改进后的型号更加省电。52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89S51等2。 单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成。它把运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。 通常，单片机由单个集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可以构成一个单片机控制系统。 单片机经过1、2、3代的发展，目前正朝着高性能和多品种方向发展。它的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚越来越多功能化。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。它主要是作为控制部分的核心部件。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师3。本系统的主要元件包括：电路板，AT89S51单片机，7SEG-MPX2-CC数码管， 按钮，二极管，LED灯，电阻，排阻，扬声器，交通灯。交通灯系统的结构框图，如图3-1所示：LED显示模块 接口电路键盘控制返回AT89S51单片机系统图3-1 系统结构框图系统各部分工作：(1)程序设置初始时间，通过AT89S51单片机内部相应寄存器来实现。(2)由AT89S51单片机的定时器每秒钟通过P3.0口输出显示红灯、绿灯、左转绿灯的点亮时间情况；由AT89S51的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6口显示每个灯的点亮情况。(3)AT89S51通过程序设置各个信号灯的点亮时间，通过程序设置红灯、绿灯、左转绿灯的时间依次为60秒、40秒、20秒循环，由AT89S51的 P0口输出。(4)AT89S51本身集成了看门狗指令，当系统出现异常，看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输出，引起RESET复位信号复位系统4。（二）芯片选择 1.AT89S51芯片选用的AT89S51用于实现系统的总的控制，其主要功能列举如下：（1）、为一般控制应用的8位单片机；（2）、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至33MHz）；（3）、内部程式存储器（ROM）为4KB；（4）、内部数据存储器（RAM）为128B；（5）、外部程序存储器可扩充至64KB；（6）、外部数据存储器可扩充至64KB；（7）、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制；（8）、5个中断向量源；（9）、2组独立的16位定时器；（10）、1个全双工串行通信端口；（11）、8751及8752单芯片具有数据保密的功能；（12）、单芯片提供位逻辑运算指令5。 图3-2 AT89S51引脚图 主电源引脚（2根）VCC：AT89S51电源正端输入，接+5V。GND：接地线。 外接晶振引脚（2根）XTAL1：片内振荡电路的输入端XTAL2：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4根）RST：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。EA/Vpp：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。ALE/PROG：地址锁存允许信号。PSEN：外部存储器读选通信号。 可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路电极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一组完整的16位地址总线，而定位地址到64K的外部存储器空间。 P1口（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS的 TTL负载，同样地，若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发引脚。 P2口（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当作I/O来使用了。P3口（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、定时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能6。2.LED数码管显示考虑到成本问题，显示电路采用常用的74LS164驱动LED比较实用（74LS164是TTL八位串行入/并行输出移位寄存器）。串入并出移位寄存器，在每个时钟的上升沿采样数据。使用的时候用一个I/O口做数据线串行输入再用一个口做时钟来拉高拉低控制采样数据即可7。LED（Light Emitting Diode），中文名发光二极管，从模拟电子技术的角度解释，它是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元排列组成的平面式显示屏幕。它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。较LCD显示器相比, LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势8。LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是：共阴，输出高电平数码管为亮,而共阳则应输出低电平使数码管亮。共阳需要把公共端接高电位，用低电平控制；共阴的则是把公共端接低电位，用高电平控制。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将"b"和"c"段接上正电源，其它端接地或悬空，那么"b"和"c"段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。其它字符的显示原理类同。LED显示图，如图3-3所示：图3-3 LED显示图3.交通灯控制线路图交通灯控制线路图，如图3-4所示： 图3-4 交通灯控制线路图四、交通灯系统软件设计（一）显示数字模块显示数字模块包括发光二极管模块和LED倒计时显示子模块。程序中开始是先定义发光二极管的I/O口，接着设定各个状态量发光二极管的状态数组。第三，运行main主函数，调用主函数里的while循环，while循环语句再通过display函数来显示各个状态下各个发光二极管的状态。其流程图如图4-1所示：定义发光二极管的I/O口While（）循环调用显示控制函数display（）设定各个状态量数组调用状态数组赋值完成发光二极管显示进入main函数里的while（）循环图4-1 数字显示模块流程图核心代码如下：voidDisplay(void) P0=tableTime_EW%10;/东西通行时间显示EW_LED2=0;Delay(2);EW_LED2=1; P0=tableTime_EW/10;EW_LED1=0;Delay(2);EW_LED1=1;P0=tableTime_SN%10;/南北通行时间显示SN_LED2=0;Delay(2);SN_LED2=1; P0=tableTime_SN/10;SN_LED1=0;Delay(2);SN_LED1=1;P0=tableEW1%10;Time_Show_LED1=0;Delay(2); Time_Show_LED1=1;P0=tableEW1/10;Time_Show_LED2=0;Delay(2); Time_Show_LED2=1; （二）延时模块在遇到紧急事件时，通过按钮紧急情况们可以发出蜂鸣声，同时通过按钮时间加时间减来改变红绿灯秒数。图4-2 紧急情况，时间加时间减的按钮的电路图相应代码如下：voidDelay(uchar a)uchari;i=a;while(i-);void delay60s( ) /进行紧急事件处理,数码管显示00,蜂鸣器发声. unsigned char h,i,j,k; for(h=15;h>0;h-) for(i=20;i>0;i-) for(j=100;j>0;j-) for(k=5;k>0;k-) P2=0x11; /南北、东西方向红灯均亮 Speaker=!Speaker; P0=0x3f; /数码管显示00 P1=0xf0; （三）中断模块 定时中断子程序是本设计的重点，负责完成数码管输出数据刷新和各个状态的处理切换。中断子程序包括数码管输出数据刷新程序和各状态处理程序。中断时指中央处理器CPU正在执行程序，处理某件事情的时候，外部发生了某一件事情，请求CPU马上处理，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生