模拟交通灯（本科毕设）.doc-资料库

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摘要本课题以 ATMEL 公司设计的 AT89C51 单片机，以英国 Labcenter Electronics 公司开发的 EDA 工具软件——Proteus 为仿真平台进行仿真，联合第三方软件进行联合仿真，而该第三方软件是由德国 Keil 公司出品的 51 系列兼容单片机软件开发系统，该系统支持 C 语言和汇编语言。与传统的实验方法相比，利用计算机进行仿真能够清楚的看到各个关键部件的参数，效率高、速度快、免去了采购的麻烦。本文首先介绍了单片机的应用背景和意义以及国内外的一些研究进展。接着对单片机总体上进行了概述，讨论了 8051 系列单片机的结构、特点、发展和实际应用，建立了 51 系列单片机的基本框架。然后对模拟交通灯的重要组成部分—— 时钟电路和重要程序段进行了探讨。在此基础上，进行了模拟交通灯的设计。该部分阐述了模拟交通灯的设计方案，并给出了各功能模块的详细设计以及将各模块按照交通灯总体的功能集成。最后对模拟交通灯进行了系统测试，对其系统性能做了分析。结果表明，本文所设计的模拟交通灯能够满足一般的十字路口，具有定的实际使用价值。关键词：AT89C51；单片机；交通灯

Abstract The topics to ATMEL Corporation AT89C51 micro-controller design to the British Labcenter Electronics’s EDA tools - Proteus simulation platform for the simulation, the joint third-party software co-simulation, and the third-party software is produced by the German company's 51 Keil SCM Series compatible software development system that supports C and assembly language. Compared with the traditional experimental methods, using computer simulation can clearly see all the key components of the parameters, high efficiency, speed, eliminating the need for procurement of trouble. This paper describes the background and significance of SCM applications, as well as some domestic and international research. Then on the whole, provides an overview of SCM, 8051 discussed the structure, characteristics, development and practical application, to establish a basic framework for 51 computers. Then simulated an important part of traffic lights - Clock circuit and important program segment discussed. On this basis, simulated traffic light design. The simulation describes the design of traffic lights, and gives the detailed design of each functional module and the module will function in accordance with the overall integration of traffic lights. Finally, simulation of traffic lights for the system test, can do their systematic analysis. The results show that the simulation is designed to meet the normal traffic light intersection, a set of practical value. Key words: AT89C51;MCS-51;Traffic lights

目录第 1 章概述 2 1.1 模拟交通灯背景 2 1.2 模拟交通灯的意义和发展 2 1.3 本研究的内容与技术路线 3 第 2 章 MCS-51 系列单片机介绍 4 2.1 MCS-51 单片机的外部特性 4 2.2 MCS-51 单片机内部结构 6 2.3 AT89C51 介绍 13 2.4 本章小结 14 第三章 MCS-51 单片机指令系统及程序设计 15 3.1 MCS-51 单片机指令系统简介 15 3.2 寻址方式 15 3.3 MCS-51 单片机指令系统 16 3.4 程序设计 17 3.5 本章小结 18 第 4 章 Proteus 仿真系统介绍 19 4.1 Proteus 仿真平台简介 19 4.2 Proteus 的基本操作 20 4.3 Proteus 与第三方软件接口 21 4.4 本章小结 22 第 5 章基于 AT89C51 单片机模拟交通灯的设计 23 5.1 方案设计 23 5.2 硬件设计 23 5.3 软件设计 28 5.4 仿真与测试 29 5.5 本章小结 32 结论 33 参考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。附录：错误！未定义书签。

概述在日常生活中，交通信号灯的使用使得各交通路口得到有效的管理，对于疏导交通流量、提高道路通信能力、减少交通事故起着至关重要的作用。随着我国人民经济生活水平的提高，汽车的数量肯定也是日益增多，交通灯也因此显得更为重要。本文所设计的模拟交通灯控制系统由 51 系列单片 AT89C51 单片机、LED 显示器等组成，基于 Proteus 与 Keil 联合平台实现模拟仿真。系统除具有基本的交通灯功能外，还具有 LED 信息显示等功能，实现交通路口的有效控制[1]。模拟交通灯背景当今社会，红绿灯安装在个个交通路口上，已经成为交通车辆最常见和最有效的控制手段，交通灯控制车辆这一手段早在 19 世纪就已经出现。 1858 年，在英国伦敦主要街头首先安装了以燃煤为光源的红、蓝两种颜色的机械扳手式信号灯，用于指挥马车的通信，在当时是世界上最早的交通信号灯。十年以后的 1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特的会议大厦前的广场上安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿灯构成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”，以旋转的方式进行信号切换。电气驱动的红绿灯首先出现在美国的克里夫兰市，这种交通灯由红黄绿三种颜色组成，红色灯亮表示“停止”、黄色灯亮表示“注意”、绿色灯亮表示“通行”。这种交通信号表示方法一直沿用至今。信号灯的出现使交通得到有效的管理，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的效果。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。通行信号灯为绿灯时，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，左右转弯车辆必须让合法的正在路口内行驶的车辆和在人行横道上的行人优先通行；红灯表示禁止通行，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车；黄灯表示警告，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口。模拟交通灯的意义和发展红黄绿交通灯改变了交通要道混乱的局面，提高了道路的通信能力并减少了交通事故，从某种意义上说是人类交通史上一大进步。但是模拟交通灯并没停止它的发展，从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，再到近代采用的计算机控制，最终到现代化的电子定时。交通灯在科学技术的不断更新中也在马不停蹄更新、发展和完善自己。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。

本研究的内容与技术路线本文对 MCS-51 系列单片机应用系统、Proteus 和 Keil 软件的进行了介绍，围绕基于 ATMEL 公司开发的 AT898C51 单片机，借助于 Proteus 与 Keil 进行仪器的仿真测试。主要利用 Keil 软件进行模拟交通灯的源代码程序的编写并生成单片机所需的十六进制文件 HEX，同时利用 Proteus 软件进行交通灯电路的仿真，并根据其特点查看各器件运行参数进行调整，如电阻的大小，电容的大小等，使得交通灯能够流畅的运行于各种环境下。本文所做的主要工作为： (1)介绍了 MCS-51 单片机的概念和特点。 (2)介绍了 Proteus 和 Keil 如何进行联合仿真运行测试，并成功实现模拟交通灯仿真。本文技术路线：图 1-1 技术路线学习现行交通灯方案拟定交通灯开发方案根据方案设计硬件电路程序设计实验调试

第 2 章 MCS-51 系列单片机介绍微型计算机的出现是电子数字计算机广泛应用到人们日常工作和生活领域中去的一个重大转折点。它已深入应用到非微型计算机所无法应用的领域，对社会产生了极大的影响。单片微型计算机是微型计算机发展的一个重要分支，它以其独特的结构和性能，越来越普遍应用到国民经济建设的各个领域。 2.1 MCS-51 单片机的外部特性 MCS-51 系列单片机的外型封装有两种方式，双列直插式封装（PDIP）和方型封装（PLCC、MQFP）。8051、8031、8751 的 40 条引脚均采用双列直插式封装。80C51BH、80C51BH 也有采用方型封装的。方型封装有 44 条引脚，但其中 4 条引脚（表位 NC）是空脚[2]。 a 直插封装 b 方形封装图 2-1 2.1.1 引脚说明 40 条引脚弄能说明：主电源引脚 Vss（电源地）和 Vcc（正常工作电压+5V）。时钟电路引脚 XTAL1、XTAL2。 XTAL1 片内振荡电路输入端，是外接晶体的一个引脚。 XTAL2 片内振荡电路输出端，是外接晶体的另一端。 A/Vpp 控制信号引脚 RST/VPD、ALE/ RST/VPD 抚慰控制输入/断电时，提供备用电源输入[3]。当振荡器运行时，在此引脚上出现两机器周期的高电平（由低到高跳变）， —— —— —— G、 O R —— E —— P —— P —— S —— E —— N 和 —— 使单片机复位。

在 Vcc 掉电时，此引脚可接上备用电源，由 VPD 向片内 RAM 提供备用电源，以保持片内的 RAM 中的数据不丢失。 —— P —— —— —— R O G允许地址锁存输出/编程脉冲输入。 ALE/ 正常工作时为 ALE（允许地址锁存）功能，提供把低字节地址锁存到外部锁存器的信号。ALE 引脚以不变的频率（振荡频率为 1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它还可对外输出时钟信号，或用于定时目的。 —— E —— N 片外程序存储器读选通信号输出。 —— —— S P —— —— A/Vpp 片内、片外程序存储器选择输出/编程电压输入。 E —— E 当 A 为高电平时，访问片内程序存储器（程序计数器 PC 值小于 4KB）；当 —— —— —— E A/为低电平时，则访问外部程序存储器。输入/输出（I/O）端口引脚 P0.0~P0.7、P1.0~P1.7、P2.0~P2.7、P3.0~P3.7。 4 个 8 位端口的特性：不能都用作用户的 I/O 口，除 8051、8751 外真正可归用户使用的 I/O 口只有 P1 口以及作为第一功能使用时的 P3 口。 I/O 的负载驱动能力：P0 口的每条口线能以吸收电流方式驱动 8 个 TTL 电路。P1、P2、P3 口均只能驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 电路。 P3 口具有双重功能，其第二功能如下表 1：表 2-1 P3 口的第二功能端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0'（外部中断 0 输入线） INT1'（外部中断 1 输入线） T0（定时器 0 外部输入） T1（定时器 1 外部输入) WR'（外部数据存储器写选通信号输出） RD'（外部数据存储器读选通信号输出） 2.1.2 外部总线由于单片机本身硬件资源有限，在比较复杂的应用场合，其内部资源（如存储器、I/O 口或中断源等）往往显得不足，甚至相差很远，这就需要进行外部扩展（尤其是低档的 8031，它片内没有程序存储器，且只有 P1 口可供用户作 I/o 口，所以，一般情况下，也很难满足要求）。为满足系统扩展要求，MCS-51 单片机系统采用三总线结构，通过三总线和外部扩充部件相连。三总线分别为地址总线、数据总线和控制总线[4]。

（1）地址总线（AB）宽度为 16 位，因此，对外接存储器可直接寻址范围 64KB。16 位地址的高 8 位由 P2 口直接输出（A15~A8），P0 口输出低 8 位地址（A7~A0），在允许地址锁存信号 ALE 作用下，将该低 8 位地址锁存到外部地址锁存器中，从而让 P0 口接收数据做准备。P0 是地址/数据共用的端口。（2）数据总线（DB）宽度为 8 位，由 P0 口提供（D7~D0）（3）控制总线（CB）由上述 4 条控制线和 P3 口的第二功能状态组成。 2.2 MCS-51 单片机内部结构一台性能优良的虚拟仪器不仅以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、机多用、重复开发等。与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下优点： MCS-51 单片机是在一块芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能的 I/O 口等一台计算机所需要的基本功能部件。单片机内部包含下列几个部件：（1）一个 8 位 CPU。（2）一个片内振荡器及时钟电路。（3）4KB ROM 程序存储器。（4）128B RAM 数据存储器。（5）两个 16 位定时器/计数器。（6）可寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储器空间的控制电路。（7）32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 端口）。（8）一个可编程全双工串行接口。（9）具有 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 8051 单片机框图如图 2-2 所示。各功能部件由内部总线连接在一起。

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