1、基于51单片机的电子秤系统设计本科学位论文摘 要近年来随着科技的飞速发展，交通灯在交通控制和管理方面起着越来越重要的作用。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？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本设计结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，并给出了一种简单实用的交通灯数字控制的电路设计方案。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：交通灯，单片机，数码显示 AbstractWith the rapid development of science and technology in recent yea
2、rs,The traffic light has becoming increasingly important in traffic control and management.Crossroads shuttle vehicles,pedestrians bustling,car dealers driveway, People walkways,methodical.Then rely on to achieve this discipline of the order of It?Isthetrafficlightsbytheautomaticcontrolsystem.Traffi
3、csignalcontrolmanyways.Based on the actual traffic situation in urban and rural areas,this design expounds the operational principles of control system of traffic light and give a simple and practical circuit design of digital control of traffic light.The system practical,simple,extending strong fun
4、ction.Keywords：Traffic light.Pulse signal generator.Timer,Deconder 摘 要 IAbstract II第1章 绪 论 11.1 课题背景 11.2 目的意义 21.3 技术要求 21.4 本章小结 2第2章 设计方案 3第2章 设计方案 32.1 设计方案选择 32.2 系统总框图 42.2.1 系统框图 42.2.2 整机电路图 52.2.3 系统工作原理 52.3 本章小结 6第3章 AT89S52单片机 73.1 单片机的发展及应用 73.2 AT89S52单片机引脚图 73.3 单片机最小系统 83.3.1 复位电路 83
5、.3.2 晶振电路 93.4本章小结 9第4章 单元电路设计 104.1 驱动电路 104.1.1 74LS245芯片引脚图 104.1.2 74LS245芯片功能 104.2 LED显示电路 114.3 本章小结 13第5章 软件流程设计 145.1 软件设计 145.2 程序流程图 155.3 本章小结 17第6章 系统仿真及调试 186.1 电路调试 186.2 本章小结 18结论 19致谢 20参考文献 21附录1 译文 22附录2 英文参考资料 25第1章 绪 论1.1 课题背景随着经济的不断发展，汽车等代步工具已大大方便了人们的出行及日常生活。然而，交通拥堵问题也成为了急需解决的课
6、题。早先由人站在路上通过手势信号疏导交通，但是随着交通工具的增多，仅仅只依靠人力无法满足交通的需要，因此交通灯被发明，应用，并随之得到了迅速的发展。实践证明，交通灯是疏导交通最常见最有效的方法。交通灯发展至今，已经历了上百年漫长的时间。从最早的手牵皮带式到现在的十字路口交通灯，从稀有到普遍的同时，自动化、智能化，可靠性也得到很大的提高，现今交通灯早已成为维护交通秩序，保障人身安全必不可少的一环。早在1858年，英国伦敦主要街头安装了以然煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车的通行。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
7、，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“通行”。直到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”。而中国最早的马路交通灯诞生在1928年的上海英租界。交通灯的控制方案多种多样，有纯硬件交通灯，PLC控制交通灯，单片机控制交通灯。其中，单片机控制的交通灯兼有成本低、性能较可靠、控制简单等功能，已经得到广泛应用。当前，大量的信号电路正向着数字化、小功率、多样化发展，方便人、车、路三者
8、关系的协调，多值化方向发展。随着社会的发展，城市规模不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素，因此，有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案，而大多数都为交通指挥灯，交通指挥灯也因此得到迅速的发展。1.2 目的意义在道路交通上，交通信号灯对疏导交通，使得交通道路畅通，保证人们出行更加有秩序，最好的节省人们在交通道路上的时间。最重要的是交通灯的存在大大的减少了交通事故的发生保证人们在交通道路上的人身安全。提高了人们的生活质量。所以说交通灯的存在对维持交通秩序和维护交通安全都有着非常重要的意义。单片机控制的交通信号灯与老式交通灯相比，具有计数精确，成本低廉，可靠性高，机动性好等优点，选
9、择性的放行车辆使管理更加人性化，较大程度的提高了车辆通行的效率。1.3 技术要求 用AT89S52单片机控制一个交通信号灯，晶振采用12MHZ。设A车道和B车道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道。设计要求如下：1）用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。2 ）正常情况下，A,B两车道轮流放行，A车道放行50s，其中5s用于警告；B车道放行30s，其中5s用于警告。4）在交通繁忙时，交通信号灯控制系统应有手控开关，可人为的改变信号灯的状态，以缓解交通拥挤状况。在B车道放行期间，若A车道有车而B车到无车，按下开关使A车道放。在A车道放行期间，若B车道有车而A车道无车，按下开关使B
10、车道放行。1.4 本章小结本章介绍了交通灯的背景，目的意义和本课题的技术要求。其中包括了交通灯的产生，交通灯的应用领域，以及在未来的发展中，交通灯的发展方向更趋向于智能化和人性化的特点。同时随着城市化的发展，交通灯在生产生活中占有越来越重要的地位。另外本章也介绍了课题的技术要求和功能指标，交通灯的A、B两条车道的放行状况和当有特殊状态产生时单片机对交通灯的控制。 第2章 设计方案2.1 设计方案选择交通灯的相应的技术指标可以通过数字电路实现，也可以用单片机控制实现，同时也可以通过PLC控制。以下简单介绍对于三种方案的比较和选择。方案一：数字电路实现。数字电路可以用555芯片作为多谐振荡器为整个
11、电路提供秒脉冲，计数器计数，并由译码器将信号送到数码管显示时间。这个方案虽然可行，但是所需要的元器件多，焊接及调试麻烦，且计时不精准，可靠性不高。方案二：单片机控制交通灯。单片机控制交通灯主要由单片机及其晶振电路，复位电路，数码显示电路，红黄绿显示电路组成。这个设计方案硬件电路较为简单，易于连接和调试，机器周期由晶振提供，计时较为精准，并且单片机有内部的定时器，计数器，外部中断资源丰富，有很好的应用价值。单片机成本比较低廉，它同时也具有良好的生产价值。方案三：PLC控制交通灯。由于市场上PLC价格昂贵，由其控制的交通灯多应用于工业生产中，在人们平时的出行中难以得到广泛的应用。综合三种方案的优缺
12、点，由单片机控制交通灯这一方案有很好的应用价值，因此选择方案二。2.2 系统总框图2.2.1 系统框图图2-1 交通灯系统框图如图2-1所示，系统由复位电路，晶振电路，按键电路单片机，驱动电路，LED数码显示电路及红黄绿灯显示电路构成。其中，复位电路为了方便调试，设计了两种复位方式，手动复位及上电复位。由于单片机需要高稳定，高频率的实时脉冲，因此需要晶体振荡器。考虑到延时时间的计算和取材的方便，晶振电路选用12MHz晶振，此时单片机的每个机器周期是1us。单片机选用AT89S52单片机，与其他型号的单片机相比，此型号的单片机在市面上和生产上应用相对广泛，调试和修改程序比较容易，并且其功能和RO
13、M,RAM的大小符合设计的要求。驱动电路用集成模块，信号经过驱动电路放大后送入LED显示电路和两个道口的红黄绿灯显示电路中。在本次设计中，红黄绿灯用三种颜色的发光二极管模拟，紧急情况的检测用开关信号模拟，2.2.2 整机电路图图2-2 交通灯电路图2.2.3 系统工作原理AT89C52在XTAL1和XTAL2两管脚上接晶体振荡器，在晶体振荡器的两端并联两个电容C1和C2，参数为30pF，对震荡频率有微调作用。时间倒计时显示电路采用两位共阴极七段数码管显示。工作时，单片机P1口输出信号控制数码管的显示，P1，P2口则控制十字路口的红黄绿三色交通灯顺序点亮。2.3 本章小结本章介绍了整机电路的设计
14、思想和设计方案。并列出了方框图和整机电路图。在方案的选择里，提供了通过数字电路实现，用单片机控制实现，通过PLC控制交通灯的三种控制方案，对每种设计方案都做了一定的分析，并列出各自的优缺点。整个电路包括单片机，晶振电路，复位电路，驱动电路，数码管显示电路和红黄绿交通灯显示电路这几个方面。在本章对各部分电路都进行了简单的阐述。第3章 系统原理说明3.1 AT89S52单片机3.1.1 单片机的发展及应用单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发
15、展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。1971 Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问
16、世。20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。现在单片机单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。目前单片机已广泛用于智能仪器、工业控制、家用电器、通信领域、医用设备领域、大型电器及汽车设备领域中。而在今后，单片机已明显地朝三个方向发展即：巨型化，单片化，网络化。3.1.2 AT89S52单片机引脚图AT89S52是一个
17、低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。其引脚图如下：图3-1 AT89S52单片机引脚图在本次设计中，单片机P0、P1、P2都用作输入/输出口，其中P0口外接上拉电阻。单片机其他用到的引脚功能介绍如下：RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000
18、HFFFFH），EA 端必须保持低电平。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，CPU 则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1振荡器反相放大器的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。3.1.3 单片机最小系统（1）复位电路复位电路可以实现手动复位和上电复位。图3-2 单片机复位电路上电后，由于电容存在一定的充电时间，使RST持续一段时间的高电平，实现单片机的复位。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。（2）晶振电路晶振采用12MHz晶振，则单片机的机器周期为其倒数，即1
19、us。图3-3 单片机晶振电路3.2本章小结单片机自问世就得到十分迅速的发展，现在单片机已广泛运用与生活生产中，成为电路开发不可缺少的一环。AT89C52单片机是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，与同类产品相比有性价比高，程序写入简单，调试方便的特点。本章介绍了单片机的生产、应用，以及单片机最小系统的搭接和原理。第4章 单元电路设计4.1 驱动电路4.1.1 74LS245芯片引脚图图4-1 74LS245引脚图当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输（接收）； DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输（发送）；当CE为高电平时，A、B均为高阻态。电路中将片选
20、端/CE接地，将DIR置1，信号从单片机的P0，P1或P2口输出，送入A0A7，经74LS245芯片将其放大，从而带动负载，即发光二极管和数码管。4.1.2 74LS245芯片功能74LS245在电路设计中常用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当单片机的数据输出口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。引出端符号的意义为A：A端总线；B：B端总线G：三态允许端（低电平有效）DIR：方向控制端芯片的封装方式为双列直插式封装，其逻辑图如下：图4-2 74LS24
21、5逻辑图极限值：电源电压 7V 输入电压 7V 输出高电平时高组态电压 5.5V 工作环境温度 070 存储温度 -651504.2 LED显示电路LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图4-4是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性
22、不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。交通灯的时间倒计时显示电路采用两位共阴极七段数码管显示。颜色选用红色。共阴极七段数码管引脚图如下：图4-3 七段共阴极数码管引脚图图4-4 共阴极LED数码管的内部结构原理图如图4-4，A，B，C，D，E，F，G，DP分别为七段发光二极管，当其对应引脚1，2，4，5，6，7，9，10高电平时，数码管与其对应的二极管发光。在电路中，将VT端接电源，引脚a，b，c，d，e，f，g，dp接单片机的输出口。当单片机的信号从单片机输出，经由驱动电路放大，再送到数码管的对应
23、引脚时，数码管的这个引脚由低电平变为高电平，则数码管对应的段点亮。位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，也就形
24、成了数码各自显示不同的数字的情况。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，显示数字对应的二进制电平信号如下表所示：表4-1 显示数字对应的二进制电平信号显 示 数 字abcdefg011111101011000021101101311110014011001151011011600111117111000081111111900011014.3 本章小结硬件电路的设计是电路设计中最核心的一环。在交通灯系统中，单片机外围硬件电路设计包括驱动电路和译码显示电路的设计，驱动电路由集成芯片构成，该芯片将单片机输出信号放大并传送给显示电路，令显示电路实现红黄绿三色灯顺序点亮及数码管
25、显示剩余时间。显示电路则由红黄绿三色的二极管模拟交通灯，以及共阴极数码管显示倒计时时间。结论交通灯系统在实际应用中有十分重要的作用。本次设计完成了基于单片机的交通灯的系统模拟。包括通行方案的设计，系统的硬件开发，软件编程与仿真调试等。本系统采用AT89S52单片机和驱动芯片74LS245为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能通过单片机的P1，P2口设置红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示，所剩时间可通过2位数码管显示灯功能。在毕业设计完成的过程中，主要做的工作有：（1）确定交通系统具体的通行方案，规定东西向和南北向车辆的行止状态和时间分配。（2）设计数码显示电路，将P2口做I/O口输出，
26、控制主道和支道的数码管点亮状态，在编程中实现数码管的分别选通和送数显示。（3）了解单片机的应用，设计单片机的最小系统如晶振电路和复位电路，计算单片机的机器周期。（4）完成硬件电路的搭接和调试。（5）完成软件程序的编写和仿真，编写主程序的循环点亮红黄绿灯，按键电路的去抖和中断程序的设计，同时需要设计延时电路的方式和计算其初值。在论文的编写中，主要介绍了交通灯的选题的目的背景意义，单片机的发展应用及引脚功能介绍，电路的设计和调试，软件的设计及编写等。另外，也涵括了国内外文献综述，外国文献摘录和译文等资料。本次设计所做的准备充足，涉及到的内容比较全面。在设计上实现了交通的智能控制，同时还有路段选择性
27、放行和紧急车辆通过的设计，与以往的交通灯比更加人性化。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。致谢经过一段时间忙碌的工作，本次毕业设计结束了，毕业设计能够顺利的完成，离不开各位老师以及同学们的关心和帮助。在这里首先要感谢我的指导老师林玉江老师。林老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予了我悉心的指导和耐心的讲解。由于我经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，林老师细心地纠正我们的错误，自始至终关
28、心督促毕业设计进程和进度，帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。还不断向我们传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向，使我在毕设过程中少走很多弯路。毕业设计能够顺利完成离不开林老师指导。其次要感谢在毕业设计阶段给我提出宝贵意见的各位电子信息工程学院的老师们，老师在工作之余热心解答我的疑问，并提供了许多设计和搭接电路时需要用到的资料和工具，老师们的指导和帮助为我的毕业设计提供了极大的方便。在此，我也要真诚的对电信学院的老师们说一声，谢谢您。再次要感谢身边的同学们，他们在本次设计中给了我很多的鼓励和帮助，如各种资料的下载和共享，热心的帮助和探讨我所不懂的问题，另外在设计遇到困难时也是他们首
29、先毫无保留的给予帮助和支持。最后要感谢学院给我提供了一次很好的实践机会，在这次毕业设计期间，无论是从技术上还是从对环境的适应能力上来讲，都对我今后的学习打下了一个良好的基础，通过这次设计，将大学期间所学的知识应用到了实际的电路设计中，在以后的工作和学习中，解决问题和学习更多的知识时必将更加得心应手。由于我的学术水平有限，本次的设计难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正参考文献1 高宏志编著.MCS-51单片机原理及应用技术教程.北京邮电出版社，20092 杨居义.单片机课程设计实例教程.清华大学出版社，20104 杨素行编著.模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社，20095 余锡存.
30、单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社，20016 张毅坤. 单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社， 1998 7 雷丽文 等.微机原理与接口技术M.电子工业出版社，1997.28 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用.天津大学出版社，2001.39 徐惠民、安德宁. 单片微型计算机原理接口与应用.北京邮电大学出版社，199610 何立民. 单片机高级教程.北京航空航天大学出版社，200111 夏继强. 单片机实验与实践教程.北京航空航天大学出版社，200112 郭磊. 电能质量实时监测装置的研究与设计D. 西安科技大学出版社， 200813 张娟. 单片机原理及接口技术M. 广西大学，200514 陈森. 单片机高级教程. 南京理工大学，200415 AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec16 Yang. Y., Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 203617 Vizimuller,
