单片机学习者交通灯图

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设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管， 在南北方向也有两个数码管。 要求交通灯按照表 1进行显示和定时切换，并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。

1:系统设计

（1）任务分析与整体设计思路

试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。

计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时 1 秒中的功能。当计时每到 1 秒钟后，东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。当暂存剩余时间的变量减到0 时，切换到下一个状态，同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态，如此循环重复执行。

动态扫描：需要使用4 个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位” ，用动态扫描的方式在数码管中显示。整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时 1S则相应状态的剩余时间减 1，一直减到 0时触发下一个状态的开始。

（2）单片机型号及所需外围器件型号，图1 交通灯硬件电路原理图

选用MCS51 系列AT89S51 单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成 8位显示模块，由于 AT89S51 单片机驱动能力有限，采用两片 74HC244 实现总线的驱动，一个 74HC244完成共阴极数码管位控线的控制和驱动，另一个 74HC244完成数码管的 7 段码输出，在 7段码输出口上各串联一个 100 欧姆的电阻对 7 段数码管限流。用 P3口的 P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显示， 每个发光二极管串联 500欧姆电阻起限流作用。 硬件电路原理图如图1 所示。

（3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程

①单片机资源分配

单片机 P3口的 P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。在计时模块中，需要定义两个数组变量（init_sn[3]，init_ew[3])来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值， 题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态， 因此数组元素个数为3。 还需要定义两个变量( cnt_sn, cnt_ ew)暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn, state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时， 状态变量增 1， 表示启动下一个状态，当该变量增到3 时变为0，回到序号为 1的状态。

②程序设计思路

在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。主程序将变量初始化之后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为 8位自动装载模式，定时器每隔250us 产生一次溢出。在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现， 在中断服务程序中， 每计时到一秒时，则各方向当前状态的剩余时间减1，一直减到 0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。

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