單片機課程設(shè)計——交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告單片機課程設(shè)計報告交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要本設(shè)計是針對交通燈系統(tǒng)的設(shè)計，由單片機AT89C51（實物用AT89S52）、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。單片機是把微型計算機的各功能部件集成在一塊芯片中，構(gòu)成的一個完整的微型計算機。AT89C51單片機是MC-51中的子系列，是一組高性能兼容型單片機，AT89C51是一個低功耗高性能的CMOS 8位單片機，40個引腳，片內(nèi)含4KB Flash ROM和128B RAM，它是一個全雙工的串行通行口，既可以用常規(guī)編程，又可以在線編程。本設(shè)計中的數(shù)碼管的選通采用的方法是動態(tài)顯示，對每一位數(shù)碼分時輪流通電顯示，復(fù)位電路采

2、用上電+按鈕電平復(fù)位，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式。對特殊情況的處理采用中斷處理方式，在中斷處理程序中采用對管腳的狀態(tài)查詢掃描，已采取相應(yīng)情況的處理。對設(shè)計方案進行電路硬件設(shè)計，并將已編程的程序載入調(diào)試，可以得到理想的實驗效果。 系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能.具體功能是假如 A 道和B道上均有車輛要求通過時，A、B道輪流放行。A道放行 25秒，B道放行20秒。 一道有車而另一道無車，交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈，緊急車由K2 開關(guān)模擬。綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時黃燈亮 1秒鐘。系統(tǒng)除基本交通燈功能外,還具有倒計時

3、、時間設(shè)置、緊急情況處理、分時段調(diào)整信號燈的點亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。目 錄1引言- 1 -1.1交通燈的重要作用- 1 -1.2該交通燈系統(tǒng)的特點- 1 -2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計- 2 -2.1原理框圖- 2 -2.2設(shè)計功能- 2 -2.3交通燈控制系統(tǒng)各部分硬件組成- 2 -2.3.1復(fù)位部分- 2 -2.3.2時鐘電路部分- 3 -2.3.3路口指示燈部分- 3 -2.3.4顯示部分- 3 -2.4元器件清單- 4 -3 軟件設(shè)計- 5 -3.1交通燈控制系統(tǒng)軟件流程圖及程序分析- 5 -3.1.1主程序流程圖及程序模設(shè)計- 5 -3.1.2INT0中斷服務(wù)程序流程圖及

4、程序模設(shè)計- 6 -3.2路口指示燈部分- 7 -3.3顯示部分- 7 -4. Proteus軟件仿真- 8 -5 課程設(shè)計體會- 9 -參考文獻- 10 -附1：源程序代碼 -13 -附2：系統(tǒng)原理圖20第 - 10 - 頁 共 25 頁1 概述本設(shè)計是根據(jù)單片使機原理就交通燈的系統(tǒng)作出的，由于車輛的增多，所以交通燈在現(xiàn)代道路交通中起著越來越重要的作用。為了解決這些問題，我們更應(yīng)該提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，提高交通效率，促進和諧交通的建立。1.1 交通燈的重要作用交通燈在城市交通中起著重要的作用，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，是人們出行的安全保障。如今隨著人們

5、生活水平的提高，對交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性。該設(shè)計在熟練掌握單片機原理及其應(yīng)用技術(shù)的使用方法基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用單片機原理、微機原理、微機接口技術(shù)、proteus軟件等課程方面的知識，設(shè)計一個采用AT89C51單片機控制的交通燈控制電路。能方便的對交通燈進行控制，使交通更和諧。1.2 該交通燈系統(tǒng)的特點本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可實現(xiàn)自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計將各任務(wù)進行細分包裝，使各任務(wù)保持相對獨立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。

6、系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1 原理框圖調(diào)時、緊急情況處理單 片機AT89C51數(shù)據(jù)信號LED數(shù)碼管段碼復(fù)位電路電路振蕩電路片選交通燈圖（1）系統(tǒng)原理框圖根據(jù)設(shè)計功能及要求，我們可得系統(tǒng)的原理框圖如圖（1）所示。2.2 設(shè)計功能1.完成交通燈的基本功能，結(jié)合實際情況，控制紅、黃、綠交通燈的亮和滅.其工作流程是：綠、黃、紅分時間段開通，循環(huán)往復(fù)，計時電路以秒為單位作倒計時，計數(shù)為0時進行切換，計時時間可由LED數(shù)碼管顯示（需符合交通規(guī)則）；2.紅、黃、綠交通燈的亮和滅的時間可調(diào)節(jié);3.若有交通異常情況，可以通過按鍵處理目前的緊急狀態(tài);4.采用LED數(shù)碼管顯示紅或綠交通信號燈亮的剩余時間；5.通過按

7、鍵設(shè)定紅和綠交通信號燈亮一次的總時間；6.控制東西方向和南北方向的紅、黃、綠交通燈的亮和滅；7.夜間控制功能，按鍵進入夜間模式，黃燈閃亮；8.控制系統(tǒng)的原理圖和接線圖采用PROTEL,PROTEUS等專用繪圖軟件繪制。2.3 交通燈控制系統(tǒng)各部分硬件組成2.3.1 復(fù)位部分復(fù)位電路采用上電+按鈕電平復(fù)位是上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的組合，當振蕩頻率是6MHz時，電容C取22uf, R取1K，Rs取200左右。上電瞬間復(fù)位端（RST/Vpd）的電位與Vcc相同，隨著充電電路電流的減少，RST/Vpd的電位下降，最后為0V，當按鈕按下后，電源Vcc通過電阻R，施加在單片機復(fù)位端RST/Vpd上實現(xiàn)復(fù)位，電

8、路連接圖如圖（2）: 復(fù)位電路（2）2.3.2 時鐘電路部分本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式：在和兩端跨接陶瓷諧振器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器采。晶振采用12MHz的振蕩頻率和兩個30Pf瓷片電容C1、C2，兩個電阻對頻率有微調(diào)作用。其電路如圖（3） 時鐘電路（3）2.3.3 路口指示燈部分采用紅黃綠三種顏色的發(fā)光二極管共12個分為4組代表路口的交通燈（電路圖中用兩組示意）.其中每兩組控制一個路口,具體時序如表1:表1：方向燈色東西南北紅燈54黃燈11綠燈342.3.4 顯示部分圖（4）顯示部分采用四位一體共陰數(shù)碼管,分別顯示南北和東西燈的剩余時間.片選部分和數(shù)碼段顯示部分,分別接單片機管腳

9、的P2口和P0口,具體的共陰數(shù)碼管管腳分布位置見圖（4）. 2.4 元器件清單如表2：器件名稱型號大小數(shù)量單片機AT89S521晶振12MHz1LED數(shù)碼管四聯(lián)共陰1電解電容22uF1瓷片電容30pF2排阻4701電阻4701發(fā)光二極管紅4黃4綠4開關(guān)按鍵式43 軟件設(shè)計開始初始化AT89C52東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，延時南北方向剩余時間1S？東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃亮，延時南北方向剩余時間0S？東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，延時東西方向剩余時間1S？東西方向黃燈閃亮，南北方向紅燈亮，延時東西方向剩余時間0S？圖（5）主程序流程圖3.1 交通燈控制系統(tǒng)軟件流程圖及程序分析3.1

10、.1 主程序流程圖及程序模設(shè)計該交通信號燈控制系統(tǒng)的四中工作狀態(tài)如圖（5）所示（南北方向的交通燈為例）：（1）東西方向車道紅燈亮，南北方向車道綠燈亮。表示東西方向車道上的車輛禁止通行，南北方向車道允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）東西方向車道紅燈亮，南北方向車道黃燈閃亮。表示南北方向車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，東西方向車道禁止通行。黃燈閃亮足規(guī)定時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）東西方向車道綠燈亮，南北方向車道紅燈亮。表示東西方向車道允許通行，南北方向車道上的車輛禁止通行，綠燈亮足規(guī)定的時間間

11、隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）東西方向車道黃燈閃亮，南北方向車道紅燈亮。表示南北方向車道禁止通行，東西方向車道上位過限停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈閃亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。3.1.2 INT0中斷服務(wù)程序流程圖及程序模設(shè)計開始初始化T0P3.2=0？P2.4=0？東西南北方向燈全紅P2.5=0？P2.6=0？中斷返回東西方向加1S南北方向減1S圖（6）中斷服務(wù)流程圖INT0與K2連接，另一端與地連接。按下K2，東西南北四個方向全紅，也就是說，東西南北四個通道都不能通車，這是緊急情況，但救護車

12、等特殊車輛可以通過。K0與AT89C52的25管腳相連。K1與P2.5相接，K3與P2.6相接，K2與P3.2相接。在按下K2的前提下，按按下K0，如果3秒中之內(nèi)沒有按鍵，則交通燈恢復(fù)正常。50ms中斷計算方法(適用于12MHz晶振): T0的計數(shù)初值：X0=M-計數(shù)值2 =M-Tc/TP =M-(Tcfosc)/12 =65536-(50ms1SMHz/12) =15536 15535 =3CB0H其中4E.0H單元存放3s鐘控制標志位,4F.0H單元存放1s控制標志位;4D.0單元存放0.5秒控制標志位60H和61H單元分別存放產(chǎn)生1s和3s的中斷次數(shù),當它們單元中的值為零時,分別表示1s

13、和3s到,對4E.0H單元和4F.0H單元進行置1,62H單元用于產(chǎn)生0.5秒由于采用工作模式1,所以每次中斷后,一定在中斷程序中重裝記數(shù)初值.3.2 路口指示燈部分用P1端口作為輸出端口,用P1.0到P1.5端口分別控制東西和南北兩組燈的狀態(tài)低電平點亮,具體端口功能如下:P1.0控制東西紅燈的亮滅P1.1控制東西綠燈的亮滅P1.2控制東西黃燈的亮滅P1.3控制南北紅燈的亮滅P1.4控制南北綠燈的亮滅P1.5控制南北黃燈的亮滅具體的程序我們以點亮東西紅燈東南北綠燈為例: MOV P1, #0EEH其余部分根據(jù)硬件不同而修改#0EEH的值.3.3 顯示部分四位一體共陰數(shù)碼管的片選部分由P2.0到

14、P2.3提供,碼段部分由P0.0到P0.6控制.其中P2.0控制東西剩余時間的十位數(shù)的顯示,P2.1控制東西剩余時間的個位數(shù)的顯示,P2.2控制南北剩余時間的十位數(shù)的顯示,P2.3控制南北剩余時間的個位數(shù)的顯示.低電平選中.P0.0到P0.7控制分別控制點亮數(shù)碼段的A段到H段,通過查共陰極數(shù)碼段碼表,將它們的數(shù)值送到P0口,與P2.0到P2.3口結(jié)合,可以顯示不同方向不同位數(shù)的各個數(shù)值.例如,顯示東西剩余時間的十位程序如下:MOV P2,#0FEH 選擇十位程序MOV P0,A向P0口送段碼的程序4. Proteus軟件仿真 根據(jù)設(shè)計需要和上述框圖，我們可得到交通燈控制系統(tǒng)各過程仿真圖如下圖所

15、示 圖（7）緊急情況時圖（8）東西方向變黃燈，南北方向禁行圖（9） 南北方向通車，東西方向禁行圖（10）南北方向禁行，東西方向通車5 課程設(shè)計體會該交通燈系統(tǒng)是以單片機89C52芯片為核心部件，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過89C51芯片設(shè)置及控制紅、綠燈燃亮?xí)r間來進行交通控制。本次課程設(shè)計使我對單片機的工作原理有了更深刻的認識，例如對復(fù)位電路、晶振電路的理解。我深刻的理解到單片機的價值在于靈活運用它的IO端口以及其千變?nèi)f化的程序。本設(shè)計中我們用IO端口驅(qū)動數(shù)碼管以及引接外部開關(guān)。掌握了許多在以前學(xué)習(xí)中混淆不清的知識點。仿真實驗，不僅鍛煉了自己的動手能力，而且真正作到了理論聯(lián)系實際的重要性，體會到

16、了其中失敗與成功的滋味，收益匪淺。同時在焊接單片機電路板時使我在制作上更加的熟練，經(jīng)過不斷的試驗二極管終于我的燈亮了，當我看到我親手制作的板子亮?xí)r，我的心中非常激動。同時，我也認識到自己的知識不足，例如，有時不能正確認識、合理使用中斷程序，這將是我以后努力提高的方面。參考文獻 1.單片機原理與應(yīng)用技術(shù) 余發(fā)山主編 中國礦大出版社 20072.微型計算機控制技術(shù) 賴壽宏主編 機械工業(yè)出版社 20023.單片機原理及應(yīng)用 丁元杰主編 機械工業(yè)出版社 20014.單片機中級教程 張迎春主編 北京航空航天出版社 20045.基于單片機的交通信號控制系統(tǒng)歐偉民 湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2002,(S

17、2河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告附1：源程序代碼ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP T0 ORG 001BH LJMP T1 ORG 0100H START: MOV SP, #30H MOV 40H, #30 ;東西紅燈時間 MOV 41H, #20 ;東西綠燈時間 MOV 42H, #25 ;南北紅燈時間 MOV 43H, #25 ;南北綠燈時間 MOV TMOD, #11H ;定時器初始化 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #3CH MOV TL1, #0B0H MOV 6

18、0H, #20 MOV 61H, #60 MOV 62H, #10 MOV 63H,#2 CLR 4EH CLR 4FH CLR 4DH SETB EA SETB EX0 SETB ET0 SETB ET1 SETB PT1 SETB TR0DISPLAY1:MOV P1, #0EEH ;顯示東西紅燈與南北綠燈時間 MOV R3, 40H MOV R4, 43H LOOP1: MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY;東西道顯示時間的十位 MOV A, B

19、 MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY；東西道顯示時間的個位 MOV A, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY；南北顯示時間的十位 MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY；南北顯示時間的個位 JNB 4FH,LOOP1 CLR 4FH DEC R3 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,LOOP1 kkk1: MOV P1, #0

20、DEH;南北綠燈滅黃燈亮 LOOP2: MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,LOOP2 CLR 4DH DJNZ 63H,Kkk2 MOV 63H,#2 DEC R3 CJNE R

21、3,#0FFH,Kkk2 LJMP A1 Kkk2:MOV P1,#0FEH;南北綠燈滅黃燈也滅。kkk1 、Kkk2控制黃燈閃亮 A2:MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,A2

22、CLR 4DH DJNZ 63H,kkk1 MOV 63H,#2 DEC R3 CJNE R3,#0FFH,Kkk1A1:MOV P1, #0F5H ;東西紅燈時間到,南北綠燈亮,南北紅燈亮DISPLAY2:MOV R3, 41H ;顯示東西綠燈,南北紅燈時間 MOV R4, 42H LOOP3: MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MO

23、V A, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY JNB 4FH,LOOP3 CLR 4FH DEC R3 DEC R4 CJNE R3,#0FFH,LOOP3 KKK5:MOV P1, #0F3H LOOP4: MOV A, R4 ;顯示南北紅燈,東西黃燈時間 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR

24、MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,LOOP4 CLR 4DHDJNZ 63H,KKK5 MOV 63H,#2 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,A7 LJMP DISPLAY1 A7:MOV P1, #0F7H;顯示南北紅燈,東西黃燈滅，KKK5 、A7控制黃燈閃亮 A8: MOV

25、A, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,A8 CLR 4DH DJNZ 63H,KKK5 MOV 63H,#2 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,KKK5 LJMP DISPLAY1 ;

26、定時器中斷; T0: PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 62H,OVER100 MOV 62H,#10 SETB 4DH OVER100:DJNZ 60H,OVER MOV 60H,#20 SETB 4FHOVER: POP PSW POP B POP ACC RETI T1: PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ 61H,OVER1 MOV 61H,#60 SETB 4EHOVER1: POP PSW POP B POP ACC RETI

27、 ;INTO中斷修改; INT0:PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV A,P1 PUSH ACC MOV P1,#0F6H；東西南北道紅燈皆亮 CLR EX0 CLR TR0 LCALL DELAY ;按鍵消抖 JB P3.2, OK LJMP DISPLAY3 OK:LJMP OVER2DISPLAY3:MOV R5, 40H；東西紅燈南北綠燈最大時間值的數(shù)碼管顯示 MOV R6, 43H MOV A, R5 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY

28、MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, R6 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY MOV A,P2 ANL A,#70H；在沒按下K0的情況下，根據(jù)K1、K3按下的情況對各道的紅綠燈亮的時間進行調(diào)節(jié) CJNE A,#70H,DES3 LJMP DISPLAY3 DES3:

29、LCALL DELAY CJNE A,#70H,DES4 DES4:JNB ACC.4,DES7 JNB ACC.5,ADD1 JNB ACC.6,DEC1 DES7:JNB P2.4,DES7 LJMP DISPLAY5 ADD1:JNB P2.5,ADD1 INC 40H INC 43H LJMP DISPLAY3 DEC1:JNB P2.6,DEC1 DEC 40H DEC 43H LJMP DISPLAY3DISPLAY5:SETB TR1DISPLAY4:MOV R5, 41H；東西綠燈南北紅燈最大時間值的數(shù)碼管顯示 MOV R6, 42H MOV A, R5 MOV B, #0AH DIV AB M