單片機(jī)交通燈課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱： 交通信號燈設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓名： 學(xué) 號： 年 級： 任課教師： 2011年 7 月 8日目錄1、 摘要.1 2、 任務(wù)分析與設(shè)計(jì)思路.23、 總體設(shè)計(jì) .34、 詳細(xì)設(shè)計(jì).41、 設(shè)計(jì)電路.42、 交通燈連接電路.43、 倒計(jì)時電路.54、 仿真電路及效果圖.65、元件清單.76、軟件框圖.87、程序及其清單.9五、調(diào)試與運(yùn)行.11六、參考資料及參考文獻(xiàn).11七、心得體會.12一、摘要在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，

2、極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當(dāng)前道路中出現(xiàn)的實(shí)際情況，使車輛、行人的行進(jìn)變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國機(jī)動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計(jì)時的顯示器來控制行車。二、任務(wù)分析與設(shè)計(jì)思路1、任務(wù)分析：本次設(shè)計(jì)要求：運(yùn)用所學(xué)單片

3、機(jī)原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識，設(shè)計(jì)出一臺交通信號燈，模擬路口交通信號。交通燈要求如下： 1）交通信號燈能夠控制東西、南北兩個方向的交通，紅綠黃燈用對應(yīng)顏色的發(fā)光二極管代替； 2）用四個2位數(shù)碼管分別顯示東、南、西、北方向的通行時間，東西或南北通行時間為25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設(shè)實(shí)際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖： 東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈，而實(shí)際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯亮滅來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，即可達(dá)到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上

4、分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實(shí)現(xiàn)控制，另外兩組對應(yīng)一致就行了。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求東西或者南北通行25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時間）25秒，黃燈亮（警告提醒時間）5秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡化設(shè)計(jì)，也為25秒。切換過程東西南北均為黃燈閃爍。2、設(shè)計(jì)思路基于完成以上任務(wù)分析，結(jié)合所學(xué)有關(guān)知識，尤其是本學(xué)期所學(xué)關(guān)于單片機(jī)的中斷系統(tǒng)和定時/計(jì)數(shù)器的相關(guān)知識及應(yīng)用，我們知道對于紅、綠、黃兩組各三盞燈的控制，可以通過把這六盞燈分別接到單片機(jī)的六個輸出引腳，若用P1口進(jìn)行輸出，則分配如下： AT89C51P1.0 P1.1 P1

5、.2 P1.3 P1.4 P1.5 L1 L2 L3 L4 L5 L6(東西紅) （東西黃） （東西綠） (南北紅) （南北黃） （南北綠） LED顯示分布 通過對P1口P0P5編程從而實(shí)現(xiàn)控制。而時間的各盞燈的熄滅時間的延時情況，則用定時/計(jì)數(shù)和中斷結(jié)合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)控制。 而輸出的時間顯示則每個方向分別用兩個發(fā)光二極管顯示，十位接在P0口，個位接在P2口，對P0口P2口編程即可實(shí)現(xiàn)控制。三、總體設(shè)計(jì)1、單片機(jī)內(nèi)部資源分布圖：2、硬件原理框圖： 交 通 燈 AT89C51時 鐘 電 路 LED 數(shù) 碼 管振 蕩 電 路上 電 復(fù)位 電 路3、軟件結(jié)構(gòu)圖：3、軟件結(jié)構(gòu)框圖： 主 程 序顯示子程序調(diào)用

6、 實(shí)現(xiàn) 功能模塊 4、軟硬件分工 硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)物連接，軟件與硬件連接相對應(yīng)，通過編寫程序，使硬件實(shí)現(xiàn)期望的功能。說的形象些，軟件相當(dāng)于其內(nèi)在本質(zhì)功能，而硬件是將該功能表現(xiàn)出來，讓人們可見罷了。3、 詳細(xì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)為AT89C51。AT89C51是帶有4K字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電

7、路。1、設(shè)計(jì)電路： 設(shè)計(jì)電路主要由兩部分組成，一部分為P1口與十二個發(fā)光二極管連接電路，另一部分是P0、P2口與八個七段顯示器相連的電路，下面分別詳細(xì)說明。2、交通燈電路： 設(shè)計(jì)中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機(jī)的I/O接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機(jī)P1.0P1.5控制。單片機(jī)的I/O接口與交通燈電路的具體連接方式為：P1.0P1.2分別接?xùn)|西方向的紅、黃、綠共6個放光二極管，P1.3P1.5分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發(fā)光二極管。12個發(fā)光二極管采用

8、了共陽極的連接方式，因此I/O口輸出低電平時，與之相連的發(fā)光二極管會亮，I/O口輸出高電平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖所示 3、倒計(jì)時顯示電路： 該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)控制要求，每個路口需要兩個數(shù)碼管，這樣四個路口就要求八個數(shù)碼管。有序AT89C51單片機(jī)的I/O作為輸出時，具有較強(qiáng)吸收電流能力，因此我們可以選用共陽型數(shù)碼管，這樣由單片機(jī)的I/O就可以直接驅(qū)動，從而簡化硬件電路的設(shè)計(jì)。四個路口倒計(jì)時顯示被置在同一時刻顯示相同的數(shù)字，期中P0口用來顯示時間的十位，P2口用來顯示時間的個位。電路如下圖所示4、仿真電路及效果圖：（1）仿真電路：（2）仿真

9、效果：5、元件清單： 名稱 件數(shù) 參數(shù) 選擇理由 電阻810K 限流，以免燒壞數(shù)碼管 發(fā)光二極管123色便于仿真顯示 AT89C5114K閃存低電壓，高性能八位微處理器七段顯示數(shù)碼管8常用數(shù)字顯示，便于仿真 開關(guān)3特殊情況使用6、軟件框圖（1）主程序流程圖： 開始初始化，全部為黃燈并按照初始化運(yùn)行東西紅燈亮，南北綠燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西綠燈亮，南北紅燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示（2）顯示子程序流程圖：提取倒計(jì)時數(shù)據(jù)的十位數(shù)調(diào)用延時子程序獲取十位數(shù)字型碼并送到P0口取倒計(jì)時數(shù)值獲取

10、個位數(shù)字型碼并送到P2口提取倒計(jì)時數(shù)據(jù)的個位數(shù)開始返回7、程序及注釋 主程序: ORG 0000H AJMP STAT ORG 0100HSTAT: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB IT1 MOV SP,#60H MOV R0, #0EDH ;初始化，東西南北均為黃燈 MOV P1, R0 ;顯示5秒 MOV R7,#05 ACALL DISP ;調(diào)顯示子程序A1: MOV R0,#0DEH ;東西紅燈亮，南北綠燈亮 MOV P1,R0 ;顯示25秒 MOV R7,#25 ACALL DISP ;調(diào)顯示子程序SHANHD: MOV R7,#5HD

11、: MOV R0,#0EDH ;點(diǎn)亮東西黃 燈，點(diǎn)亮南北黃燈 MOV P1 ,R0 ACALL DISP ;調(diào)顯示子程序 MOV P1,#0FFH ;熄滅黃燈黃燈 ACALL DISP DJNZ R7,HDA2: MOV R0, #0F3H ;東西綠燈亮，南北紅燈亮 MOV P1,R0 MOV R7,#25 ; 顯示25秒 ACALL DISP ;調(diào)顯示子程序SHANHD: MOV R7,#5H: MOV R0,#0EDH ;點(diǎn)亮東西黃燈，點(diǎn)亮南北黃燈 MOV P1 ,R0 ;調(diào)顯示子程序 ACALL DISP MOV P1,#0FFH ;熄滅黃燈所有黃燈 ACALL DISP DJNZ R7

12、,H AJMP A1 ;子程序，時間顯示程序DISP: MOV 40H,R7NEXT: MOV A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A ACALL DELY1S DEC 40H MOV A,40H CJNE A,#00,NEXTDELY1S: MOV R5,#100 D2: MOV R6,#20 D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,D2 RETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B

13、0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END五、調(diào)試與運(yùn)行1、按照硬件連接圖，相應(yīng)的，P1.0接紅燈,P1.1接黃燈,P1.2接綠燈,P1.3接紅燈,P1.4接黃燈,P1.5接綠燈2、從0100H單元開始連續(xù)運(yùn)行，觀察六個LED燈是否與交通顯示情況對應(yīng)，如果有偏差，則單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試，直至滿足設(shè)計(jì)要求。3、調(diào)試完燈的顯示后，從0100H開始連續(xù)運(yùn)行，觀察數(shù)碼管顯示的是否正常，如果不正常，則運(yùn)用單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行進(jìn)行分析和調(diào)試，直至滿足要求。4、整體運(yùn)行，觀察燈顯示和時間顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿足要求。六、設(shè)計(jì)資料及參考文獻(xiàn)1高惠芳單片機(jī)原理

14、與應(yīng)用技術(shù)科學(xué)出版社，2010.42胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社，20043吳飛青等單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)踐指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社 2009.24Proteus幫助文檔5Keil C51幫助文檔七、心得體會通過一個星期的交通燈課程設(shè)計(jì)，我對單片機(jī)相關(guān)知識有了更深的了解。對于管腳及相關(guān)的控制寄存器，有了更進(jìn)一步的鞏固和了解，尤其是I/O口的實(shí)用及編程，相當(dāng)于重新細(xì)細(xì)溫習(xí)了一遍。特別對protues軟件畫電路圖及仿真的過程，我?guī)缀跏菑牧汩_始學(xué)習(xí)并使用的。說到這里，得感謝小組里同學(xué)們的指導(dǎo)，同時也幸好大家都很繁忙，讓我有更多的獨(dú)立探索學(xué)習(xí)和思考的空間，將這些東西變成自己的。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是通過單片機(jī)的I/O口來控制交通燈。主要完成兩大項(xiàng)任務(wù)，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應(yīng)的程序來實(shí)現(xiàn)硬件功能。看似簡單，實(shí)際上需要過硬的知識作為基礎(chǔ)，平時看看書考試那樣的過程，是難以完成這樣的任務(wù)的。這次設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多棘手的問題，很多東西，動起手來束手無策，大多都只得先通過查閱資料或者參考別人做類似課題，才能自己動手設(shè)計(jì)畫圖，編程調(diào)試。過程中還錯誤不少，就這個程序吧，我寫了改，改了寫，花了很長時間。還有就是protues軟件仿真原