基于51單片機(jī)交通燈課設(shè)內(nèi)含程序和實(shí)物圖

1、單片機(jī)控制交通燈 摘 要隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通擁塞已成為一個(gè)國際性的問題。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。根據(jù)交通燈在實(shí)際控制中的特點(diǎn)，結(jié)合單片機(jī)的控制功能，提出了一種用單片機(jī)自動(dòng)控制交通燈的簡易方法。設(shè)計(jì)中包括硬件電路的設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)兩大步驟，對單片機(jī)學(xué)習(xí)中的幾個(gè)重要內(nèi)容都有涉足。單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，單片機(jī)可以用來仿真各個(gè)系統(tǒng)。在自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么

2、靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用單片機(jī)stc89c52為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了通過p1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示（交通燈信號通過p1口輸出，顯示時(shí)間通過p0口輸出至雙位數(shù)碼管）。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) 交通燈 數(shù)碼管 看門狗目 錄第1章 前 言11.1課題任務(wù)及主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容11.2 原理分析11.2.1交通燈顯示時(shí)序的理論分析11.2.2 交通燈顯示的理論分析2第2章 設(shè)計(jì)方案分析32.1 單片機(jī)與外圍接口部件3

3、2.2 倒計(jì)時(shí)顯示界面42.3 交通燈4第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1 單片機(jī)的選擇43.2 stc89c52的看門狗設(shè)置83.3 硬件電路實(shí)現(xiàn)93.2.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.3.2 顯示設(shè)計(jì)113.2.3 發(fā)光二極管模擬紅綠燈133.2.4 按鍵模塊14第4章 軟件電路設(shè)計(jì)154.1 軟件編譯環(huán)境測試154.1.1 c語言介紹154.1.2 keil uvision4介紹154.2軟件總體設(shè)計(jì)15第5章 電路檢測17結(jié)論.20參考文獻(xiàn)21附錄：22原理圖22源程序：22第1章 前 言單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域

4、，故稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3，三代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。1.1課題任務(wù)及主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示、交通燈顯示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除基本的交通功能外，還具有倒計(jì)時(shí)。東西、南北兩個(gè)干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、綠、黃三色的指示燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀

5、態(tài)即將切換。程序開始運(yùn)行先南北段通行、東西段禁止60s，后東西段通行、南北段禁止60s，依此循環(huán)。 系統(tǒng)分三種工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通過三個(gè)按鈕“正?！?、“繁忙”、“特殊”可相互轉(zhuǎn)化。正常模式：直行時(shí)間顯示數(shù)碼管顯示60。此時(shí)南北段直行通行（綠燈）、東西段禁止（紅燈）60s，倒計(jì)時(shí)到3s時(shí)，黃燈亮，提醒人們注意了。然后是東西段通行（綠燈），南北段禁行（紅燈），一直循環(huán)下去。繁忙模式：南北段、東西段的通行時(shí)間改為30s，其它與正常模式類似。特殊模式：特殊模式紅燈全亮，倒計(jì)時(shí)20s，到最后3秒黃燈閃3次后并轉(zhuǎn)入正常模式。1.2 原理分析1.2.1交通燈顯示時(shí)序的理論分析下圖所

6、示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖：圖1-1 南北直行通行 圖1-2 東西直行通行 1.2.2 交通燈顯示的理論分析倒計(jì)時(shí)顯示的理論分析：利用定時(shí)器中斷，設(shè)th0=th1(65536-50000)/256，即每0.05秒中斷一次。每到第20次中斷即過了20*0.05秒1秒時(shí)，產(chǎn)生一次參數(shù)傳遞，使時(shí)間的計(jì)數(shù)值減1，便實(shí)現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)的功能。第2章 設(shè)計(jì)方案分析本次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的交通燈是帶有額外的功能，預(yù)期實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。1.具有時(shí)間顯示功能，就是數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)功能；2.紅綠燈具有兩種狀態(tài)，南北直行，東西直行；3.具有模式轉(zhuǎn)換功能，切換到不同狀態(tài)，交通燈通行時(shí)間不一樣；2.1 單片機(jī)與外圍接口部件根據(jù)課題任

7、務(wù)的要求，該系統(tǒng)具有交通燈的顯示功能，倒計(jì)時(shí)功能，改變時(shí)間設(shè)定功能，所以把系統(tǒng)分為幾個(gè)模塊，包括倒計(jì)時(shí)顯示器、交通信號燈、控制模塊。系統(tǒng)硬件框圖如下圖2-1： 圖2-1 硬件框圖該系統(tǒng)主控芯片單片機(jī)采用mcs-8052，它內(nèi)部具有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向，可以滿足該控制程序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。2.2 倒計(jì)時(shí)顯示界面本次課設(shè)較為簡單，實(shí)現(xiàn)起來并不困難，所以選擇led數(shù)碼管就可以了，成本在可接受范圍內(nèi)。2.3 交通燈發(fā)光二極管簡稱為led，在此處設(shè)計(jì)中我們用他來模擬紅綠黃交通燈，普通單色發(fā)光二極管具有

8、體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時(shí)需串接合適的限流電阻。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的選擇1 常用單片機(jī)的比較目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用較廣泛的微處理器芯片主要為8xc5x系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn)mcs-51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價(jià)格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。若采用89c51芯片作為硬件核心，采用flash rom，內(nèi)部具有4kb rom存儲(chǔ)空間，能于3v的超低電壓工作，而且與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容

9、，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備isp在線編程技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對芯片的多次插拔會(huì)對芯片造成一定的損壞。若采用stc89c52單片機(jī)則不同，stc89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4kb的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-52指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元?？梢园凑粘Ｒ?guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的

10、flash存儲(chǔ)器可有效的降低開發(fā)成本。2stc89c52簡介(1) stc89c52基本特性stc89c52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。(2) 功能stc89c52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電

11、路。另外，stc89c52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)點(diǎn)模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，指導(dǎo)下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。(3)引腳說明圖3-1 stc89c52引腳圖引腳如圖3-1所示：vcc：40號管腳 供電電壓。 gnd：20號管腳接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8個(gè)ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼

12、輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4個(gè)ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16

13、位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為stc89c52的一些特殊功能口，如下表3-1所示： 表3-1 p3口管腳特殊功能p3口腳備選功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行

14、輸出口）p3.2/int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5t1（記時(shí)器1外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注

15、意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h- ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)

16、部程序存儲(chǔ)器。在flash 編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 3.2 stc89c52的看門狗設(shè)置在單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作有可能受到外界的干擾，造成程序跑飛，從而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)便無法繼續(xù)工作，這樣會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對單片機(jī)程序的運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，便考慮一種的專用的監(jiān)測芯片用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”（watch dog）。加入看門狗電路的目的是使單片機(jī)可以在無人的

17、狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工作，其工作的過程如下：看門狗的芯片和單片機(jī)的一個(gè)i/o口連接，每隔一定的時(shí)間單片機(jī)給芯片送個(gè)脈沖，是看門狗的定時(shí)器復(fù)位；如果超過時(shí)間不送脈沖，看門狗的芯片會(huì)使單片機(jī)復(fù)位，從頭開始執(zhí)行程序，這樣便實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視單片機(jī)的目的。通常，看門狗電路是通過將一個(gè)專門的看門狗芯片連接到單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，不過這樣會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來復(fù)雜性，stc系列單片機(jī)內(nèi)部自帶了看門狗，通過對相應(yīng)的特殊功能寄存器的設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)看門狗的功能的應(yīng)用。stc系列的單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)專門的看門狗定時(shí)器，watch dog timer 寄存器，氣功能見如下的知識點(diǎn)：知識點(diǎn)：看門狗定時(shí)器寄存器（wdt_counter）stc系

18、列的單片機(jī)看門狗定時(shí)器寄存器在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為e1h,不能位尋址，該寄存器用來管理stc單片機(jī)的看門狗控制部分，包括啟/停看門狗，設(shè)置看門狗的溢出時(shí)間等。單片機(jī)復(fù)位時(shí)該寄存器不一定全部清零，在stc下載程序界面上可以選擇復(fù)位關(guān)看門狗或只有停電關(guān)看門狗的選擇，根據(jù)需要可以做出自己的選擇。其各位的定義如表。表3-2-1 看門狗定時(shí)器寄存器（wdt_countr）各位設(shè)置位序號d7d6d5d4d3d2d1d0位符號en-wdtclr-wdtidle-wdtps2ps1ps0en-wdt-看門狗允許位，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，啟動(dòng)看門狗。clr-wdt-看門狗清零位，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，看門狗定時(shí)器將重新計(jì)數(shù)，硬件自動(dòng)將此位清零。idle-wdt-看門狗idle模式位，當(dāng)設(shè)置