單片機交通燈

1、單片機課程設(shè)計報告2010 年一期秋季學(xué)題目現(xiàn)代交通燈的設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣081學(xué)號3080421029學(xué)生姓名郭琪指導(dǎo)老師王水魚老師起止日期：2011年1月10日至2011年1月14日平時（10%）任務(wù)完成（30%）答辯（30%）課設(shè)報告（30%）總評成績目錄、弓丨言 3、概要設(shè)計42.1設(shè)計思路42.2設(shè)計的主要內(nèi)容和要求42.3總體設(shè)計框圖5三、硬件設(shè)計53.1 LED循環(huán)電路設(shè)計63.1.1 89c51單片機概述63.1.2 LED循環(huán)說明93.2倒計時顯示電路113.2.1 74LS164芯片113.2.2共陰極數(shù)碼顯示管123.2.3倒計時電路133.2.4急通車電

2、路13四、軟件設(shè)計144.1程序流程圖 144.2LED紅綠燈顯示144.3到計時顯示164.4急通車控制164.5程序代碼16參考文獻17附錄一：一 18附錄二：19 基于51單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：在日常生活中，交通信號燈的使用，市交通得以有效管理，對于疏導(dǎo)交 通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈控制系統(tǒng)由 80C51單片機、鍵盤、LED顯示、交通燈延時組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能 外，還具有時間設(shè)置、LED信息顯示功能，市交通實現(xiàn)有效控制。關(guān)鍵詞：交通燈，單片機，自動控制一、引言當今，紅綠燈安裝在個個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的 手段。但這個

3、技術(shù)在19世紀就已經(jīng)出現(xiàn)了。1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍兩色的機械般手勢信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年,英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的會議大廈前的廣場上，安裝了世 界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)方式玻璃提燈組成，紅色表示“停 止”綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，是警察受傷，遂被取 消！電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅黃綠三色圓形的投光器組 成，1914年始裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈 亮表示“通行”。信號燈的出現(xiàn)，使得交通得以有效的管理，對于疏導(dǎo)交通流量、

4、提高道路 通行能力、減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志 信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈時通行信號燈，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非兩一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛必需讓合法的正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫線的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號燈，面對紅燈的車輛必需在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已經(jīng)十分接近停車線而不能安全 停車的可以進入交叉路口！二、概要設(shè)計2.1 設(shè)計思路利用單片機實現(xiàn)交通燈的控制，該任務(wù)分以下幾個方面：a 實現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。要實現(xiàn)此功能需要表示三種不同顏色的LED燈分

5、別接在P1個管腳，用軟件實現(xiàn)。b 用數(shù)碼管顯示倒計時。 可以利用動態(tài)顯示或靜態(tài)顯示， 串行并出或者并行 并出實現(xiàn)。C 實現(xiàn)急通車。 這需要人工實現(xiàn)， 編程時利用到中斷才能帶到目的， 只要有 按鈕按下，那么四個方向全部顯示紅燈，禁止以誒車輛通行。當情況解除，讓 時間回到只能隔斷處繼續(xù)進行。2.2 設(shè)計的主要內(nèi)容和要求1 、設(shè)計一款帶左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三種通行交通燈2、帶緊急按鈕功能，當緊急按鈕按下時，所有方向均亮起紅燈3、可在線修改紅綠燈等待間隔時間4、實現(xiàn)顯示到計時功能5、其他功能（創(chuàng)新部分）2.3 總體設(shè)計框圖見圖一：交通燈循環(huán)最 小 系 統(tǒng)倒 計 時 顯 示強通車控制圖一三、硬件設(shè)計3.1L

6、ED循環(huán)電路設(shè)計3.1.1 89cs51 單片機概述MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)：89CS51是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系 統(tǒng)的講解。89CS51單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM、數(shù)據(jù)存儲器（RAM、 定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等極大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明。*中央處理器：中央處理器（CPU是整個單片機的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理 器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)的工作，完成運算和控制輸入輸出等操控。*數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）：89CS51 內(nèi)部有 128

7、個 8 位用戶數(shù)及存儲單元和 128 個寄存器單元， 他 們是統(tǒng)一編址的，專營寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能 訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAMR有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶自定義的字型表。* 程序存儲器（ ROM）：89CS51 共有4096個8位掩膜ROM用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表 格。* 定時/計數(shù)器（ ROM）：89CS51 有兩個16位的可編程定時 /計數(shù)器，一時想定時或計數(shù)產(chǎn)生中 斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。* 并行輸入輸出（ I/O ）口：89CS51 共有4組8位I/O 口（ P0 P1、P2或P3），用于對外數(shù)據(jù)傳 輸。* 全雙

8、工串行號：89CS51 內(nèi)置一個全雙行串行通信口， 用于和其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳 輸，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器， 也可以當同步移位器使用。* 中斷系統(tǒng)：89CS51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中 斷和一個串行中斷，客滿著不同的控制要求，并具有 2級優(yōu)先級別選 擇。* 時鐘電路：89CS51內(nèi)置最高頻率高達12Hz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但89CS51單片繼續(xù)外置震蕩電容單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形 式，即哈佛(Harvard )結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存 儲器和數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，

9、即普林斯頓(Princeton )結(jié)構(gòu)。MCS-51系統(tǒng)的引腳說明：MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖二是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，外 置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O 口，中斷口線和P3 口線復(fù) 用P1.0P1.1124039VCCP0.0/AD0P1.23381P0.1/AD1P1.3437-1P0.2/AD2P1.41536P0.3/AD3P1.56351P0.4/AD4P1.6734IP0.5/AD5P1.7833IP0.6/AD6RST932IP0.7/AD7RXD/P3.01103

10、11EA/VPPTXD/P3.111301ALE/PROGINT0/P3.21229-1PESNINT1/P3.31328P2.7/A15T0/P3.41427=P2.6/A14Y1/P3.51526P2.5/A13WR/P3.61625P2.4/A12RD/P3.71724IP2.3/A11XTAL21823IP2.2/A10XTAL119221P2.1/A9GND匚2021P2.0/A8PDIP8951的撫慰方式可以自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。除此之外，RESET/Vp（還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片 機內(nèi)部RAM勺數(shù)據(jù)不丟失。在編程時，EA/Vpp

11、腳還需加上21V的編程電壓。3.1.2 LED循環(huán)說明東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、綠、黃三色的指示燈，指揮車輛和行人的安丘按通行。紅燈禁止通行，綠燈亮允許通行。黃 燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西，南北兩 干道的公共停車時間。25s3s2s25s3s2s東西通道紅燈亮紅燈亮紅燈亮綠燈亮綠燈閃黃燈亮南北通道綠燈亮綠燈閃黃燈亮紅燈亮紅燈亮紅燈亮上表說明東西路口哈珀能夠燈亮，南北路口綠燈亮，同時開始 25s倒計時。 25s倒計時結(jié)束后開始5s倒計時，南北鋁扣綠燈閃爍，計時至最后 2s時，南 北路口黃燈亮。完成一次這樣的循環(huán)要 30s。30s結(jié)束，南北

12、路口紅燈亮，東西路口綠燈亮，并重新30s倒計時，依次循環(huán)。電路圖如圖三所示C1u-1a .uR2.IIJUIENJMI1PL"cwrrkrvLED-EXWVi cfyrvR2R3r- r EA f *R6R6RZJIA!»F"3JaF»DH.il "JIFJ J iWrE FTI> WH-Ri4i rinm.nro-1 R71 RS1細1 IlkU rfftxr* LJ * rwr* 1RS4 k* reMr*07D8DP FE»r>r-FOLI'V圖三3.2倒計時顯示電路3.2.1 74LS164 芯片74LS1

13、64 用于擴展并行輸出口。用89CS51串行口外接164串入-并出移位 寄存器擴展8位并行口。8位并行口的每位分別接到數(shù)碼顯示管的不同顯示端。74LS164芯片管腳排列如下圖，管腳1、2相連共同接單片機管腳RXD 8管腳 接單片機管腳TXD 9管腳接高電平，7管腳接地，14管腳接高電平，其他管腳 依次接數(shù)碼顯示管管腳。TOP VIEW)1A JUuHvccB 二2132 Oh5 -3'門 QgOb 一晞iQQfCc 二5IOAeOd I6gJCLRgndZ7aCLK74LS 164管腳排列圖四322共陰極數(shù)碼顯示管這里列出了共陰和共陽數(shù)碼管的管腳平排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。數(shù)碼管3、8管腳內(nèi)部連

14、在一起。如果是共陽極則將其接到高電平。如果是共陰極則將其接地。 為了數(shù)碼顯示管的安全這里用三個二極管和其串聯(lián)來降壓。11 “圖五rip 倒計時電路倒計時顯示電路如圖六。利用兩個 74LS164芯片并聯(lián)后，其1、2管腳至 單片機RXD管腳8管腳至單片機TXD管腳。然后其他管腳依次接至數(shù)碼管個管腳。對于數(shù)碼管其3、8管腳經(jīng)過三個串聯(lián)的二極管接地R11b109RUD>TH.iHu如iUTHj如 唏曲會HJWTEBT附.血U.IFTPd h.ipjtm略PJJM» 柿剛FUNJM-litiTEHfWPl* h*w.iwnrATI泣升nJTi<i2U4圖六3.2.4 急通車電路為了

15、實現(xiàn)此功能，利用單片機中斷達到目的。利用一個手動按鈕開關(guān)接至單片機外部中斷0,同時在軟件設(shè)計時將其設(shè)為最高優(yōu)先級。當有按鍵 按下，四方全為紅燈，同時將終端位置的 PSW ACC進棧保護。當再按下按鈕, 將PSW ACC出棧，回到原來的位置繼續(xù)執(zhí)行，電路圖如下圖。2122232425聲J27110UF11EE<1516117>POLO/ACOXTAL1P0.VAD1P0 2/AC2P0.3/ADGXTAL2P0.4/AMP0.5/AD5P0L6/AC6P0.7/AD7RSTP2.0JtaSP2.1jP2.2JA10P2.3j11FSENP2.a.12ALEP2.513EAP2.6JA

16、14P2.7j15P3 0/RXDP1DpsjrrjcDP1.1P3.2/INTQP12P3.3/INT1P13P3.4HDP14P3&T1P15ps.e/wRP16P3.7/R0P1.7圖七四軟件按設(shè)計4.1 程序流程圖:如圖八所示圖八4.2 LED 紅綠燈顯示如圖三所示，當P1端口輸出高電平，即P1各端口 =1時，根據(jù)發(fā)光二 極管的單向?qū)щ娦钥芍@是發(fā)光二極管熄滅；當P1個端口輸出低電平，即P1各端口 =0時，發(fā)光二極管亮。我們可以使用SETB旨令使P1各端口輸出高電 平，使用CLR旨令時P各端口輸出低電平。至于循環(huán)需要軟件控制，程序見附 錄。4.3 倒計時顯示此處采用LED靜態(tài)

17、顯示方式，當顯示器顯示某個字符時，相應(yīng)的段恒 定的導(dǎo)通或截止，直到顯示另個字符為止。89C51的串行口 RXD和TXD為一個全雙工串行通信口，但工作在方式 0下可作同步移位寄存器，其數(shù)據(jù)由 RXD端 串行輸出或輸入；而同步移位時鐘由 TXD端串行輸出，在同步時鐘的作用下， 實現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場合，利用串行口加 外圍芯片74LS164就可構(gòu)成一個或多個并行輸入輸出口，用于串一一并轉(zhuǎn)換或 顯示器LED驅(qū)動。此利用后者。4.4 急通車控制將一按鈕接到單片機外部中斷 0 端口。另一端接地， 通過在程序里設(shè)置 外部中斷 0 為最高優(yōu)先級。當檢測到有按鈕按下時，產(chǎn)生中斷，停

18、止剛才的程 序，轉(zhuǎn)向中斷執(zhí)行。在此過程必須利用 PUSH POP旨令保護現(xiàn)場，這樣當情況 解除可以回到原來的地方繼續(xù)執(zhí)行。4.5 程序代碼見附錄二五 總結(jié) 在學(xué)習(xí)單片機理論課時候就感覺到內(nèi)容很多，知識點很雜，分繁瑣。在老 師的講解下，在通過自己的努力也更進一步了解了單片機的內(nèi)部構(gòu)造和工作原 理，以及接外部電路的情況。 當然光有理論知識那只是“紙上談兵” ，還需要實 際動手去實踐。 真正把所學(xué)的用到日常生活中， 理論聯(lián)系實際， 做出實物模型。 這次單片機實習(xí)，我選的是交通燈設(shè)計，通過這次設(shè)計我感覺到要想做成功， 必須花時間多準備， 查閱大量資料， 認證分析每一步每一個模塊要實現(xiàn)的功能， 然后分步

19、進行，最后正和一個整體。通過這次實習(xí)， 我們要對所做的事情有耐性， 在編程的時候會有困難， 也 可能變得不一定成功，所以要經(jīng)過多次調(diào)試，分析，改正，反復(fù)去做。在這次實習(xí)中， 經(jīng)歷了多次失敗的洗禮， 我明白在以后學(xué)習(xí)和實踐中， 我 要努力掌握知識，多動手，多思考，以免在以后的學(xué)習(xí)工作中犯同樣的錯誤。 參考文獻1 葉挺秀.使用電子學(xué)M.杭州：浙江大學(xué)出版社，19942 朱承高. 電工及電子技術(shù)手冊 M. 北京：高等教育出版社， 19903 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） M. 北京：高等教育出版社， 19894 周潤景.PEOTEUS在MCS-51 &ARM系統(tǒng)中的使用百例M.北京：電

20、子工業(yè)出 版社， 2006 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第三版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出 版社， 2005附錄一：煮Df附錄二：SEC0ND1 EQU 30HSEC0ND2EQU 31HDBUF EQU 40HTEMP EQU 44HLED_G1 BIT P1.0LED_Y1 BIT P1.1LED_R1 BIT P1.2LED_G2 BIT P1.5LED_Y2 BIT P1.6LED R2 BIT P1.7東西路口計時寄存器南北路口計時寄存器顯示碼緩沖1顯示碼緩沖2東西路口綠燈東西路口黃燈東西路口紅燈南北路口綠燈南北路口黃燈南北路口紅燈ORG 0000HLJMP STARTORG 0

21、003HLJMP INTO0ORG 0100HSTART:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HCLR TF0 ;SETB TR0;SETB EX0;SETB PX0;SETB EA;cpuLOOP: MOV R2,#20MOV R3,#20 ;MOV SECOND1,#25MOV SECOND2,#25LCALL DISPLAYLCALL STATE1WAIT1:JNB TF0,WAIT1CLR TF0MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT1MOV R2,#20 ;DEC SECOND1置 T0 工作方式 1定時器 0

22、 溢出標志清 0啟動 T0允許外部中斷 0 中斷設(shè)置外中斷 0 為高優(yōu)先級開放中斷置 1s 計數(shù)初值紅燈亮 20S東西路口計時顯示初值 25s南北路口計時顯示初值 25s調(diào)用狀態(tài) 1查詢 50ms 到否恢復(fù) T0 定時初值 50ms判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài) 1 置 50ms 計數(shù)初值 東西路口顯示時間減 1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減1LCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT1 ;狀態(tài) 1 維持 20sMOVR2,#5 ;置 50ms 計數(shù)初值MOVR3,#3 ;綠燈閃爍 3sMOVR4,#4 ;閃爍間隔 200msMOVSECOND1,#5 ;東西路口計時顯示初值5

23、sMOVSECOND2,#5 ;南北路口計時顯示初值5sLCALLDISPLAYWAIT2:LCALL STATE2 ;調(diào)用狀態(tài) 2JNBTF0,WAIT2 ;查詢50ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢復(fù)T0定時初值50msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT2 ;判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)CPLLED_G1 ;東西綠燈閃爍MOVR4,#4 ;閃爍 200msDJNZR2,WAIT2 ;判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài) 2MOVR2,#5 ;置50ma計數(shù)初值DECSECOND1 ;東西路口顯示時間減1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減1LCALLDISPL

24、AYDJNZR3,WAIT2 ;狀態(tài) 2 維持 3sMOVR2,#20 ;置50ms計數(shù)初值MOVR3,#2 ;黃燈閃爍 2sMOVSECOND1,#2 ;東西路口計時顯示初值 2sMOVSECOND2,#2 ;南北路口計時顯示初值 2sLCALL DISPLAYWAIT3:LCALL STATE3 ;調(diào)用狀態(tài) 3JNBTF0,WAIT3 ;查詢 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢復(fù) T0 定時初值 100msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT3 ;判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài)MOVR2,#20 ;置 1S 計數(shù)初值DECSECOND1 ;東西路口顯示時間減

25、1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減 1LCALL DISPLAYDJNZR3,WAIT3 ;狀態(tài) 3 維持 2sMOVR2,#20 ;置 1s 計數(shù)初值MOVR3,#20 ;紅燈亮 20sMOVSECOND1,#25 ;東西路口計時顯示初值25sMOVSECOND2,#25 ;南北路口計時顯示初值25sLCALL DISPLAYWAIT4:LCALL STATE4 ;調(diào)用狀態(tài) 4JNB TF0,WAIT4 ;查詢50ms到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢復(fù)T0定時初值50msMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT4 ;判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài)MOVR2

26、,#20 ;置 1s 計數(shù)初值DECSECOND1 ;東西路口顯示時間減 1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減 1LCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT4 ;狀態(tài) 4 維持 20sMOVR2,#5 ;置 1s 計數(shù)初值MOVR3,#3 ;綠燈閃爍 3sMOVR4,#4 ;閃爍間隔 200msMOVSECOND1,#5 ;東西路口計時顯示初值 5sMOVSECOND2,#5 ;南北路口計時顯示初值 5sLCALLDISPLAYWAIT5:LCALL STATE5 ;調(diào)用狀態(tài) 5JNBTF0,WAIT5 ;查詢 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢復(fù) T0 定時初

27、值 50msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT5 ;判斷 200ms 到否？未到繼續(xù)狀態(tài)CPLLED_G2 ;南北綠燈閃爍MOVR4,#4 ;閃爍 200msDJNZR2,WAIT5 ;判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài) 5MOVR2,#5 ;置 1s 計數(shù)初值DECSECOND1 ;東西路口顯示時間減 1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減 1LCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT5 ; 狀態(tài) 5 維持 3sMOVR2,#20 ;置 50ms 計數(shù)初值MOVR3,#2 ;黃燈亮 2sMOVSECOND1,#2 ;東西路口計時顯示初值2sMOVSECOND2,#2 ;

28、南北路口計時顯示初值2sCALLDISPLAYWAIT6: LCALL STATE6 ;調(diào)用狀態(tài) 4JNBTF0,WAIT6 ;查詢 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢復(fù) T0 定時初值 50msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT6 ;判斷 1s 到否？未到繼續(xù)狀態(tài) 6MOVR2,#20 ;置 50ms 計數(shù)初值DECSECOND1 ;東西路口顯示時間減 1DECSECOND2 ;南北路口顯示時間減 1LCALL DISPLAYDJNZR3,WAIT6 ;狀態(tài) 6 維持 2sLJMPLOOPSTATE1:J狀態(tài) 1SETBLED_G1 ;東西路口綠燈亮CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2CLRLED_Y2SETBLED_R2 ;南北路口紅燈亮RETSTATE2:J狀態(tài) 2CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2