基于89C51單片機(jī)交通燈課程設(shè)計(jì)

1、 華北水利水電學(xué)院 基于C51單片機(jī) 交通燈課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓 名：田坤 班 級(jí)：125 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師：辛艷輝 劉明堂 2013年1月16日摘要近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(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(lái)使用，正在不斷的應(yīng)用到實(shí)際生活中，并且根據(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。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)STC89C51為中

2、心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信號(hào)燈對(duì)路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(qiáng)通等問(wèn)題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：交通燈 單片機(jī) 數(shù)碼管一 .總體設(shè)計(jì)思路1.1設(shè)計(jì)目的及思路設(shè)計(jì)目的了解交通燈管理的基本工作原理，熟練掌握STC89C51的工作原理和應(yīng)用編程，熟悉STC89C51單片機(jī)并行接口的各種工作方式和應(yīng)用，并了解計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法，掌握多位LED顯示問(wèn)題的解決。設(shè)計(jì)思路（1）分析目前交通路口的基本控制技術(shù)，提出自己的交通控制的初步方案。（2）確定

3、系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示。（3）進(jìn)行顯示電路。（4）進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.2 實(shí)際交通燈顯示時(shí)序及狀態(tài)轉(zhuǎn)換的理論分析圖1所示為紅綠燈轉(zhuǎn)換的狀態(tài)圖。S2S1S4S3圖1 紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)S1S2S3S4時(shí)間30s5s30s5s東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮表1 十字路口指示燈燃亮方案說(shuō)明：（1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為60秒。 （2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車輛禁止通過(guò)，行人

4、通行。 時(shí)間為80秒。 東西方向車流大 通行時(shí)間長(zhǎng)。 （4）這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。 （5）此表可根據(jù)車流量動(dòng)態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。 共四種狀態(tài)，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個(gè)周期，循環(huán)執(zhí)行如下圖所示：圖2 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖程序就是在上述四種狀態(tài)下循環(huán)轉(zhuǎn)化的。一個(gè)周期四個(gè)狀態(tài)，在正常模式下共花費(fèi)1分10秒。二.具體設(shè)計(jì)方案2.1方案要求：本設(shè)計(jì)要求與交通信號(hào)實(shí)際控制一致，采用LED模擬信號(hào)燈，信號(hào)燈分東西、南北二組，分別有紅、黃、綠三色。其工作狀態(tài)由程序控制，啟動(dòng)、停止按鈕分別控制信號(hào)燈的啟動(dòng)與停止。白天/黑夜轉(zhuǎn)

5、換開(kāi)關(guān)可對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換。并且要求能用兩位數(shù)碼管（或者一位數(shù)碼管）來(lái)顯示紅燈或者綠燈等待的時(shí)間，在黃燈的時(shí)候數(shù)碼管不顯示。信號(hào)燈的控制要求如下：假設(shè)東西方向交通繁忙為主干道，車流量為南北交通的兩倍。因此東西方向的綠燈通行時(shí)間為是南北方向上的兩倍。開(kāi)始時(shí)東西方向綠燈先亮，南北為紅燈。按下啟動(dòng)按鈕開(kāi)始工作，按下停止按鈕，停止工作。白天/黑夜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)閉合時(shí)為黑夜工作狀態(tài)，這時(shí)只有黃燈來(lái)回閃爍，斷開(kāi)為白天工作狀態(tài)。白天工作狀態(tài)要求：東西方向綠燈亮40s，然后黃燈閃三下（1下/秒，共5秒），然后紅燈亮20s，而南北方向?yàn)榧t燈亮40s然后綠燈亮20s，然后黃燈也閃三下；如此周期循環(huán)下去。 示意圖2.2方

6、案分析根據(jù)十字路口交通燈的要求，可將本系統(tǒng)分為三個(gè)模塊，第一模塊是控制模塊，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，從而使各模塊正常工作，第二個(gè)模塊式顯示模塊包括LED燈和數(shù)碼管；第三是電源模塊，給各模塊提供電源，讓各模塊工作。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖：圖3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.3 89C51單片機(jī)引腳功能說(shuō)明89C51外部引腳圖：（可以直接拷入ASM程序文件中，作注釋使用，十分方便）                    

7、                       P1.0        1 40        Vcc              P1.1 &

8、#160;      2       39        P0.0                 P1.2        3      

9、38        P0.1                 P1.3        4       37        P0.2   &#

10、160;             P1.4        5       36        P0.3                P1.5

11、0;       6       35        P0.4                P1.6        7       34&

12、#160;       P0.5                P1.7        8       33        P0.6      

13、60;      RST/Vpd     9       32        P0.7         RXD P3.0         10     31  

14、      -EA/Vpp（內(nèi)1/外0 程序地址選擇）    TXD P3.1         11     30        ALE/-P （地址鎖存輸出） -INT0 P3.2          12   

15、0;  29        -PSEN      （外部程序讀選通輸出） -INT1 P3.3          13      28        P2.7         &#

16、160; T0      P3.4     14      27        P2.6          T1      P3.5     15      26

17、0;       P2.5         -WR P3.6        16      25        P2.4          -RD P3.7   

18、0;    17      24        P2.3                  X2          18      23 &

19、#160;      P2.2                   X1         19      22        P2.1   

20、           GND          20       21        P2.0                  

21、               引腳說(shuō)明：        電源引腳          Vcc（40腳）：典型值5V。          Vss（20腳）：接低電平。    

22、    外部晶振      X1、X2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，X2接振蕩信號(hào)，X1接地        輸入輸出口引腳：          P0口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。          P1口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先

23、軟件置“ 1”。          P2口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。          P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。        控制引腳：          RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-

24、EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。          RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。          第二功能：加+5V備用電源，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。          ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。     &

25、#160;    第二功能：編程脈沖輸入。          -PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。          -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲(chǔ)器使能端。          第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。圖6. 單片機(jī)8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路圖

26、7. 時(shí)鐘電路 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的

27、反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。復(fù)位電路 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為RO

28、M的00H處開(kāi)始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部RAM有所影響。常用的復(fù)位電路如下圖所示：圖8. 復(fù)位電路圖顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED數(shù)碼管是現(xiàn)在最常用的顯示器之一。發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或