單片機交通燈課程設計

1、 單片機技術及其應用課程設計報告題 目： 基于C51單片機交通信號燈 . 班 級： 15電信本3 . 學 號： 15434005 .姓 名： 劉幫亮 .同組人員：張書政 陳鈺婕 李家月 劉幫亮 .指導教師： 王 瑞 瑛 . 2015年10月30日 目錄1 總體設計方案 .1 1.1設計思路 .1 1.2設計目的 .2 1.3設計任務 .3 1.4設計內容.32 交通管理方案 .53 硬件設計 .5 3.1芯片主要性能.5 3.2功能特性描述 .6 3.3 設計電路.6 3.4顯示電路設計 .7 3.5 晶振電路.84 軟件程序流程.8 4.1 主程序流程說明.8 4.2 顯示子程序流程說明.1

2、0 4.3 軟件設計電路.115總結.12參考文獻.14附錄1.15附錄2.18引言 Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。本文就用Keil編程，相比硬件設計程序設計較為復雜，必需同時考慮燈控制、時間顯示、緊急開關等問題，并且具有一定的C語言基礎和一定的思維能力及邏輯能力。本文對十字路口狀態(tài)預設為兩種，一種是正常狀態(tài)，即倒計時60秒，交通燈循環(huán)亮，另一種是故障或緊

3、急狀態(tài)，即無論交通燈處于何種狀態(tài)只要按下緊急開關，就立即打開相應的綠燈，另一方向則亮紅燈，當再按起開關則反向，并從60秒倒計時，恢復正常狀態(tài)，分別用黃、紅、綠色燈的不同組合來表示。本系統(tǒng)采用單片機AT89C52為核心器件來設計交通燈控制器，模擬現實中的交通燈控制方法，具有較強的實用性。1 總體設計方案 1.1設計思路 以單片機為核心器件，對系統(tǒng)進行控制，外加輔助電路對系統(tǒng)參數進行必 要的設置和顯示。交通信號燈的顯示時間可以固定，也可用鍵盤重新設置，時間 控制和LED顯示均由單片機進行控制。交通信號燈控制系統(tǒng)主要可以分為定時、紅綠燈轉換、倒計時顯示等三個控制模塊，單片機作為系統(tǒng)的控制單元，在系統(tǒng)

4、中的作用主要有以下幾個方面：（1）利用單片機中的定時器循環(huán)出一秒時間，然后將它累計到處于活動狀 態(tài)的寄存器中。寄存器里的計數是遞減的，一秒時間到則減1，直到計數為0，說明定時時間到。（2）定時時間到后，單片機將對寄存器地址進行判斷，不同的寄存器對應不同的紅綠燈顯示。（3）每次一秒時間到，寄存器自減1后，還要將寄存器中的值，也就是剩余的秒數反映到LED顯示器上，構成倒計時顯示。（4）掃描鍵盤上的數值，并將它反映到特定的寄存器里，根據寄存器的存儲值對定時程序進行重新置數操作 基于完成以上任務分析，結合所學有關知識，尤其是本學期所學關于單片機的中斷系統(tǒng)和定時/計數器的相關知識及應用，我們知道對于紅、

5、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的六個輸出引腳，若用P1口進行輸出，則分配如下： AT89C51P1.0 P1.1 P1.2 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編程從而實現控制。而時間的各盞燈的熄滅時間的延 圖1單片機引腳分布1.2設計目的（1）加強對單片機和匯編語言的認識，充分掌握和理解設計各部分的工作 原理、設計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。（2）用單片機模擬實現具體應用，使個人設計能夠真正使用。（3）把理論知識與實

6、踐相結合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。（4）提高利用已學知識分析和解決問題的能力。（5）提高實踐動手能力。1.3設計任務 目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設實際情況為東西南北走向 的十字路口，如下圖： 圖2實際交通圖1.4 設計內容 a設計并繪制硬件電路圖 b制作PCB并焊接好元器件 c編寫程序并將調試好的程序固化到單片機中 利用單片機的定時器定時，實現道路的紅綠燈交替點亮和熄滅。以AT89C52單片機為核心，設計一個十字路口交通燈控制系統(tǒng)。用單片機控制LED燈模擬交通信號燈顯示。在設計中利用軟件程序延時的方法來控制紅（綠）的亮的時間。 考慮延時時間較長所以先用T0產生終端然后

7、通過計數的方法來實現延時。利用口的P1.1、P1.2、P1.3作為紅綠燈控制端口。南北方向、東西方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。 交 通 燈 AT89C51時 鐘 電 路 LED 數 碼 管振 蕩 電 路上 電 復位 電 路3、軟件結構圖： 圖3硬件原理框圖 主 程 序顯示子程序調用 實現 功能模塊 圖4軟件結構框圖2 交通管理的方案 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共

8、停車時間。(1) 當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為25秒。(2) 黃燈5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。(3) 當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為25秒。(4) 這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。3 硬件設計 3.1芯片主要性能AT89S52單片機與MCS-51單片機產品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、

9、三個16位定時器/計數器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒、雙數據指針 、掉電標識符 。 3.2功能特性描述At89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)F

10、lash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位 定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外，AT89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。3.3設計電路： 設計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， 設計中采用發(fā)光二極管作為交通燈

11、來使用， 單片機的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P1.0P1.5控制。單片機的I/O接口與交通燈電路的具體連接方式為：P1.0P1.2分別接東西方向的紅、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，相應的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖所示 圖5 交通電路3.4顯示電路設計 東西和南北方向的放行時間的長短是

12、依據路口的各個方向平時的車流量來設定。 各個狀態(tài)保持的時間之有嚴格的對應關系。我們可以依據標準來改變車輛的放行時間。按照一般的規(guī)則，一個十字路口可分為主干道和次干道，主干道的放行時間大于次干道的放行時間。該顯示裝置選用七段數碼管來顯示交通燈轉換的剩余時間，根據控制要求，每個路口需要兩個數碼管，這樣四個路口就要求八個數碼管。有序AT89C51單片機的I/O作為輸出時，具有較強吸收電流能力，因此我們可以選用共陽型數碼管，這樣由單片機的I/O就可以直接驅動，從而簡化硬件電路的設計。四個路口倒計時顯示被置在同一時刻顯示相同的數字，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

13、圖 6顯示電路圖3.5 晶振電路 晶振電路原理圖，晶振為12MHz。 圖9晶振模塊原理圖 選取原則：傳統(tǒng)做法，但能夠實現所需，即最簡單也最是實用。電容選取30pF。 圖7晶振電路4 軟件程序流程 4.1主程序流程說明 當定時器定時為1秒，時程序跳轉到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數器賦初值 ，重新進入循環(huán)。 開始初始化，全部為黃燈并按照初始化運行東西紅燈亮，南北綠燈亮調用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈爍調用顯示程序，將時間送顯示

14、返回東西綠燈亮，南北紅燈亮調用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍調用顯示程序，將時間送顯示 圖8主程序流程圖4.2顯示子程序流程說明 在此流程中P0端口代表十位，P2端口代表個位。在設計中利用軟件程序延時的方法來控制紅（綠）的亮的時間?？紤]延時時間較長所以先用T0產生終端然后通過計數的方法來實現延時。利用口的P1.1、P1.2、P1.3作為紅綠燈控制端口。 圖9顯示子程序圖4.3軟件設計電路 圖10仿真電路 圖11仿真效果5 總結在這次實驗過程中，通過本組成員的共同合作完成了此次實驗、我們就去圖書館借來了書，學習交通燈技術，了解交通燈的原理。當然這些的學習與我們的實習進程是同步的

15、，我們分幾個模塊來設計，針對每個模塊有針對性的快速學習，然后用Keil軟件編程。這已經是最后一次實習了，每結束一個實習，就越發(fā)覺得自己實在是有太多知識不會的，即便是在實習過程中掌握了的知識自己也不是很有底，當時目的性太強，學的太專，也許這就是快速學習的后遺癥吧。但實習本身重點就不是用來系統(tǒng)學習知識的，而是用來鍛煉能力的，鍛煉查找資料快速學習融會貫通以及動手的能力，只要能有這方面的收獲實習的目的就已經達到了，自己還是有不少收獲的！參考文獻1.單片機原理及應用 張毅剛 高等教育出版社 。2.單片機控制實習與專題制作蔡朝洋。3.單片機實驗教程 彭冬明、韋友春 北京理工大學出社。4.單片機基礎李廣弟，

16、朱月秀 北京航空航天大學出版社。5.單片機課程設計實例指導李光飛 北京航空航天大學出版社。附錄1程序及其清單 ORG 0000H AJMP STAT ORG 0100HSTAT: SETB EA ;EA=1 SETB EX0 ;EX0=1 SETB IT0 ;IT0=1 SETB EX1 ;EX1=1 SETB IT1 ;IT1=1 MOV SP,#60H STAT1: MOV R0, #0EDH ;初始化，東西南北均為黃燈 MOV P1, R0 MOV R7,#05 ;顯示5秒 LCALL DISP1 ;調顯示子程序A1: MOV R0,#0DEH ;東西紅燈亮 南北綠燈亮 MOV P1,R

17、0 MOV R7,#25 ;顯示25秒 LCALL DISP ;調顯示子程序SHANHD: MOV R0, #0EDH ;點亮東西黃燈 點亮南北黃燈 MOV P1, R0 MOV R7,#05 ;顯示5秒 LCALL DISP1 ;調顯子程序A2: MOV R0,#0F3H ;東西綠燈亮 南北紅燈亮 MOV P1,R0 MOV R7,#25 ;顯示25秒 LCALL DISP ; 調顯子程序DISP: MOV 40H,R7 NEXT: MOV A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A

18、,A+DPTR MOV P2,A LCALL DELAY1S DEC 40H MOV A,40H CJNE A,#00,NEXT MOV R7,#00 CJNE R0,#0DEH,STAT CJNE R0,#0F3H,SHANHDNEXT1: MOV A,41H DISP1: MOV 41H,R7 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 MOV R0, #0EDH MOV P1, R0 ACALL DELAY10MS MOV R0, #0FFH MOV P1, R0 LCALL DELAY1S DEC 41H MOV A,41H CJNE A,#00,NEXT1DELAY10MS: MOV R1,#10 D6: MOV R2,#20 D5: MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R2,D5 DJNZ R1,D6 RETDELAY1S: MOV R6,#