單片機(jī)交通燈課程設(shè)計

1、 單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用課程設(shè)計報告題 目： 基于C51單片機(jī)交通信號燈 . 班 級： 15電信本3 . 學(xué) 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(dǎo)教師： 王 瑞 瑛 . 2015年10月30日 目錄1 總體設(shè)計方案 .1 1.1設(shè)計思路 .1 1.2設(shè)計目的 .2 1.3設(shè)計任務(wù) .3 1.4設(shè)計內(nèi)容.32 交通管理方案 .53 硬件設(shè)計 .5 3.1芯片主要性能.5 3.2功能特性描述 .6 3.3 設(shè)計電路.6 3.4顯示電路設(shè)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(shè)計電路.115總結(jié).12參考文獻(xiàn).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(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)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(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)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(shè)計程序設(shè)計較為復(fù)雜，必需同時考慮燈控制、時間顯示、緊急開關(guān)等問題，并且具有一定的C語言基礎(chǔ)和一定的思維能力及邏輯能力。本文對十字路口狀態(tài)預(yù)設(shè)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(guān)，就立即打開相應(yīng)的綠燈，另一方向則亮紅燈，當(dāng)再按起開關(guān)則反向，并從60秒倒計時，恢復(fù)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(jī)AT89C52為核心器件來設(shè)計交通燈控制器，模擬現(xiàn)實中的交通燈控制方法，具有較強(qiáng)的實用性。1 總體設(shè)計方案 1.1設(shè)計思路 以單片機(jī)為核心器件，對系統(tǒng)進(jìn)行控制，外加輔助電路對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行必 要的設(shè)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(shè)置，時間 控制和LED顯示均由單片機(jī)進(jìn)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(zhuǎn)換、倒計時顯示等三個控制模塊，單片機(jī)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(jī)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(shù)是遞減的，一秒時間到則減1，直到計數(shù)為0，說明定時時間到。（2）定時時間到后，單片機(jī)將對寄存器地址進(jìn)行判斷，不同的寄存器對應(yīng)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(shù)反映到LED顯示器上，構(gòu)成倒計時顯示。（4）掃描鍵盤上的數(shù)值，并將它反映到特定的寄存器里，根據(jù)寄存器的存儲值對定時程序進(jìn)行重新置數(shù)操作 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/計數(shù)器的相關(guān)知識及應(yīng)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(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 P1.2 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(xiàn)控制。而時間的各盞燈的熄滅時間的延 圖1單片機(jī)引腳分布1.2設(shè)計目的（1）加強(qiáng)對單片機(jī)和匯編語言的認(rèn)識，充分掌握和理解設(shè)計各部分的工作 原理、設(shè)計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。（2）用單片機(jī)模擬實現(xiàn)具體應(yīng)用，使個人設(shè)計能夠真正使用。（3）把理論知識與實

6、踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。（4）提高利用已學(xué)知識分析和解決問題的能力。（5）提高實踐動手能力。1.3設(shè)計任務(wù) 目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設(shè)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(shè)計內(nèi)容 a設(shè)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(diào)試好的程序固化到單片機(jī)中 利用單片機(jī)的定時器定時，實現(xiàn)道路的紅綠燈交替點亮和熄滅。以AT89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計一個十字路口交通燈控制系統(tǒng)。用單片機(jī)控制LED燈模擬交通信號燈顯示。在設(shè)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(chǎn)生終端然后

7、通過計數(shù)的方法來實現(xiàn)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(jìn)行顯示（采用計時的方法）。 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： 圖3硬件原理框圖 主 程 序顯示子程序調(diào)用 實現(xiàn) 功能模塊 圖4軟件結(jié)構(gòu)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?xí)r間為東西、南北兩干道的公共

8、停車時間。(1) 當(dāng)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(dāng)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(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。3 硬件設(shè)計 3.1芯片主要性能AT89S52單片機(jī)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)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(shù)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(shù)據(jù)指針 、掉電標(biāo)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(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(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)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?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。3.3設(shè)計電路： 設(shè)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(shè)計中采用發(fā)光二極管作為交通燈

11、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 圖5 交通電路3.4顯示電路設(shè)計 東西和南北方向的放行時間的長短是

12、依據(jù)路口的各個方向平時的車流量來設(shè)定。 各個狀態(tài)保持的時間之有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。我們可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(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。四個路口倒計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

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?qū)崿F(xiàn)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(dāng)定時器定時為1秒，時程序跳轉(zhuǎn)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(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)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(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

14、返回東西綠燈亮，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 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(shè)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(chǎn)生終端然后通過計數(shù)的方法來實現(xiàn)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(shè)計電路 圖10仿真電路 圖11仿真效果5 總結(jié)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(xué)習(xí)交通燈技術(shù)，了解交通燈的原理。當(dāng)然這些的學(xué)習(xí)與我們的實習(xí)進(jìn)程是同步的

15、，我們分幾個模塊來設(shè)計，針對每個模塊有針對性的快速學(xué)習(xí)，然后用Keil軟件編程。這已經(jīng)是最后一次實習(xí)了，每結(jié)束一個實習(xí)，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(xí)過程中掌握了的知識自己也不是很有底，當(dāng)時目的性太強(qiáng)，學(xué)的太專，也許這就是快速學(xué)習(xí)的后遺癥吧。但實習(xí)本身重點就不是用來系統(tǒng)學(xué)習(xí)知識的，而是用來鍛煉能力的，鍛煉查找資料快速學(xué)習(xí)融會貫通以及動手的能力，只要能有這方面的收獲實習(xí)的目的就已經(jīng)達(dá)到了，自己還是有不少收獲的！參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)原理及應(yīng)用 張毅剛 高等教育出版社 。2.單片機(jī)控制實習(xí)與專題制作蔡朝洋。3.單片機(jī)實驗教程 彭冬明、韋友春 北京理工大學(xué)出社。4.單片機(jī)基礎(chǔ)李廣弟，

16、朱月秀 北京航空航天大學(xué)出版社。5.單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)李光飛 北京航空航天大學(xué)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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,#