交通燈系統(tǒng)課程設計

1、廣東工業(yè)大學華立學院 課 程 設 計（論文） 課程名稱 微機原理與單片機綜合設計與實踐 題目名稱 交通燈控制系統(tǒng)設計 學生學部（系） 機電與信息工程學部 專業(yè)班級 11電氣1班 學 號 12031101001 學生姓名 指導教師 黃淑芬 2014年 5 月 26 日廣東工業(yè)大學華立學院課程設計（論文）任務書題目名稱交通燈控制系統(tǒng)設計學系學部機電與信息工程學部專業(yè)班級11電氣1班姓 名學 號12031101034一、課程設計（論文）的內容以AT89C51單片機為核心，設計交通燈控制電路。具體要求：1.完成交通燈的基本功能，結合實際情況，控制紅、黃、綠交通燈的亮和滅.其工作流程是：綠、黃、紅分時間

2、段開通，循環(huán)往復2.若有交通異常情況，可以通過按鍵處理目前的緊急狀態(tài);3.控制東西方向和南北方向的紅、黃、綠交通燈的亮和滅；4.控制系統(tǒng)的原理圖和接線圖采用PROTEL,PROTEUS等專用繪圖軟件繪制。二、課程設計（論文）的要求與數據1、系統(tǒng)框圖、方案論證；2、各部分的硬件電路原理圖及功能說明；3、程序流程圖及分析；4、系統(tǒng)調試與分析；5、源程序清單。三、課程設計（論文）應完成的工作1. 完成硬件和軟件設計，繪出電路原理圖；2. 完成課程設計報告的撰寫。四、課程設計（論文）進程安排序號設計（論文）各階段內容地點起止日期1收集單片機等相關資料，確定設計方案校內2014年5月26日2進行硬件和軟

3、件設計，繪出電路原理圖校內2014年5月27日5月30日3進行課程設計報告的撰寫校內2014年5月31日、6月1日五、應收集的資料及主要參考文獻1 李全利. 單片機原理與應用技術M.高等教育出版社,20082 楊建良. 數字電子技術基礎M.武漢大學出版社,20073 譚浩強. C語言程序設計M.清華大學出版社,2008發(fā)出任務書日期： 2013年 05月23日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2013年 06月01 日 教學單位責任人簽章：目 錄第1章 緒論.11.1 交通燈的重要作用.11.2 該交通燈系統(tǒng)的特點.1第2章 系統(tǒng)概況.22.1 交通燈結構圖.22.2 設計功能.22.3 交通燈

4、控制系統(tǒng)各部分硬件組成.2 2.4 元器件清單.3第3章 交通燈控制系統(tǒng).43.1 8051單片機簡介.43.2 89051部分關聯(lián)功能簡介.53.3 交通燈的總電路圖.6第4章 軟件設計.6 4.1 交通燈控制系統(tǒng)軟件流程圖及程序分析.7 4.2 路口指示燈部分.9 4.3 程序設計代碼.9參考文獻.12 交通燈控制系統(tǒng)的設計摘 要：本設計是在熟練掌握單片機及其仿真系統(tǒng)使用方法基礎上，綜合應用單片機原理、微機原理等課程方面的知識，設計一個采用AT89S52單片機控制的交通燈控制電路。該設計結合實際情況給出了一種簡單低成本城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件及軟件設計方案、各個路口交通燈的狀態(tài)循環(huán)顯示，并

5、對程序流程圖進行詳細講解分析。硬件的設計采用89ATS52單片機為核心器件。并輔助復位電路，驅動電路。通過中斷擴展實現交通燈系統(tǒng)特殊情況的轉換。軟件設計部分分為一個主程序和兩個中斷子程序，開始時候南北可通行，K0復位，K1則東西南北都不能通行，K3轉換通行道路。十字路口的交通燈在工作時應具有如下特點:紅燈表示該條道路禁止通行；黃燈表示該條道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。 關鍵字：單片機；交通燈；程序第1章 緒論 1.1 交通燈的重要作用交通燈在城市交通中起著重要的作用，它與人們日常生活密切相關，是人們出行的安全保障。如今隨著人們生活水平的提

6、高，對交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現實的必要性。該設計在熟練掌握單片機原理及其應用技術的使用方法基礎上，綜合應用單片機原理、微機原理、微機接口技術、proteus軟件等課程方面的知識，設計一個采用AT89C51單片機控制的交通燈控制電路。能方便的對交通燈進行控制，使交通更和諧。 1.2 該交通燈系統(tǒng)的特點本系統(tǒng)結構簡單，操作方便；可實現自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設計將各任務進行細分包裝，使各任務保持相對獨立；能有效改善程序結構，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。第2章 系

7、統(tǒng)概況 2.1 交通燈結構圖單 片機AT89C51數據信號復位電路電路振蕩電路交通燈圖（1）系統(tǒng)原理框圖調時、緊急情況處理根據設計功能及要求，我們可得系統(tǒng)的原理框圖如圖（1）所示。 2.2 設計功能1.完成交通燈的基本功能，結合實際情況，控制紅、黃、綠交通燈的亮和滅.其工作流程是：綠、黃、紅分時間段開通，循環(huán)往復2.若有交通異常情況，可以通過按鍵處理目前的緊急狀態(tài);3.控制東西方向和南北方向的紅、黃、綠交通燈的亮和滅；4.控制系統(tǒng)的原理圖和接線圖采用PROTEL,PROTEUS等專用繪圖軟件繪制。2.3 交通燈控制系統(tǒng)各部分硬件組成2.3.1 復位部分復位電路采用上電+按鈕電平復位是上電復位與

8、按鈕復位的組合，當振蕩頻率是6MHz時，電容C取22uf, R取1K，Rs取200左右。上電瞬間復位端（RST/Vpd）的電位與Vcc相同，隨著充電電路電流的減少，RST/Vpd的電位下降，最后為0V，當按鈕按下后，電源Vcc通過電阻R，施加在單片機復位端RST/Vpd上實現復位，電路連接圖如下圖: 2.3.2時鐘電路部分本系統(tǒng)采用內部時鐘產生方式：在和兩端跨接陶瓷諧振器，與內部反相器構成穩(wěn)定的自激振蕩器采。晶振采用12MHz的振蕩頻率和兩個30Pf瓷片電容C1、C2，兩個電阻對頻率有微調作用。其電路如下圖： 2.3.2 路口指示燈部分采用紅黃綠三種顏色的發(fā)光二極管共12個分為4組代表路口的交

9、通燈。其中每兩組控制一個路口,具體時序如下表:方向燈色東西南北紅燈54黃燈11綠燈342.4 元器件清單 如下表：器件名稱型號大小數量單片機AT89S521晶振12MHz1邏輯芯片74LS04/74LS86各一個電容10uF1電容30pF2電阻1K3電阻51012發(fā)光二極管紅4黃4綠4開關按鍵式4第3章 交通燈控制系統(tǒng) 3.1 8051單片機簡介 89051部分管腳定義Vss ：地Vcc ：電源：提供掉電、空閑、正常工作電壓P0.0-0.7 ： P0 I/O 口 - P0 口是開漏雙向口，可以寫為1 使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。P0 也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數據存

10、儲器時作數據總線，此時通過內部強上拉輸出1。P1.0-1.7 ： P1 I/O 口 - P1 口是帶內部上拉的雙向I/O 口，向P1 口寫入1時，P1 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的P1 口會因為內部上拉而輸出電流(見DC 電氣特性)。 P1 口第2 功能：T2(P1.0) 定時/計數器2 的外部計數輸入/時鐘輸出(見可編程輸出)T2EX(P1.1) 定時/計數器2 重裝載/捕捉/方向控制P2.0-2.7 ： P2 I/O 口 - P2 口是帶內部上拉的雙向I/O 口，向P2 口寫入1時，P2 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的P

11、2 口會因為內部上拉而輸出電流(見DC 電氣特性)。 在訪問外部程序存儲器和外部數據時分別作為地址高位字節(jié)和16 位地址(MOVX DPTR)，此時通過內部強上拉傳送1。 當使用8 位尋址方式(MOVRi)訪問外部數據存儲器時，P2 口發(fā)送P2 特殊功能寄存器的內容。RST ： 復位 當晶振在運行中，只要復位管腳出現2 個機器周期高電平即可復位，內部有擴散電阻連接到Vss 僅需要外接一個電容到Vcc ，即可實現上電復位。PSEN ：程序存儲使能當執(zhí)行外部程序存儲器代碼時，PSEN 每個機器周期被激活兩次，在訪問外部數據存儲器時PSEN無效，訪問內部程序存儲器時PSEN 無效。XTAL1 ：晶體

12、1 反相振蕩放大器輸入和內部時鐘發(fā)生電路輸入。XTAL2 ：晶體2 反相振蕩放大器輸出。3.2 89051部分關聯(lián)功能簡介（1） 復位在振蕩器工作時將RST腳保持至少兩個機器周期高電平12 時鐘模式為24 個振蕩器周期6，時鐘模式為12 振蕩器周期可實現復位為了保證上電復位的可靠，RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間（通常為幾個毫秒）再加上兩個機器周期。復位后，振蕩器以12 時鐘模式運行當已通過并行編程器設置為6 時鐘模式時除外。（2） 振蕩器特性XTAL1 和XTAL2 為輸入和輸出，可分別作為一個反相放大器的輸入和輸出。此管腳可配置為使用內部振蕩器。要使用外部時鐘源驅動器件時，XT

13、AL2 可以不連接而由XTAL1 驅動。外部時鐘信號無占空比的要求，因為時鐘通過觸發(fā)器二分頻輸入到內部時鐘電路。但高低電平的最長和最短時間必須符合手冊的規(guī)定。（3） 定時器0 和1 的操作定時和計數功能由特殊功能寄存器TMOD 的控制位進行選擇。這兩個定時/計數器有4 種操作模式，通過TMOD 的M1 和M0 選擇。兩個定時/計數器的模式0、 1 和2 都相同模式3 不同。（4）中斷本器件提供6 個中斷源。外部中斷INT0 和INT1 可根據寄存器TCON 中的IT0 和IT1 位狀態(tài)分別設置為電平或者邊沿觸發(fā)。實際產生的中斷標志是TCON 中的位IE0 和IE1。 當產生外部中斷時，如果是邊

14、沿觸發(fā)，進入中斷服務程序后由硬件清除中斷標志位。如果中斷是電平觸發(fā)，由外部請求源而不是由片內硬件控制請求標志。定時器0 和定時器1 中斷由TF0 和TF1 （分別由各自的定時/計數寄存器控制，定時器0 工作在模式3時除外）產生。當產生定時器中斷時，進入中斷服務程序后由片內硬件清除標志位。8（P12-15）3.3 交通燈的總電路圖交通燈的總電路圖如下圖所示（圖中省略了復位電路及驅動電路）：第4章 軟件設計開始初始化AT89C52東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，延時南北方向剩余時間1S？東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃亮，延時南北方向剩余時間0S？東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，延時東西方向剩余時間

15、1S？東西方向黃燈閃亮，南北方向紅燈亮，延時東西方向剩余時間0S？圖（5）主程序流程圖4.1 交通燈控制系統(tǒng)軟件流程圖及程序分析4.1.1 主程序流程圖及程序模設計該交通信號燈控制系統(tǒng)的四中工作狀態(tài)如圖（5）所示（南北方向的交通燈為例）：（1） 東西方向車道紅燈亮，南北方向車道綠燈亮。表示東西方向車道上的車輛禁止通行，南北方向車道允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉到下一工作狀態(tài)。 （2）東西方向車道紅燈亮，南北方向車道黃燈閃亮。表示南北方向車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，東西方向車道禁止通行。黃燈閃亮足規(guī)定時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，轉到

16、下一工作狀態(tài)。（3）東西方向車道綠燈亮，南北方向車道紅燈亮。表示東西方向車道允許通行，南北方向車道上的車輛禁止通行，綠燈亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，轉到下一工作狀態(tài)。（4）東西方向車道黃燈閃亮，南北方向車道紅燈亮。表示南北方向車道禁止通行，東西方向車道上位過限停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈閃亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 4.1.2 INT0中斷服務程序流程圖及程序模設計開始初始化T0P3.2=0？P2.4=0？東西南北方向燈全紅P2.5=0？P2.6=0？中斷返回東西方向加1S南北方向減1S圖（6）中斷服

17、務流程圖INT0與K2連接，另一端與地連接。按下K2，東西南北四個方向全紅，也就是說，東西南北四個通道都不能通車，這是緊急情況，但救護車等特殊車輛可以通過。K0與AT89C52的25管腳相連。K1與P2.5相接，K3與P2.6相接，K2與P3.2相接。在按下K2的前提下，按按下K0，如果3秒中之內沒有按鍵，則交通燈恢復正常。50ms中斷計算方法(適用于12MHz晶振): T0的計數初值：X0=M-計數值2 =M-Tc/TP =M-(Tcfosc)/12 =65536-(50ms1SMHz/12) =15536 15535 =3CB0H其中4E.0H單元存放3s鐘控制標志位,4F.0H單元存放1

18、s控制標志位;4D.0單元存放0.5秒控制標志位60H和61H單元分別存放產生1s和3s的中斷次數,當它們單元中的值為零時,分別表示1s和3s到,對4E.0H單元和4F.0H單元進行置1,62H單元用于產生0.5秒由于采用工作模式1,所以每次中斷后,一定在中斷程序中重裝記數初值.4.2 路口指示燈部分用P1端口作為輸出端口,用P1.0到P1.5端口分別控制東西和南北兩組燈的狀態(tài)低電平點亮,具體端口功能如下:P1.0控制東西紅燈的亮滅P1.1控制東西綠燈的亮滅P1.2控制東西黃燈的亮滅P1.3控制南北紅燈的亮滅P1.4控制南北綠燈的亮滅P1.5控制南北黃燈的亮滅具體的程序我們以點亮東西紅燈東南北

19、綠燈為例: MOV P1, #0EEH其余部分根據硬件不同而修改#0EEH的值.4.3 程序代碼如下： ORG 0000H LJMP MAIN ;轉向主程序 ORG 0003H LJMP INTT0 ;轉向緊急車輛中斷服務程序 ORG 0013H LJMP INTT1 ;轉向有車車道中斷服務程序 ORG 0200H MAIN:MOV SP,#30H SETB PX0 ;置外部中斷0為高優(yōu)先級中斷 MOV TCON,#00H ;置外部中斷0、1為電平觸發(fā) MOV TMOD,#10H ;置定時器1為方式1 MOV IE,#85H ;開CPU中斷，開外中斷0、1中斷 LOOP: MOV P1,#0F

20、3H ;A道綠燈放行，B道紅燈禁止 MOV R1,#90 ;置0.5秒循環(huán)次數（0.590=45S） DIP1: ACALL DELAY ;調用0.5秒延時子程序 DJNZ R1,DIP1 ;45秒不到繼續(xù)循環(huán) MOV R1,#06 ;置A綠燈閃爍循環(huán)次數 WAN1: CPL P1.2 ;A綠燈閃爍 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN1 ;閃爍次數未到繼續(xù)循環(huán) MOV P1,#0F5H ;A黃燈警告，B紅燈禁止 MOV R1,#04H ;置0.5秒循環(huán)次數（0.54=2S） YL1:ACALL DELAY DJNZ R1,YL1 ;2秒未到繼續(xù)循環(huán) MOV P1,#0DEH ;A紅

21、燈，B綠燈 MOV R1,#32H ;置0.5秒循環(huán)次數（0.550=25S） DIP2: ACALL DELAY DJNZ R1,DIP2 ;25秒未到繼續(xù)循環(huán) MOV R1,#06H WAN2: CPL P1.5 ;B綠燈閃爍 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN2 MOV P1,#0EEH ;A紅燈，B黃燈 MOV R1,#04H YL2: ACALL DELAY DJNZ R1,YL2 AJMP LOOP ;循環(huán)執(zhí)行主程序 INTT0:PUSH P1 ;P1口數據壓棧保護 PUSH ACC ;ACC寄存器壓棧保護 PUSH TH1 ;TH1壓棧保護 PUSH TL1 ;TL1

22、壓棧保護 MOV P1,#0F6H ;A、B道均為紅燈 MOV R2,#40 ;置0.5秒循環(huán)初值(20S) DEY0: ACALL DELAY DJNZ R2,DEY0 ;15秒未到繼續(xù)循環(huán) POP TL1 ;彈?；謴同F場 POP TH1 POP ACC POP P1 RETI ;返回主程序 INTT1: CLR EA ;關中斷 PUSH P1 ;壓棧保護現場 PUSH ACC PUSH TH1 PUSH TL1 SETB EA ;開中斷 JB P3.0,BOP ;A道無車轉向B道 MOV P1,#0F3H ;A道綠燈，B道紅燈 SJMP DEL1 ;轉向15秒延時 BOP: JB P3.1,EXIT ;B道無車退出中斷 MOV P1,#0DEH ;A紅燈，B綠燈 DEL1: MOV R5,#30 ;置0.5秒循環(huán)初值(15S) NEXT: ACALL D