單片機(jī)交通燈控制器方案設(shè)計(jì)書(shū)

重慶科技學(xué)院

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

院（系）:電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí) :電自專09級(jí)2班

學(xué)生姓名: 賈瑞楠 學(xué) 號(hào): 2009630943

設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） ___ I506_ _______

設(shè)計(jì)題目:________《單片機(jī)交通燈控制器設(shè)計(jì)》

完成日期：2011年9月12日

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):

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成績(jī)（五級(jí)記分制）:______ __________

指導(dǎo)教師（簽字）:________________

摘要

隨著生活水平的提高，汽車越來(lái)越普及。因此，紅綠燈安裝在各個(gè)道口

上，也漸漸成為了疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交

通得以有效管制，對(duì)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。本系統(tǒng)采用 80C51單片機(jī)為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了實(shí)

時(shí)顯示當(dāng)前通行剩余時(shí)間；按東西道紅燈和南北道綠燈亮 22秒后東西道、南北

道黃燈閃爍3秒，再東西道綠燈和南北道紅燈亮 27秒，之后黃燈閃爍 3秒的規(guī)

律控制東西和南北方向的交通燈；能手動(dòng)設(shè)置通行方向 3種功能。4位數(shù)碼管

顯示剩余通行時(shí)間，2位顯示東西方向通行剩余時(shí)間， 2位顯示南北方向通行剩

余時(shí)間。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 交通燈 動(dòng)態(tài)掃描 自動(dòng)控制 手動(dòng)設(shè)置

交通燈控制器的功能規(guī)劃

本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器有 2種工作模式，分別是正常狀態(tài)下的自動(dòng)控

制模式和緊急情況下的手動(dòng)控制模式。

自動(dòng)控制模式是在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)東西道與南北道紅綠燈循環(huán)點(diǎn)

亮，倒計(jì)時(shí)剩3秒時(shí)黃燈閃爍警示，并且實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前通行剩余時(shí)間。

手動(dòng)控制模式是在有按鍵按下的時(shí)候相應(yīng)的通道置于綠燈，另外一個(gè)通

道置于紅燈，直到有返回鍵按下之后自動(dòng)返回到自動(dòng)控制模式。

方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件方案設(shè)計(jì)

本次課程設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)為STC89C51，STC89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用STCMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8

位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 STC89C51提

供了高性價(jià)比的解決方案。

STC89C51主要功能特性：

1、兼容MCS—51指令系統(tǒng)，4k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）FlashROM

2、32個(gè)雙向I/O口，可編程UARL通道

3、兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，全靜態(tài)操作 0-24MHz

4、1個(gè)串行中斷，128x8bit內(nèi)部RAM

5、兩個(gè)外部中斷源，共 6個(gè)中斷源

6、可直接驅(qū)動(dòng)LED，3級(jí)加密位

7、低功耗空閑和掉電模式

晶振采用11.0592MHZ提供定時(shí)脈沖。復(fù)位電路：上電復(fù)位，按鍵復(fù)位。

本次設(shè)計(jì)的交通燈控制器涉及的硬件主要有按鍵、數(shù)碼管、單片機(jī)、

LED、、串口，等其它附加設(shè)備，其連接關(guān)系圖如下 (由于硬件的原因，黃燈

的連接省略)：

LED燈

P0.0-P0.7

P2.3-P2.6

數(shù)碼管

單

按鍵

片

P2.0

P2.1

P2.2

機(jī)

P1.0P1.1P1.2P1.3 SN

EW BACK

圖1交通燈硬件連接圖

2.2 軟件方案設(shè)計(jì)

程序?qū)崿F(xiàn)的基本功能

實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前通行剩余時(shí)間（4位數(shù)碼管顯示，2位顯示東西方向通行剩余時(shí)間，2位顯示南北方向通行剩余時(shí)間）；

按以下規(guī)律控制東西和南北方向的交通燈

22S

3S

27S

3S

(EW)

(SN)

能手動(dòng)設(shè)置通行方向。

程序結(jié)構(gòu)

本程序主要分為 2大塊，主程序和定時(shí)器 0的中斷程序。主程序包括了定

時(shí)器0和串口的初始化程序。定時(shí)器 0的中斷程序包括了 LED燈的控制，剩

余時(shí)間的計(jì)算以及按鍵的掃描，計(jì)時(shí)和刷新顯示程序，在定時(shí)器 0的中斷程序

中每50ms調(diào)用一次。

定時(shí)器0的中斷

程序

主程序 LED燈的控制

定時(shí)器 0 剩余時(shí)間的計(jì)

和串口的 算

初始化程 按鍵的掃描

序 計(jì)時(shí)

刷新顯示程序

圖2控制程序的結(jié)構(gòu)圖

硬件電路設(shè)計(jì)與分析

3.1CPU時(shí)鐘與復(fù)位電路

圖3單片機(jī)復(fù)位電路

單片機(jī)在正常工作時(shí)，

RST

應(yīng)保持低電平。當(dāng)

RST

為高電平并且保持

10ms

以上時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。當(dāng)手動(dòng)復(fù)位按下

K1

時(shí)，電容瞬間充電，使

RST

為高電平，而放電要經(jīng)歷一定時(shí)間，這段時(shí)間大于

10ms，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位

操作。

3.2 數(shù)碼管顯示電路

數(shù)碼管主要是用于數(shù)字的顯示。數(shù)碼管有共陰和共陽(yáng)的區(qū)分，單片機(jī)都

可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但是驅(qū)動(dòng)的方法卻不同。四位數(shù)碼管循環(huán)電路是由 1K的電

阻、IN4148二極管和數(shù)碼管組成，電源

+5V

通過(guò)

560的電阻直接給數(shù)碼管的

7

個(gè)段位供電，

P0.0-P0.7對(duì)應(yīng)了接數(shù)碼管的

A,B,C,D,E,F,G

和小數(shù)點(diǎn)位，

P1.0，

P1.1，P1.2，P1.3接位選碼。

表18段LED段碼

gfGNDab

顯示字符 共陰極段碼 顯示字符 共陰極段碼

0 3FH 5 6DH

1 06H 6 7DH

2

5BH

7

07H

3

4FH

8

7FH

cdGNDedp

4

66H

9

6FH

圖48段LED外形及引腳

本設(shè)計(jì)采用四位共陰極的七段數(shù)碼管，顯示當(dāng)前通行剩余時(shí)間。采用動(dòng)態(tài)

顯示方式，P0口送段選碼，P1口的低四位送位選碼。當(dāng)相應(yīng)的端口變成高電

平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 PNPS8550三極管會(huì)導(dǎo)通，+5V通過(guò)IN4148二極管和驅(qū)動(dòng)

三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要 P0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管

就能正常顯示需要的數(shù)字。

圖5數(shù)碼管電路圖

3.3 按鍵接口電路

因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)能手動(dòng)設(shè)置成東西道 (EW)通行或南北道(SN)通行以及返回自

動(dòng)控制模式，故共需要 3個(gè)按鍵。主要是注意按鍵的去抖動(dòng)處理，軟件法去抖

動(dòng)的實(shí)質(zhì)是軟件延時(shí)，即檢測(cè)到某一鍵狀態(tài)變化后延時(shí)一段時(shí)間，再檢測(cè)該按

鍵的狀態(tài)是否保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動(dòng)，不予理睬。去

抖動(dòng)的延時(shí)時(shí)間一般參考資料多描述為 20ms左右，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)大于

20ms。否則，會(huì)導(dǎo)致按一次多處理，影響程序正常執(zhí)行。

圖6按鍵接口電

3.4LED指示電路

因?yàn)樗捎玫陌遄庸灿?8個(gè)六個(gè)共陽(yáng)極的發(fā)光二極管，而 2個(gè)方向只需要

個(gè)發(fā)光二極管來(lái)分別代表紅綠燈。故選擇左邊三個(gè)從左到右依次為東西道

(EW)的紅、黃、綠燈，右邊三個(gè)從右到左依次為南北道 (SN)的綠、黃、紅

燈。中間2個(gè)廢棄不用。

圖7LED指示燈電路

軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制程序的結(jié)構(gòu)及模塊劃分

本程序主要分為2塊，主程序和定時(shí)器 0的中斷程序。

4.2 主程序

主程序是主體部分。包括了定時(shí)器 0和串口的初始化程序。

開(kāi)始

變量、數(shù)組、端口初始化

函數(shù)初始化

定時(shí)器T0、(串口)初始化

主循環(huán)：while(1)的死循環(huán)

圖8主程序流程圖

對(duì)變量、數(shù)組、端口的初始化有段碼的賦值，數(shù)碼管顯示初值以及各標(biāo)

志位的初始化。函數(shù)的初始化包括了定時(shí)器 T0的觸發(fā)方式，中斷的打開(kāi)。定

時(shí)器的計(jì)數(shù)初值為 TH0=0xee,TL0=0x00,即定時(shí)器定時(shí)5ms產(chǎn)生一次中斷，200

次中斷即為1秒，方便計(jì)算。

4.3定時(shí)器0中斷服務(wù)程序

定時(shí)器0中斷服務(wù)程序主要是數(shù)碼管刷新顯示程序，用來(lái)倒計(jì)時(shí)顯示。進(jìn)

入中斷后，程序又把初值設(shè)置成系統(tǒng)初始化時(shí)所設(shè)定的值，數(shù)碼管位選標(biāo)志位

自加1，當(dāng)標(biāo)志位等于 4時(shí)，位選標(biāo)志位又重新賦值 0。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描

原理，采用 switch()語(yǔ)句編寫(xiě)，在每次掃描以前要先關(guān)閉所有的位選，然后再

送由剩余時(shí)間計(jì)算函數(shù)所計(jì)算出的剩余時(shí)間值的對(duì)應(yīng)的段碼，最后再開(kāi)由位選

標(biāo)志位所對(duì)應(yīng)的位碼，如此便實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描。因?yàn)閯?dòng)態(tài)掃描程序是

寫(xiě)在定時(shí)器內(nèi)的，而定時(shí)器定時(shí)為 5ms，即每5ms掃描一位數(shù)碼管，4位數(shù)碼

管，故20ms循環(huán)一次。

寫(xiě)入定時(shí)器初值 (5ms)

調(diào)用剩余時(shí)間計(jì)算函數(shù)

數(shù)碼管輸出

中斷返回

圖9定時(shí)器0流程圖

4.4LED顯示程序

采用的為共陰極 LED，本設(shè)計(jì)將LED的顯示程序?qū)懺诹硕〞r(shí)器 0中斷程

序內(nèi)，采用是的 switch()語(yǔ)句，用operation_type來(lái)作標(biāo)志，程序未涉及到黃燈

的閃爍，只設(shè)計(jì)的先是南北道通 60s，后是東西道通 60s，所以在南北道和東

西道分別通的時(shí)候只需要 case語(yǔ)句就可以了，即

case1:{R_EW=0。G_EW=1。R_SN=1。G_SN=0。

if(++time_count==12000){

time_count=0。

operation_type=2。return。}

i=1。j=0。

}break。

case2:{R_EW=1。G_EW=0。R_SN=0。G_SN=1。

if(++time_count==12000){

time_count=0。

operation_type=1。return。}

i=0。j=1。

}break。

4.5數(shù)碼管顯示程序

在程序開(kāi)頭定義了一個(gè)數(shù)組：

unsignedcharData_Buffer[4]={0,0,0,0}。

前2位分別用來(lái)存放南北方向剩余通行時(shí)間的十位和個(gè)位，后2位分別用來(lái)存放東西方向剩余通行時(shí)間的十位和個(gè)位。

為了便于計(jì)算，利用(count-5)的值來(lái)計(jì)算剩余通行時(shí)間，算出十位與個(gè)位

即可，可寫(xiě)成

Data_Buffer[0]=(count-5)/10。

Data_Buffer[1]=(count-5)%10。

Data_Buffer[2]=(count-5)/10。

Data_Buffer[3]=(count-5)%10。

再由動(dòng)態(tài)掃描程序輸出對(duì)應(yīng)的段碼，數(shù)碼管就能實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前通行剩

余時(shí)間了。

LED顯示程序和數(shù)碼管顯示程序都應(yīng)該寫(xiě)到 while(1)死循環(huán)內(nèi)。

4.6按鍵掃描及處理程序

手動(dòng)模式可以設(shè)置為南北通和東西通以及返回到自動(dòng)模式，所以共需 3

個(gè)按鍵。本設(shè)計(jì)將南北通 (SN)和東西通(EW)2個(gè)按鍵分別接 P2.0和P2.1，返

回按鍵(BACK)接到了P2.2口，采用掃描法來(lái)檢測(cè)鍵盤是否按下。

因?yàn)榘存I采用的是掃描法，故需要注意消抖的處理，在此用軟件法去抖

動(dòng)即可。軟件法去抖動(dòng)的實(shí)質(zhì)是軟件延時(shí)，即檢測(cè)到某一鍵狀態(tài)變化后延時(shí)一

段時(shí)間，再檢測(cè)該按鍵的狀態(tài)是否保持著，如是則作為按鍵處理，否則，視為

抖動(dòng)，不予理睬。去抖動(dòng)的延時(shí)時(shí)間一般參考資料多描述為 20ms左右，在實(shí)

際應(yīng)用中應(yīng)大于 20ms。否則，會(huì)導(dǎo)致按一次多處理，影響程序正常執(zhí)行。

調(diào)試與測(cè)試

在程序的最初編寫(xiě)中，由于對(duì) time_count的值計(jì)算混亂，從而導(dǎo)致了

LED的點(diǎn)亮與數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)不一致，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的驗(yàn)算，調(diào)整對(duì) time_count的

算法，終于使LED的點(diǎn)亮、黃燈的閃爍能夠與倒計(jì)時(shí)一致了。

在定時(shí)器的運(yùn)用上，由于開(kāi)始沒(méi)有對(duì) TR0和EA置1，雖然啟動(dòng)了定時(shí)

器，但是 CPU并沒(méi)有響應(yīng)中斷，導(dǎo)致不能正常計(jì)數(shù)，從而使程序不能正常運(yùn)

行。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì) TR0和EA進(jìn)行置1后，問(wèn)題便迎刃而解。

動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程因?yàn)槭菍?xiě)在定時(shí)器內(nèi)的，所以是每 5ms掃描一個(gè)數(shù)碼管，

20ms循環(huán)1次，因此時(shí)間很短暫，由于數(shù)碼管的余暉和人眼的視覺(jué)暫留作

用，造成4位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。在對(duì) TR0和EA置1后數(shù)

碼管掃描便正常顯示了。

在按鍵上，EW按鍵、SN按鍵和BACK按鍵采用的是掃描法，之前并沒(méi)

有進(jìn)行去抖動(dòng)處理，所以導(dǎo)致對(duì)按鍵的掃描不準(zhǔn)確。發(fā)現(xiàn)這一錯(cuò)誤后，在檢測(cè)

到某一鍵狀態(tài)變化后加上一個(gè)延時(shí)程序，再次檢測(cè)該按鍵的狀態(tài)是否保持著，

如是則作為按鍵處理，否則，視為抖動(dòng)，不予理睬，即軟件法去抖動(dòng)。在添加

了延時(shí)程序后按鍵便能正常的工作了。

技術(shù)小結(jié)

本次設(shè)計(jì)以 STC89C51單片機(jī)平臺(tái)采用 C語(yǔ)言編寫(xiě)交通燈控制程序，運(yùn)

用到了 LED、數(shù)碼管、按鍵等基本元件。在主程序的循環(huán)掃描中，包含了

LED燈循環(huán)點(diǎn)亮程序、數(shù)碼管示值計(jì)算程序以及鍵盤掃描程序等。使用定時(shí)

器0來(lái)定時(shí)計(jì)數(shù)，為數(shù)碼管的掃描以及總的程序提供時(shí)間基礎(chǔ)。 2個(gè)外部中斷

分別用來(lái)接收按鍵產(chǎn)生的信號(hào)，使程序進(jìn)入相應(yīng)的模式。

設(shè)計(jì)主要包括了交通燈各方向通行狀態(tài)的顯示和數(shù)碼管對(duì)當(dāng)前通行剩余

時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示，以及手動(dòng)操作南北或東西方向的通行。而在程序設(shè)計(jì)和編寫(xiě)

的過(guò)程中也遇到許許多多的問(wèn)題，例如 LED燈與數(shù)碼管數(shù)值顯示的不一致，

按鍵因?yàn)闆](méi)消抖而產(chǎn)生的混亂等等。經(jīng)過(guò)不斷查找和修改，這些問(wèn)題也都得到

了很好的解決，最終實(shí)現(xiàn)了題目要求的功能。

交通燈控制器使用說(shuō)明

本交通燈控制器分為自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式。

按下電源開(kāi)關(guān)后，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制模式，南北方向與東西方向在通行時(shí)

間結(jié)束后自動(dòng)切換，同時(shí)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前通行剩余時(shí)間。東西方向和南北

方向交通燈是切換規(guī)律控如下表所示，其中的黃燈為閃爍效果。

22S

3S

27S

3S

(EW)

(SN)

手動(dòng)控制模式：上電后，只要按下 EW鍵或是SN鍵便進(jìn)入到手動(dòng)控制模

式。EW

鍵：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，即東西方向通行；

SN

鍵：

南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，即南北方向通行，無(wú)論是按下

EW

鍵還

是SN鍵，數(shù)碼管顯示的通行剩余時(shí)間均停止。

BACK

鍵：按下之后返回到自

動(dòng)控制模式，數(shù)碼管繼續(xù)計(jì)時(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅剛.新編MSC－51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2003

李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992

[3]何立民.MCS—51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1990

何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996

王毅.單片機(jī)器件應(yīng)用手冊(cè).北京：人民郵電出版社，1995

房小翠.單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999

張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2009

附錄1原理圖

附錄2源程序

#include<reg51.h>

#defineTHC00xee

#defineTLC00x00

unsigned char code Duan[]={0x3F,

0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}。

unsignedcharData_Buffer[4]={0,0,0,0}。

staticintcount=0,a=0,b=0,c=0,d=0,i=0。

sbitP10=P1^0。

sbitP11=P1^1。

sbitP12=P1^2。

sbitP13=P1^3。

sbitkey=P3^4。

//四個(gè)數(shù)碼管的位碼口定義

staticunsignedcharwei=0。

voiddelay(inti)

{

while(i)

i--。

}

voidmain()

{

IT0=1。

EX0=1。 //使能外部中斷0

IT1=1。

EX1=1。 //使能外部中斷1

TMOD=0x01。

TH0=THC0。

TL0=TLC0。

TR0=1。

ET0=1。

EA=1。

while(1)

{

if(count>=100)

{

count=0。

if(d==0)

{

switch(a)

{

case0:P2=0x7e。break。

case44:P2=0xbd。break。

case45:P2=0xff。break。

case46:P2=0xbd。break。

case47:P2=0xff。break。

case48:P2=0xbd。break。

case49:P2=0xff。break。

case50:P2=0xbd。break。

case51:P2=0xff。break。

case52:P2=0xdb。break。

case106:P2=0xbd。break。

case107:P2=0xff。break。

case108:P2=0xbd。break。

case109:P2=0xff。break。

case110:P2=0xbd。break。

case111:P2=0xff。break。

case112:P2=0xbd。break。

case113:P2=0xff。break。

default:break。

}

}

c=a/2。

if(c>=26)b=56-c。

elseb=25-c。

a++。

if(a==114)

{

a=0。

b=0。

}

if(d==1)

{

P2=0x7e。

a--。

}

if(d==2)

{

P2=0xdb。

a--。

}

if(key==0)

{

delay(5)。

if(key==0)

d=0。

}

Data_B