基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)對(duì)于交通的控制

課程設(shè)計(jì)(論文)題目名稱基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程名稱單片機(jī)原理及在電氣測(cè)控學(xué)科中的應(yīng)用學(xué)生姓名學(xué)號(hào)系專業(yè)指導(dǎo)教師年月日XX學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書年級(jí)專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)題目名稱基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間課程名稱單片機(jī)原理及在電氣測(cè)控學(xué)科中的應(yīng)用課程編號(hào)設(shè)計(jì)地點(diǎn)課程設(shè)計(jì)（論文）目的課程設(shè)計(jì)是在校學(xué)生素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的橋梁和紐帶。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生更多的完成軟硬結(jié)合的動(dòng)手實(shí)踐方案，解決目前學(xué)生課程設(shè)計(jì)過程中普遍存在的缺乏動(dòng)手能力的現(xiàn)象.《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》是繼《電子技術(shù)》、和《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程之后開出的實(shí)踐環(huán)節(jié)課程，其目的和任務(wù)是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)課程“電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“單片機(jī)原理及應(yīng)用”的基本知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)工作,掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測(cè)。已知技術(shù)參數(shù)和條件1、MCS-51單片機(jī)；2、KEIL軟件；Wave軟件；Proteus軟件3、任務(wù)和要求任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的紅、綠、黃三色信號(hào)交通燈控制器要求：1．東西方向?yàn)锳車道，南北方向?yàn)锽車道，每次通行時(shí)間為30秒；；2．換向時(shí)要有5秒的黃燈期；3．時(shí)鐘指示燈每秒亮一次注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，中南大學(xué)出版社，張一斌等2009年9月2、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程，北京航空航天大學(xué)出版社，何立民等2004年7月4、數(shù)字控制與PLC實(shí)驗(yàn)室”五、進(jìn)度安排X年X月X日：收集和課程設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)何要求X年X月X日：總體方案設(shè)計(jì)X年X月X日：硬件電路設(shè)計(jì)X年X月X日：軟件設(shè)計(jì)X年X月X日：系統(tǒng)調(diào)試改進(jìn)X年X月X日：整理書寫設(shè)計(jì)說明書X年X月X日：答辯并考核六、教研室審批意見教研室主任（簽名）：年月日七|、主管教學(xué)主任意見主管主任（簽名）：年月日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）：學(xué)生（簽字）：XX學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱表學(xué)生姓名學(xué)號(hào)系電氣工程系專業(yè)班級(jí)題目名稱基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程名稱單片機(jī)原理及在電氣測(cè)控學(xué)科中的應(yīng)用一、學(xué)生自我總結(jié)本課程設(shè)計(jì)論文是在唐宏偉老是的悉心指導(dǎo)下完成的。從本課題的選題、方案設(shè)計(jì)以及后面的論文撰寫與修改，唐師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、對(duì)我們的耐心指導(dǎo)都給與了我極大的幫助。同時(shí)本系實(shí)驗(yàn)室的開放，為本課程的順利完成提供了便利條件。通過本次的課程設(shè)計(jì)，使我深刻的認(rèn)識(shí)到學(xué)好本專業(yè)專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。同時(shí)，在動(dòng)手過程中，對(duì)單片機(jī)原理及運(yùn)用方法有了更深刻的認(rèn)識(shí)。雖然在本次設(shè)計(jì)中，我存在對(duì)知識(shí)的不完全了解，以及銜接不夠成熟的問題，但是在以后的學(xué)習(xí)工作中，我會(huì)不斷完善。學(xué)生簽名：年月日二、指導(dǎo)教師評(píng)定

評(píng)分項(xiàng)目平時(shí)成績(jī)論文答辯綜合成績(jī)權(quán)重304030單項(xiàng)成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師（簽名）：年月日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計(jì)說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁(yè)后面；2、表中的“評(píng)分項(xiàng)目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)確定。摘要本文將介紹一種基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)對(duì)于交通的控制，12個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來模擬東南西北四個(gè)方向的交通的，并通過單片機(jī)寫入程序，來控制這些燈發(fā)光或者熄滅。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)89C51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過89C51芯片的P0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示；車輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵字：交通燈；AT89C51單片；發(fā)光二極管；閃爍 目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1、引言 11.1簡(jiǎn)介 12、方案論證與設(shè)計(jì) 23、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1AT89C51芯片的介紹 33.2電路原理圖 73.3仿真 83.4實(shí)物圖 114.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 125、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 135.1系統(tǒng)調(diào)試 13總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15附錄 16致謝 201、引言1.1簡(jiǎn)介近年來隨著科技的飛速發(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。僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)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MSC-51系列單片機(jī)89C51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過89C51芯片的P0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示；車輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。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。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。2、方案論證與設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)硬件如圖電源電源AT89C51單片機(jī)振蕩電路復(fù)位電路交通燈執(zhí)行圖2.1硬件框圖如圖2.1所示，本系統(tǒng)基于AT89C51單片機(jī)，振蕩電路的晶振采用12MHz，由控制核心AT89C51單片機(jī)、電源、振蕩電路、復(fù)位電路、交通燈電路組成。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1AT89C51芯片的介紹AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖3.1所示圖3.1AT89C51結(jié)構(gòu)圖主要特性：1、P0口P0口有八條端口線，命名為P0.0～P0.7，其中P0.0為低位，P0.7為高位。每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖3.2。它由一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成。P0口是一個(gè)三態(tài)雙向I/O口，它有兩種不同的功能，用于不同的工作環(huán)境。第一個(gè)功能是作普通I/O口，另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口作系統(tǒng)擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)總線口和地址總線口分時(shí)使用，首先輸出低8位的地址A7～A0，作地址總線；然后輸入或輸出數(shù)據(jù)，作數(shù)據(jù)總線。圖3.2P0口結(jié)構(gòu)圖2、P1口口有八條端口線，命名為P1.0～P1.7，每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖3.3。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。作輸出口使用時(shí)，由于其內(nèi)部有上拉電阻，所以不需外接上拉電阻；作輸入口使用時(shí)，必須先向鎖存器寫入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止，然后才能讀取數(shù)據(jù)。圖3.3P1口結(jié)構(gòu)圖3、P2口P2口有八條端口線，命名為P2.0～P2.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，它有兩種使用功能：一種是當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時(shí)不需外接上拉電阻；另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口使用，輸出高8位的地址A7～A15，與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64KB)。圖3.4P2口結(jié)構(gòu)圖4、P3口P3口有八條端口線，命名為P3.0～P3.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理與P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，這時(shí)八條端口線所定義的功能各不相同，如表3.1所示。圖3.5P3口結(jié)構(gòu)圖引腳第二功能功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0外部中斷0中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入端P3.3INT1外部中斷1中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入端P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.6WR片外RAM寫選通信號(hào)輸出端P3.7RD片外RAM讀選通信號(hào)輸出端表3.1P3口第二功能表RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.2電路原理圖圖3.6電路原理圖如圖3.6所示，該電路以AT89C51為模板，P0口為輸出端口，分別連接到對(duì)應(yīng)的交通燈上，然后由程序控制，紅綠等交替點(diǎn)亮25秒，中間黃燈閃爍5次，時(shí)間為5秒。3.3仿真3.3.1東西方向通行圖3.7東西方向通行如圖所示，當(dāng)接通電源時(shí)，模擬東西方向通行，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮。3.3.2等待南北通行圖3.8黃燈等待圖3.9南北方向通行如圖3.8所示，系統(tǒng)經(jīng)過25秒后，綠燈熄滅，黃燈開始閃爍。黃燈閃爍5次（5秒）后，如圖3.9所示，南北方向開始通車，通行時(shí)間為25秒。3.3.3等待東西通行圖3.10黃燈等待圖3.11東西方向通行如圖3.10所示，系統(tǒng)經(jīng)過25秒后，綠燈熄滅，黃燈開始閃爍。黃燈閃爍5次（5秒）后，如圖3.11所示，東西方向通車，通行時(shí)間為25秒。3.4實(shí)物圖圖3.11實(shí)物圖4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)東西綠燈亮，南北紅燈亮，延時(shí)東西綠燈亮，南北紅燈亮，延時(shí)25秒東西黃燈閃爍，延時(shí)5秒，東西紅燈亮，南北綠燈亮，延時(shí)25秒南北黃燈閃爍，延時(shí)5秒開始設(shè)置定時(shí)，顯示初值始化圖4.1程序圖如圖4.1所示：在十字路口的前25秒，東西方通行，綠燈亮，25秒以后，東西方的黃燈開始閃爍，閃爍5次（5秒）后。東西方紅燈亮，南北方向綠燈亮，25秒后，南北方向黃燈閃爍，5秒后，南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。一個(gè)周期完成。5、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。5.2硬件調(diào)試對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.3軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用KeiluVision4軟件，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤。5.4硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能?？偨Y(jié)本次課程設(shè)計(jì)是我到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實(shí)習(xí)，可以說是有苦也有甜。身為電氣工程系的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來必須的技能。而這次課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)。從通過理論設(shè)計(jì)，到確定具體方案，再到仿真軟件仿真，最后到調(diào)試電路、顯示結(jié)果。整個(gè)過程都需要我充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考、借鑒?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計(jì)雖然很累，但非常充實(shí)。在這次實(shí)習(xí)中，正確的思路是很重要的，只要設(shè)計(jì)思路是正確的，那么才有可能成功。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)前必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如果說前面的電路的理論設(shè)計(jì)是多么令人頭痛的事，那么安裝、調(diào)試過程則是一個(gè)考驗(yàn)人的耐心的過程，對(duì)電路的安裝、分析調(diào)試要一步一步來，不能急躁。這次課程設(shè)計(jì)對(duì)以前學(xué)過的理論知識(shí)起到了很好的回顧作用，同時(shí)還彌補(bǔ)了之前對(duì)單片機(jī)知識(shí)的相關(guān)漏洞。剛開始，我對(duì)課程設(shè)計(jì)是一無所知，就連按照硬件圖來寫匯編程序，都是一個(gè)很大的問題。后來在唐宏偉老師的耐心指導(dǎo)下，我終于知道了如何使用Proteus軟件，以及如何用Word繪圖工具欄來畫流程圖。在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多疑難點(diǎn)，通過組員的討論，并在教師指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，最終完成基于單片機(jī)的交通燈的設(shè)計(jì)。雖然這次課程設(shè)計(jì)過程中我們遇到了很多問題，比如說程序、流程圖以及Proteus的仿真，我們還不能如魚得水，還不是很熟練，經(jīng)常熬夜對(duì)程序進(jìn)行修改和仿真調(diào)試，但是我仍然非常感謝有這么一個(gè)機(jī)會(huì)，老師的耐心指導(dǎo)也讓我們懂得了不少知識(shí)?？傮w來說，這次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。在摸索改如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際動(dòng)手能力，在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到了成功的喜悅。在這次基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，少了兩個(gè)LED顯示器，使得這次的設(shè)計(jì)不能很好的反映計(jì)時(shí)的功能。參考文獻(xiàn)[1]李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：15-48.[2]何立民．單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：8-58.[3]張克農(nóng)．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2003：218-251.

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