十字路口交通灯系统设计-毕业设计.docx

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1、目录十字路口交通灯系统设计目录第一章 任务分析与设计思路11.1任务分析11.2设计思路2第二章 总体设计32.1硬件原理框图32.2软件结构框图3第三章 详细设计43.1硬件系统设计43.2晶振电路设计43.3交通灯电路53.4倒计时显示电路6第四章 仿真效果及软件程序：74.1仿真软件74.2仿真电路74.3仿真效果84.4元件清单104.5主程序流程图 114.6主程序12参考文献16致谢171摘要摘 要本系统采用单片机AT80C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机I/O

2、口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。关键词：交通灯、单片机、AT89C51、仿真电路2第一章 任务分析与设计思路第一章 任务分析与设计思路1.1任务分析本次设计要求：运用所学单片机原理、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一台交通信号灯，模拟路口交通信号。交通灯要求如下：1）交通信号灯能够控制东西、南北两个方向的交通，红绿黄灯用对应颜色的发光二极管代替；2）用四个2位数码管分别显示东、南、西、北方向的通行时间，东西或南北通行时间为25秒，红绿灯切换中间黄灯闪烁5秒。目前，

3、我们接触到的交通灯都位于十字路口，假设实际情况为东西南北走向的十字路口，如下图：图1.1 十字路口交通灯示例图东西南北各三盏灯，每三盏分别为红、黄、绿三种颜色，总共十二盏灯，而实际情况下，东西方向灯亮灭一致，南北方向灯亮灭一致，故只需要按东西为一组，南北为一组，两组交错亮灭来设计控制系统，即可达到交通灯系统的控制目的。根据以上分析那么只需要控制东南或者西北六盏灯亮灭规律就能实现控制，另外两组对应一致就行了。根据设计要求，要求东西或者南北通行25秒，红绿灯切换中间黄灯闪烁5秒。那么要求绿灯亮放行，放行线，绿灯持续亮（通行时间）25秒，黄灯亮（警告提醒时间）5秒，红灯亮禁止通行，禁止线，为了简化设

4、计，也为25秒。切换过程东西南北均为黄灯闪烁。1.2设计思路基于完成以上任务分析，结合所学有关知识，尤其是大一学期所学关于单片机的中断系统和定时/计数器的相关知识及应用，我们知道对于红、绿、黄两组各三盏灯的控制，可以通过把这六盏灯分别接到单片机的六个输出引脚，若用P1口进行输出，则分配如下： AT89C51P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 L1 L2 L3 L4 L5 L6(东西红) （东西黄） （东西绿） (南北红) （南北黄） （南北绿） LED显示分布图1.2 引脚与灯连接图通过对P1口P0P5编程从而实现控制。而时间的各盏灯的熄灭时间的延时情况，则用定时/计数

5、和中断结合应用实现控制。而输出的时间显示则每个方向分别用两个发光二极管显示，十位接在P0口，个位接在P2口，对P0口P2口编程即可实现控制。23第二章 总体设计第二章 总体设计2.1硬件原理框图时 钟 电 路 交 通 灯 AT89C51 LED 数 码 管振 荡 电 路上 电 复位 电 路图2.1 硬件原理框图显示子程序调用 实现 功能模块 主 程 序2.2软件结构框图 图2.2 软件结构框图第三章 详细设计第三章 详细设计本设计使用的单片机为AT89C51。AT89C51是带有4K字节闪存的低电压高性能微处理器。其主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000

6、写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路。3.1硬件系统设计整个硬件系统的构成以AT89C51单片机为核心，由I/O口扩展，LED灯，紧急情况中断电路还有复位电路等组成。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。行车方向指示采用LED发光二极管，可有红、绿两种颜色指示放行与禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观。行人通行指示也同样采用LED发

7、光二极管，用红、绿两种颜色指示放行与禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观，简洁明了，更方便控制。3.2晶振电路设计采用12MHZ的晶振构成时钟电路为单片机提供时钟信号，在单片机系统里晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行的速度越快，单片机的指令都是建立在时钟频率上。一个系统共用一个晶振，便于同步，本系统晶振如下所示。图2.3 晶振电路图3.3交通灯电路设计中采用发光二极管作为交通灯来使用，单片机的I/O接口直接和交通灯（发光二极管）连接。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色的灯也彼此连接在，受单片机P1.0P1.5控制。单片机

8、的I/O接口与交通灯电路的具体连接方式为：P1.0P1.2分别接东西方向的红、黄、绿共6个放光二极管，P1.3P1.5分别接南北方向的红、黄、绿共6个发光二极管。12个发光二极管采用了共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的发光二极管会亮，I/O口输出高电平时，相应的发光二极管会灭。交通灯电路如图所示图3.2 交通灯电路图3.4倒计时显示电路该显示装置选用七段数码管来显示交通灯转换的剩余时间，根据控制要求，每个路口需要两个数码管，这样四个路口就要求八个数码管。有序AT89C51单片机的I/O作为输出时，具有较强吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O就可以

9、直接驱动，从而简化硬件电路的设计。四个路口倒计时显示被置在同一时刻显示相同的数字，期中P0口用来显示时间的十位，P2口用来显示时间的个位。电路如下图所示图3.3 交通灯倒计时电路图第四章 仿真效果及软件程序第四章 仿真效果及软件程序：4.1仿真软件利用wave软件进行编程，利用proteus软件设计原理图并接线。4.2仿真电路图4.1仿真电路总图4.3仿真效果当东西方向亮起3s黄灯时，南北方向也相应亮起3s黄灯。图4.2 东、西、南、北黄灯亮当东西方向亮起红灯25S时，南北方向也相应亮起25s绿灯。图4.3 东、西红灯，南、北绿灯当东西方向亮起3s黄灯时，南北方向也相应亮起3s黄灯。图4.4

10、东、西、南、北黄灯当东西方向亮起红灯25S时，南北方向也相应亮起25s绿灯。图4.6 东、西红灯，南、北绿灯4.4元件清单表4.1 元件清单名称件数参数选择理由电阻810K限流，以免烧坏数码管发光二极管123色便于仿真显示AT89C5114K闪存低电压，高性能八位微处理器七段显示数码管8常用数字显示，便于仿真开关3特殊情况使用第四章 仿真效果及软件程序4.5主程序流程图 开始初始化，全部为黄灯并按照初始化运行东西红灯亮，南北绿灯亮调用显示程序，将时间送显示东西黄灯闪烁，南北黄灯烁调用显示程序，将时间送显示东西绿灯亮，南北红灯亮调用显示程序，将时间送显示东西黄灯闪烁，南北黄灯闪烁 调用显示程序，

11、将时间送显示图4.7 主程序流程图 第四章 仿真效果及软件程序4.6主程序ORG 0000HAJMP STAT ORG 0100HSTAT:SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB IT1 MOV SP,#60HSTAT1:MOV R0,#0EDH ;初始化，东西南北均为黄灯 MOV P1, R0 ;显示5秒 MOV R7,#05LCALL DISP1 ;调显示子程序A1: MOV R0,#0DEH ;东西红灯亮，南北绿灯亮MOV P1,R0 ;显示25秒 MOV R7,#25 LCALL DISP ;调显示子程序SHANHD: MOV R0, #0EDH

12、 ;初始化，东西南北均为黄灯 MOV P1, R0 ;显示5秒 MOV R7,#05 LCALL DISP1 ;调显示子程序A2:MOV R0,#0F3H MOV P1,R0 ;显示25秒 MOV R7,#25 LCALL DISP ;调显示子程序DISP: MOV 40H,R7NEXT: MOV A,40H 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 LCALL DELAY1S DEC 40H MOV A,40H CJNE A,#00,NEXT MOV R7,#0

13、0 CJNE R0,#0DEH,STAT CJNE R0,#0F3H,SHANHDDISP1: MOV 41H,R7NEXT1: MOV A,41H 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

14、: MOV R2,#20 D5: MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R2,D5 DJNZ R1,D6 RETDELAY1S: MOV R6,#100 D2: MOV R4,#20 D1: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D1 DJNZ R6,D2 RETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END第五章 总结第五章 总结此次毕业设计结合了网上知识和老师的意见以及我自身的想法，其中差不多有一周时间里面我是在重新学习关于单片机的知识的。此次毕业设计难的地方就是对程序的编写难，很多

15、地方都不怎么懂，所以我是看了蛮多的视频之后才开始编写程序的。在编写的过程中运用到了蛮多老师以前讲的知识，中断、定时器、延迟程序、函数声明、位声明等，很的新东西。同时经过两周的学习我也学会了不少东西。在焊接过程中，我学会应先合理的布局，并认真检查每个元器件，确保无误后再焊接。还有，不能急于求成，要焊接一个模块，检查一个模块，免得整个版子焊完后再在一大堆线中检查，这样不仅效率低且耗时。自然，我也学会如何去发现问题与解决问题的一些方法。在做流量监控模块的时候我做了好几块板都不成功刚刚开始，后来我慢慢查找相关资料，终于我经过改进电路图，最后终于实现了功能，到达了老师的要求。至于软件设计与调试，我觉得它

16、主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。可以说再整个软件设计过程中，我不仅学会了延时的两种方法，即软件延时和硬件延时，还掌握数码管的两种显示方式（即动态显示与静态显示）及其如何选择。当然，通过几次反复调试过程，使得我对C程序指令有了更深刻的理解。此次课程设计过程我还掌握了一下几点：（1）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。（2）理解了最单片机的各部分组成及特性。（3）学会了利用wave对c语言进行编译过程.更进一步加深了对PROTEUS仿真软件的学习。这次课程设计，我经过自己的努力和通过老师指导和同学的指点，最后终于把它完成了，我同时也学会了更多，比如中断，数码

17、管动态显示，计数器等。在不懂的地方我们要虚心向别人请教，只有这样我们才能够学会更多，丰富我自己的知识。参考文献参考文献1高惠芳；单片机原理与应用技术；科学出版社2胡汉才；单片机原理及其接口技术；清华大学出版社3吴飞青等；单片机原理与应用实践指导；机械工业出版社4王文杰；单片机应用技术；冶金工业出版社5李全利；单片机原理及接口技术第二版；高等教育出版社6胡汉才；单片机原理及其接口技术；清华大学出版社7严天峰；单片机应用系统设计与仿真调试；北京航空航天大学出版社8张毅刚；MCS-51单片机应用设计；哈尔滨工业大学出版社9刘瑞新；单片机原理与应用教程；机械工业出版社10吴国经；单片机应用技术；中国电力出版社致谢致谢本文的毕业设计是在我的指导老师精心指导和悉心关怀下完成的，在我的毕业设计研究工作中无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。老师循循善诱的教导和不拘一格的思路、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！