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1、单片机课程设计单片机课程设计交通灯控制系交通灯控制系统设计统设计单片机课程设计报告单片机课程设计报告交通灯控制系统设计交通灯控制系统设计摘摘要要本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机 AT89C51（实物用 AT89S52）、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。AT89C51 单片机是 MC-51 中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51 是一个低功耗高性能的 CMOS 8 位单片机，40 个引脚，片内含 4KB Flash ROM 和 128BRAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又
2、可以在线编程。本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。对设计方案进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如 A 道和 B 道上均有车辆要求通过时，A、B 道轮流放行。A 道放行 25 秒，B 道放行 20 秒。一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，
3、A、B 道均为红灯，紧急车由 K2 开关模拟。绿灯转换为红灯时黄灯亮 1 秒钟。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。目目录录1引言.-1-1.1交通灯的重要作用.-1-1.2该交通灯系统的特点.-1-2 系统总体方案及硬件设计.-1-2.1原理框图.-1-2.2设计功能.-1-2.3交通灯控制系统各部分硬件组成.-2-2.3.1复位部分.-2-2.3.2时钟电路部分.-2-第-2-页2.3.3路口指示灯部分.-2-2.3.4显示部分.-2-2.4元器件清单.-3-3 软件设计.-3-3.1交通灯控制系统软件流程
4、图及程序分析.-4-3.1.1主程序流程图及程序模设计.-4-3.1.2INT0 中断服务程序流程图及程序模设计.-5-3.2路口指示灯部分.-6-3.3显示部分.-6-4.Proteus 软件仿真.-6-5课程设计体会.-7-参考文献.-7-附附 1 1：源程序代码源程序代码-13-附 2：系统原理图.161概述概述本设计是根据单片使机原理就交通灯的系统作出的，由于车辆的增多，所以交通灯在现代道路交通中起着越来越重要的作用。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。1.1交通灯的重要作用交通灯在城市交通中起着重
5、要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。如今随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识，设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。1.2该交通灯系统的特点本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便
6、于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计2.1原理框图根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图（1）所示。2.2设计功能单单片机片机AT89C51数据信号LED数码管段码复位电路电路振荡电路片选交通灯图（1）系统原理框图调时、紧急情况处理-第-2-页1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间段开通，循环往复，计时电路以秒为单位作倒计时，计数为 0 时进行切换，计时时间可由 LED 数码管显示（需符合交通规则）；2.红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节;3.若有
7、交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态;4.采用 LED 数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间；5.通过按键设定红和绿交通信号灯亮一次的总时间；6.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；7.夜间控制功能，按键进入夜间模式，黄灯闪亮；8.控制系统的原理图和接线图采用 PROTEL,PROTEUS 等专用绘图软件绘制。2.3交通灯控制系统各部分硬件组成2.3.1复位部分复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与按钮复位的组合，当振荡频率是 6MHz 时，电容 C 取 22 uf,R 取 1K，Rs 取 200左右。上电瞬间复位端（RST/Vpd）的电位与 Vcc相同，随着充电电
8、路电流的减少，RST/Vpd 的电位下降，最后为 0V，当按钮按下后，电源 Vcc通过电阻 R，施加在单片机复位端 RST/Vpd 上实现复位，电路连接图如图（2）:复位电路（2）2.3.2时钟电路部分本系统采用内部时钟产生方式：在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。晶振采用 12MHz 的振荡频率和两个 30Pf 瓷片电容 C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。其电路如图（3）时钟电路（3）2.3.3路口指示灯部分采用红黄绿三种颜色的发光二极管共 12 个分为 4 组代表路口的交通灯（电路图中用两组示意）.其中每两组控制一个路口,具体时序如表 1:表 1：2.3.4显示
9、部分方向灯色东西南北红灯54黄灯11绿灯34-第-3-页采用四位一体共阴数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间.片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的 P2 口和 P0 口,具体的共阴数码管管脚分布位置见图（4）.2.4元器件清单如表2：器件名称型号大小数量单片机AT89S521晶振12MHz1LED 数码管四联共阴1电解电容22uF1瓷片电容30pF2排阻4701电阻4701发光二极管红4黄4绿4开关按键式43 3 软件设计软件设计时间显示图（4）显示部分-第-4-页3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析3.1.1主程序流程图及程序模设计该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图（5）所
10、示（南北方向的交通灯为例）：（1）东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。表示东西方向车道上的车辆禁止通行，南北方向车道允许通行。绿灯亮足规定的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2）东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯闪亮。表示南北方向车道上未过停车线的开始初始化 AT89C52东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，延时南北方向剩余时间 1S？东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪亮，延时南北方向剩余时间 0S？东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，延时东西方向剩余时间 1S？东西方向黄灯闪亮，南北方向红灯亮，延时东西方向剩余时间 0S？图（5）主程序流程图-第-5-页车辆停止通行，已过停车线的车
11、辆继续通行，东西方向车道禁止通行。黄灯闪亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3）东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮。表示东西方向车道允许通行，南北方向车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）东西方向车道黄灯闪亮，南北方向车道红灯亮。表示南北方向车道禁止通行，东西方向车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯闪亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。3.1.2INT0 中断服务程序流程图及程序模设计INT0 与 K2 连接，另一端与地连接。按下 K2
12、，东西南北四个方向全红，也就是说，东西南北四个通道都不能通车，这是紧急情况，但救护车等特殊车辆可以通过。K0 与 AT89C52 的 25管脚相连。K1 与 P2.5 相接，K3 与 P2.6 相接，K2 与 P3.2 相接。在按下 K2 的前提下，按按下 K0，如果 3 秒中之内没有按键，则交通灯恢复正常。50ms 中断计算方法(适用于 12MHz 晶振):开始初始化 T0P3.2=0？P2.4=0？东西南北方向灯全红P2.5=0？P2.6=0？中断返回东西方向加 1S南北方向减 1S图（6）中断服务流程图-第-6-页T0 的计数初值：X0=M-计数值=M-Tc/TP=M-(Tcfosc)/
13、12=65536-(50ms1SMHz/12)=1553615535=3CB0H其中4E.0H单元存放3s钟控制标志位,4F.0H单元存放1s控制标志位;4D.0单元存放0.5秒控制标志位60H 和 61H 单元分别存放产生 1s 和 3s 的中断次数,当它们单元中的值为零时,分别表示1s 和 3s 到,对 4E.0H 单元和 4F.0H 单元进行置 1,62H 单元用于产生 0.5 秒由于采用工作模式 1,所以每次中断后,一定在中断程序中重装记数初值.3.2路口指示灯部分用 P1 端口作为输出端口,用 P1.0 到 P1.5 端口分别控制东西和南北两组灯的状态低电平点亮,具体端口功能如下:P
14、1.0 控制东西红灯的亮灭P1.1 控制东西绿灯的亮灭P1.2 控制东西黄灯的亮灭P1.3 控制南北红灯的亮灭P1.4 控制南北绿灯的亮灭P1.5 控制南北黄灯的亮灭具体的程序我们以点亮东西红灯东南北绿灯为例:MOV P1,#0EEH其余部分根据硬件不同而修改#0EEH 的值.3.3显示部分四位一体共阴数码管的片选部分由 P2.0 到 P2.3 提供,码段部分由 P0.0 到 P0.6 控制.其中 P2.0 控制东西剩余时间的十位数的显示,P2.1 控制东西剩余时间的个位数的显示,P2.2 控制南北剩余时间的十位数的显示,P2.3 控制南北剩余时间的个位数的显示.低电平选中.P0.0 到 P0
15、.7 控制分别控制点亮数码段的 A 段到 H 段,通过查共阴极数码段码表,将它们的数值送到 P0 口,与 P2.0 到 P2.3 口结合,可以显示不同方向不同位数的各个数值.例如,显示东西剩余时间的十位程序如下:MOV P2,#0FEH选择十位程序MOVP0,A 向 P0 口送段码的程序4.4.Proteus软件仿真软件仿真根据设计需要和上述框图，我们可得到交通灯控制系统各过程仿真2-第-7-页图如下图所示图（7）紧急情况时图（8）东西方向变黄灯，南北方向禁行图（9）南北方向通车，东西方向禁行图（10）南北方向禁行，东西方向通车5课程设计体会课程设计体会该交通灯系统是以单片机 89C52 芯片
16、为核心部件，实现了能根据实际车流量通过 89C51芯片设置及控制红、绿灯燃亮时间来进行交通控制。本次课程设计使我对单片机的工作原理有了更深刻的认识，例如对复位电路、晶振电路的理解。我深刻的理解到单片机的价值在于灵活运用它的 IO 端口以及其千变万化的程序。本设计中我们用 IO 端口驱动数码管以及引接外部开关。掌握了许多在以前学习中混淆不清的知识点。仿真实验，不仅锻炼了自己的动手能力，而且真正作到了理论联系实际的重要性，体会到了其中失败与成功的滋味，收益匪浅。同时在焊接单片机电路板时使我在制作上更加的熟练，经过不断的试验二极管终于我的灯亮了，当我看到我亲手制作的板子亮时，我的心中非常激动。同时，
17、我也认识到自己的知识不足，例如，有时不能正确认识、合理使用中断程序，这将是我以后努力提高的方面。参考文献参考文献1.单片机原理与应用技术余发山主编中国矿大出版社20072.微型计算机控制技术赖寿宏主编机械工业出版社20023.单片机原理及应用丁元杰主编机械工业出版社20014.单片机中级教程张迎春主编北京航空航天出版社20045.基于单片机的交通信号控制系统欧伟民湖南大学学报(自然科学版)2002,(S2-第 8 页附附 1 1：源程序代码：源程序代码ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP INT0ORG 000BHLJMP T0ORG 001BHLJMP T1ORG
18、 0100HSTART:MOV SP,#30HMOV 40H,#30;东西红灯时间MOV 41H,#20;东西绿灯时间MOV 42H,#25;南北红灯时间MOV 43H,#25;南北绿灯时间MOV TMOD,#11H;定时器初始化MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 60H,#20MOV 61H,#60MOV 62H,#10MOV 63H,#2CLR 4EHCLR 4FHCLR 4DHSETB EASETB EX0SETB ET0SETB ET1SETB PT1SETB TR0DISPLAY1:MOV P1,#0EEH;显示
19、东西红灯与南北绿灯时间MOV R3,40HMOV R4,43HLOOP1:MOV A,R3MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAY;东西道显示时间的十位-第 9 页MOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAY；东西道显示时间的个位MOV A,R4MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAY；南北显示时间的十位MOV A,BMOVC A,A+
20、DPTRMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAY；南北显示时间的个位JNB 4FH,LOOP1CLR 4FHDEC R3DEC R4CJNE R4,#0FFH,LOOP1kkk1:MOV P1,#0DEH;南北绿灯灭黄灯亮LOOP2:MOV A,R3MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0F7HMOVP0
21、,ALCALL DELAYJNB 4DH,LOOP2-第 10 页CLR 4DHDJNZ 63H,Kkk2MOV 63H,#2DEC R3CJNE R3,#0FFH,Kkk2LJMP A1Kkk2:MOV P1,#0FEH;南北绿灯灭黄灯也灭。kkk1、Kkk2 控制黄灯闪亮A2:MOV A,R3MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAYM
22、OVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYJNB 4DH,A2CLR 4DHDJNZ 63H,kkk1MOV 63H,#2DEC R3CJNE R3,#0FFH,Kkk1A1:MOV P1,#0F5H;东西红灯时间到,南北绿灯亮,南北红灯亮DISPLAY2:MOV R3,41H;显示东西绿灯,南北红灯时间MOV R4,42HLOOP3:MOV A,R3MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,B-第 11 页MOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,
23、ALCALL DELAYMOV A,R4MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYJNB 4FH,LOOP3CLR 4FHDEC R3DEC R4CJNE R3,#0FFH,LOOP3KKK5:MOV P1,#0F3HLOOP4:MOV A,R4;显示南北红灯,东西黄灯时间MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALC
24、ALL DELAYMOVP2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYJNB 4DH,LOOP4CLR 4DH-第 12 页DJNZ 63H,KKK5MOV 63H,#2DEC R4CJNE R4,#0FFH,A7LJMP DISPLAY1A7:MOV P1,#0F7H;显示南北红灯,东西黄灯灭，KKK5、A7 控制黄灯闪亮A8:MOV A,R4MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV
25、 P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAYMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYJNB 4DH,A8CLR 4DHDJNZ 63H,KKK5MOV 63H,#2DEC R4CJNE R4,#0FFH,KKK5LJMP DISPLAY1;定时器中断;T0:PUSH ACCPUSH BPUSH PSWMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HDJNZ 62H,OVER100MOV 62H,#10SETB
26、4DHOVER100:DJNZ 60H,OVERMOV 60H,#20SETB 4FH-第 13 页OVER:POP PSWPOP BPOP ACCRETIT1:PUSH ACCPUSH BPUSH PSWMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HDJNZ 61H,OVER1MOV61H,#60SETB 4EHOVER1:POP PSWPOP BPOP ACCRETI;INTO 中断修改;INT0:PUSH ACCPUSH BPUSH PSWMOV A,P1PUSH ACCMOV P1,#0F6H；东西南北道红灯皆亮CLR EX0CLR TR0LCALL DELAY;按键消抖JB P3
27、.2,OKLJMP DISPLAY3OK:LJMP OVER2DISPLAY3:MOV R5,40H；东西红灯南北绿灯最大时间值的数码管显示MOV R6,43HMOV A,R5MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAY-第 14 页MOV A,R6MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FBHMOVP0,ALCALL DELAYMOV
28、A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYMOVA,P2ANLA,#70H；在没按下 K0 的情况下，根据 K1、K3 按下的情况对各道的红绿灯亮的时间进行调节CJNE A,#70H,DES3LJMP DISPLAY3DES3:LCALL DELAYCJNE A,#70H,DES4DES4:JNBACC.4,DES7JNBACC.5,ADD1JNBACC.6,DEC1DES7:JNB P2.4,DES7LJMP DISPLAY5ADD1:JNB P2.5,ADD1INC 40HINC 43HLJMP DISPLAY3DEC1:JNB P2.6,D
29、EC1DEC 40HDEC 43HLJMP DISPLAY3DISPLAY5:SETB TR1DISPLAY4:MOV R5,41H；东西绿灯南北红灯最大时间值的数码管显示MOV R6,42HMOV A,R5MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FEHMOVP0,ALCALL DELAY-第 15 页MOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0FDHMOVP0,ALCALL DELAYMOV A,R6MOV B,#0AHDIV ABMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P2,#0FBHMOVP0,
30、ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRMOVP2,#0F7HMOVP0,ALCALL DELAYMOVA,P2ANLA,#70HCJNE A,#70H,DES5JNB 4EH,DISPLAY4LJMP OVER2DES5:LCALL DELAYCJNE A,#70H,DES6DES6:JNBACC.4,DIS3;根据 K1、K3 按下的情况对各道的红绿灯亮的时间进行调节JNBACC.5,ADD2JNBACC.6,DEC2LJMP DISPLAY4DIS3:JNB P2.4,DIS3CLR TR1MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 61H,#60L
31、JMP DISPLAY3ADD2:JNB P2.5,ADD2MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV 61H,#60INC 41HINC 42HLJMP DISPLAY4DEC2:JNB P2.6,DEC2MOV TH1,#3CH-第 16 页MOV TL1,#0B0HMOV 61H,#60DEC 41HDEC 42HLJMP DISPLAY4OVER2:CLR 4EHCLR TR1MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HSETB EX0SETB TR0POP ACCMOV P1,APOP PSWPOP BPOP ACCRETITAB:DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FHDELAY:MOV R1,#40；产生 4 毫秒延时子程序D1:MOV R7,#50DJNZ R7,$DJNZ R1,D1RETEND附附2 2：系统原理图：系统原理图