单片机交通灯课程设计基于单片机的交通灯系统的设计.doc

课程设计(论文) 题 目 名 称 基于单片机的交通灯系统的设计 课 程 名 称 单片机原理及在电气测控学科中的应用 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系、09 电气测控类 指 导 教 师 唐宏伟 2011 年 7 月 1 日 邵阳学院课程设计（论文）任务书 年级专业09 电气测控类学生姓名学 号 题目名称基于单片机的交通灯系统的设计设计时间 2011 年 6 月 20 日 2011 年 7 月 1 日 课程名称 单片机原理及 在电气测控学 科中的应用 课程编号121200105设计地点 数字控制与 PLC 实验室创新实验 室（214）（305） 一、课程设计（论文）目的 课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片 机课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程 中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 单片机课程设计是继电子技术、和单片机 原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程 “电子技术基础”、“单片机原理及应用”的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发 工作,掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。 二、已知技术参数和条件 1、MCS-51 单片机； 2、KEIL 软件；Wave 软件；Proteus 软件 3、THKSCM-1 型单片机实验系统。 三、任务和要求 任务：设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制器 要求： 1东西方向为 A 车道，南北方向为 B 车道，每次通行时间为 30 秒； 2换向时要有 5 秒的黄灯期； 3时钟指示灯每秒亮一次 注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2此表 1 式 3 份，学生、指导教师、教研室各 1 份。 四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 1、单片机课程设计指导，中南大学出版社，张一斌等 2009 年 9 月 2、单片机实验与实践教程，北京航空航天大学出版社，何立民等 2004 年 7 月 3、THKSCM-1 型单片机实验系统实验指导书、KEIL 软件，WAVE 软件 4、数字控制与 PLC 实验室”THKSCM-1 型单片机实验系统”。 五、进度安排 2011 年 6 月 20 日-22 日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求 2011 年 6 月 23 日-24 日：总体方案设计 2011 年 6 月 25 日-26 日：硬件电路设计 2011 年 6 月 27 日-28 日：软件设计 2010 年 6 月 29 日：系统调试改进 2010 年 6 月 30 日：整理书写设计说明书 2010 年 7 月 1 日：答辩并考核 六、教研室审批意见 教研室主任（签名）： 年 月 日 七|、主管教学主任意见 主管主任（签名）： 年 月 日 八、备注 指导教师（签字）： 学生（签字）： 邵阳学院课程设计（论文）评阅表 学生姓名 吴霞 学 号 0941201250 系 电气工程系 专业班级 电本三班 题目名称 基于单片机的交通灯系统的设计 课程名称 单片机原理及在电气测控学科中的应用 一、学生自我总结 本课程设计论文是在唐宏伟老是的悉心指导下完成的。从本课题的选题、方案设计以及后面 的论文撰写与修改，唐师严谨的教学态度、对我们的耐心指导都给与了我极大的帮助。同时本系 实验室的开放，为本课程的顺利完成提供了便利条件。 通过本次的课程设计，使我深刻的认识到学好本专业专业知识的重要性，也理解了理论联系 实际的重要性。同时，在动手过程中，对单片机原理及运用方法有了更深刻的认识。虽然在本次 设计中，我存在对知识的不完全了解，以及衔接不够成熟的问题，但是在以后的学习工作中，我 会不断完善。 学生签名： 年 月 日 二、指导教师评定 评分项目平时成绩论文答辩综合成绩 权 重304030 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后 面； 2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。 摘 要 本文将介绍一种基于AT89C51单片机设计的交通灯系统对于交通的控制， 12 个不同颜色的发光二极管来模拟东南西北四个方向的交通的，并通过单片机 写入程序，来控制这些灯发光或者熄灭。 本系统采用 MSC-51 系列单片机 89C51 系列单片机设计交通灯控制器，实现 了能根据实际车流量通过 89C51 芯片的 P0 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红 绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示；车辆闯红灯报警；绿灯时间可 检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能 强。 关键字：交通灯；AT89C51单片；发光二极管；闪烁 目目 录录 1、引言.1 1.1 简介 .1 2、方案论证与设计.2 3、系统硬件设计.3 3.1 AT89C51 芯片的介绍 .3 3.2 电路原理图 .7 3.3 仿真 .8 3.4 实物图 .11 4.系统的软件设计.12 5、系统调试与测试结果分析.13 5.1 系统调试 .13 总 结.14 参考文献.15 附 录.16 致 谢.20 1、引言、引言 1.1 简介简介 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统 控制检测技术日益更新。仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构 软硬件结合，加以完善。 十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠 什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯 控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机89C51系列单片机设计交通 灯控制器，实现了能根据实际车流量通过89C51芯片的P0口设置红、绿灯燃 亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示；车辆闯红灯 报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操 作简单、扩展功能强。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行 能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信 号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可 以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都 必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁 行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号， 面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时 可以进入交叉路口。 2、方案论证与设计、方案论证与设计 整个设计以AT89C51单片机为核心，设计硬件如图 电源 AT89C51 单片机 振荡电路 复位电路 交通灯执行 图 2.1 硬件框图 如图2.1所示，本系统基于AT89C51单片机，振荡电路的晶振采用 12MHz，由控制核心AT89C51单片机、电源、振荡电路、复位电路、交通 灯电路组成。 3、系统硬件设计系统硬件设计 3.1 AT89C51 芯片的介绍芯片的介绍 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带2K字节闪存 可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复 擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高 效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多 嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 3.1 所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 (T2)P1.0 (T2EX)P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 (T0)P3.4 (T1)P3.5 XTAL2 XTAL1 GND (TNT0)P3.2 (TNT1)P3.3 (WR)P3.6 (RD)P3.7 VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8) EA/VPP ALE/PROG PSEN P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD)P3.0 NC (TXD)P3.1 (INT0)P3.2 (INT1)P3.3 (T0)P3.4 (T1)P3.5 P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/VPP NC ALE/PROG PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(T2EX) P1.0(T2) NC VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) (WR)P3.6 (RD)P3.7 XTAL2 XTAL1 GND NC (A8)P2.0 (A9)P2.1 (A10)P2.2 (A11)P2.3 (A12)P2.4 6 5 4 3 2 1 44 43 42 41 40 (a)(b) 图 3.1 AT89C51 结构图 主要特性： 1、P0口 P0口有八条端口线，命名为P0.0P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高 位。每条线的结构组成如图3.2。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输 出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不 同的功能，用于不同的工作环境。第一个功能是作普通I/O口，另一种是当系 统外扩存储器时，P0口作系统扩展后的数据总线口和地址总线口分时使用，首 先输出低8位的地址A7A0，作地址总线；然后输入或输出数据，作数据总 线。 图 3.2 P0 口结构图 2、P1 口 口有八条端口线，命名为P1.0P1.7，每条线的结构组成如图3.3。P1 口是一个准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与P0口的第一功能相同。 作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口 使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。 D CL Q Q P1.X VCC P1.X T D CL Q Q P0.X MUX T2 T1 VCC / P0.X 图 3.3 P1 口结构图 3、P2 口 P2口有八条端口线，命名为P2.0P2.7，每条线的结构如图3.4所示。 P2口也是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是当系统不扩展外部存储器 时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口第一功能相同，只是作为输出 口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2口作系统扩展的地 址总线口使用，输出高8位的地址A7A15，与P0口第二功能输出的低8 位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器(64 KB)。 图 3.4 P2 口结构图 4、P3 口 P3 口有八条端口线，命名为 P3.0P3.7，每条线的结构如图 3.5 所示。P3 口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通 I/O 口使用，其功能和原理与 P1 口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功 能各不相同，如表 3.1 所示。 D CL Q Q P2.X MUX T VCC - P2.X D CL Q Q P3.X VCC P3.X T - 图 3.5 P3 口结构图 引脚第二功能功 能 说 明 P3.0RXD 串行数据输入端 P3.1TXD 串行数据输出端 P3.2INT0 外部中断 0 中断请求信号输入 端 P3.3INT1 外部中断 1 中断请求信号输入 端 P3.4T0 定时/计数器 0 外部计数脉冲输 入端 P3.5T1 定时/计数器 1 外部计数脉冲输 入端 P3.6WR 片外 RAM 写选通信号输出端 P3.7RD 片外 RAM 读选通信号输出端 表 3.1 P3 口第二功能表 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周 期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止 ALE 的输 出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行 MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如 果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储 器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器 可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源 驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触 发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平 要求的宽度。 3.23.2 电路原理图电路原理图 图 3.6 电路原理图 如图 3.6 所示，该电路以AT89C51 为模板，P0口为输出端口，分别 连接到对应的交通灯上，然后由程序控制，红绿等交替点亮25秒，中间 黄灯闪烁5次，时间为5秒。 3.33.3 仿真仿真 3.3.1东西方向通行东西方向通行 图 3.7 东西方向通行 如图所示，当接通电源时，模拟东西方向通行，东西方向绿灯亮；南北方 向红灯亮。 3.3.2 等待南北通行等待南北通行 图 3.8 黄灯等待 图 3.9 南北方向通行 如图 3.8 所示，系统经过 25 秒后，绿灯熄灭，黄灯开始闪烁。黄灯闪烁 5 次 （5 秒）后，如图 3.9 所示，南北方向开始通车，通行时间为 25 秒。 3.3.3 等待东西通行等待东西通行 图 3.10 黄灯等待 图 3.11 东西方向通行 如图 3.10 所示，系统经过 25 秒后，绿灯熄灭，黄灯开始闪烁。黄灯闪烁 5 次（5 秒）后，如图 3.11 所示，东西方向通车，通行时间为 25 秒。 3.4 实物图实物图 图 3.11 实物图 4.系统的软件设计系统的软件设计 东西绿灯亮，南北红灯亮，延时 25 秒 东西黄灯闪烁，延时 5 秒， 东西红灯亮，南北绿灯亮，延时 25 秒 南北黄灯闪烁，延时 5 秒 开 始 设置定时，显示初值 始化 图 4.1 程序图 如图 4.1 所示：在十字路口的前 25 秒，东西方通行，绿灯亮，25 秒以后， 东西方的黄灯开始闪烁，闪烁 5 次（5 秒）后。东西方红灯亮，南北方向绿灯 亮，25 秒后，南北方向黄灯闪烁，5 秒后，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。 一个周期完成。 5、系统调试与测试结果分析系统调试与测试结果分析 5.15.1 系统调试系统调试 根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试 和软硬件联调。 5.2 硬件调试硬件调试 对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。 5.3 软件调试软件调试 软件调试采用Keil uVision4软件，将编好的程序进行调试，主要是检查 语法错误。 5.4 硬件软件联调硬件软件联调 将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。 总总 结结 本次课程设计是我到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习，可 以说是有苦也有甜。身为电气工程系的学生，设计是我们将来必须的技能。而 这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。 从通过理论设计，到确定具体方案，再到仿真软件仿真，最后到调试电路、 显示结果。整个过程都需要我充分利用所学的知识进行思考、借鉴。总的来说， 这次课程设计虽然很累，但非常充实。 在这次实习中，正确的思路是很重要的，只要设计思路是正确的，那么才 有可能成功。因此我们在设计前必须做好充分的准备，认真查找详细的资料， 为我们设计的成功打下坚实的基础。 如果说前面的电路的理论设计是多么令人头痛的事，那么安装、调试过程 则是一个考验人的耐心的过程，对电路的安装、分析调试要一步一步来，不能 急躁。这次课程设计对以前学过的理论知识起到了很好的回顾作用，同时还弥 补了之前对单片机知识的相关漏洞。刚开始，我对课程设计是一无所知，就连 按照硬件图来写汇编程序，都是一个很大的问题。后来在唐宏伟老师的耐心指 导下，我终于知道了如何使用Proteus软件，以及如何用Word绘图工具栏来 画流程图。在设计过程中，遇到了很多疑难点，通过组员的讨论， 并在教师指 导下，综合运用所学知识，最终完成基于单片机的交通灯的设计。 虽然这次课程设计过程中我们遇到了很多问题，比如说程序、流程图以及 Proteus的仿真，我们还不能如鱼得水，还不是很熟练，经常熬夜对程序进行 修改和仿真调试，但是我仍然非常感谢有这么一个机会，老师的耐心指导也让 我们懂得了不少知识。 总体来说，这次课程设计让我受益匪浅。在摸索改如何设计电路使之实现 所需功能的过程中培养了我的设计思维，增加了实际动手能力，在让我体会到 了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到了成功的喜悦。在这次基于单片机的 交通灯系统的设计中，少了两个 LED 显示器，使得这次的设计不能很好的反映 计时的功能。 参考文献参考文献 1李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社， 2006：15-48. 2 何立民单片机实验与实践教程M 北京：北京航空航天大学出版社， 2004：8-58. 3张克农数字电子技术基础M 北京：高等教育出版社，2003：218- 251. 4胡宴如模拟电子技术基础M 北京：高等教育出版社，2004:45-78 5邱关源电路M 北京：高等教育出版社，2006:90-180. 附附 录录 源程序：源程序： #includereg52.h #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit hong1=P00; sbit huang1=P01; sbit lu1=P02; sbit hong2=P03; sbit huang2=P04; sbit