单片机课程设计-交通灯控制系统.doc

单片机课程设计 课程设计名称：交通灯控制系统院系：机械工程学院班级：机电一体化姓名： 学号：指导老师： 地点：目录1、引言32、设计要点32.1 硬件要点32.2 软件要点43、设计目的与内容43.1 设计目的53.2 设计内容54、电路说明与设计图64.1 AT89S51 简介64.2 LED数码管显示电路114.3 复位和时钟电路124.4 硬件原理框图134.5 软件流程图145、主程序156、课程设计小结177、参考资料188、附录191、 引言 随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。现今的交通发展迅速，车辆极具增加，马路不断扩宽，人行横道相对较少。在车流量较大的地段即便有人行横道，行人也很难通过马路。行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。特别是像北京这样的大都市，经济飞速发展，车辆繁多，人口密集。缓解交通已成为当务之急.例如在我们新校区西门口(塔南路)就是这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的高速公路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域，具有较高的实用价值。该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人，以达到车辆停止，行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全，也减轻了交管部门的负担。2、 基本要点2.1 硬件要点1）单片机建议选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASH ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。2）LED显示系统：南北向和东西向各采用2个数码管计时，对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时，最长计时范围为99秒。设计时可利用单片机的P0口和P1口作为字段和片选信号输出，经驱动芯片后驱动数码管显示倒计时时间，数码管采用动态扫描方式显示。3）键盘系统：一个非程序按键：系统复位键。4）电源供电系统：本系统采用220V电源供电，应设计相应的稳压电源电路。但课程设计受时间限制，也可采用现成的5V直流稳压电源供电，这样可以节约设计时间、简化设计过程。 2.2 软件要点根据设计要点，软件设计首先应对系统资源进行进行分配和说明。为了增加程序的可读性，理清程序的编写思路，建议程序采用模块化结构，可按以下9个模块编写程序： 主程序模块：主要完成RAM清零，T0定时器的设置，绿、黄灯的初值设定，键盘查询以及各子程序的调用。 定时中断服务程序模块：产生0.1秒和1秒的定时信号，每到了1秒钟，使南北绿灯(20H)，南北黄灯(21H)，东西绿灯(22H)，东西黄灯(23H)进行递减计数。 扫描显示子程序：为12位LED动态显示提供驱动信号。P0口和P2口为数码管提供驱动信号，P0口为字段口，低电平有效，P2口为字位码输出口，高电平有效。显示缓冲区30H到34H共4个字节，33H和32H存放南北显示的十位与个位数据；31H和30H存放东西的十位与个位数据。 3、 设计目的和内容3.1 设计目的往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个数码管来显示被点亮的指示灯还将点亮多久。往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码管来倒计时。当南北方向为绿灯和黄灯时，东西向的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯和黄灯时，南北向的红灯点亮禁止通行。假设南北方向为主干道，通行时间为40秒，东西方向是次干道，通行时间为40秒，黄灯点亮的时间均为5秒，红灯点亮的时间均为45秒，则其工作方式如表1.1所示循环点亮信号灯。交通信号灯的工作模式南北向绿灯亮40秒黄灯亮5秒红灯亮45秒东西向红灯亮45秒绿灯亮40秒黄灯亮5秒表1.13.2 设计内容利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求系统的工作符合一般交通灯控制要求。十字交叉路口的交通灯控制系统的结构如图1.2所示南北东西图1.2 十字路口交通灯控制示意图4、 电路说明与设计图4.1 AT89S51 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。 主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000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 特性概述:AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 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。4.2 LED数码显示管电路LED显示系统：南北向和东西向各采用2个数码管计时，对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时，最长计时范围为99秒。LED数码管分为共阴极和共阳极两种。我用的是共阴极LED数码管。零到九十个数字分别对应的十六进制数如下表1.2所示。数码管八个引脚所对应的电平如下表1.3所示。数字012345678916进制3f065b4f666d7d077f6f 表1.2dpgfedcba0LLHHHHHH1LLLLLHHL2LHLHHLHH3LHLLHHHH4LHHLLHHL5LHHLHHLH6LHHHHHLH7LLLLLHHH8LHHHHHHH9LHHLHHHH 表1.3LED数码显示管的驱动电路图：4.3 复位和时钟电路复位是单片机系统的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，是单片机从0000H单元开始执行程序。单片机有个RST端这是个复位端。只要这个端保持两个机器周期以上的高电平，就可以完成CPU系统的复位操作。实现单纯复位功能的复位电路有两种接法上电复位和按键复位。此次课程设计采用的是上电复位的接法。单片机想要正常工作就必须有工作频率，而工作频率是由时钟电路产生的我们把单片机的XTAL1和XTAL2端口通过外接一个石英晶体（频率范围为1.212MHz）和两个微调电容（30pF左右）来产生系统工作所需要的基本振荡信号。复位和时钟的驱动电路图：4.4 硬件原理框图 硬件原理框图： 电路设计全图：红绿灯的电路图：4.5 软件流程图开始初始化，置初值，设置工作方式南北红灯亮，东西黄灯亮南北绿灯亮，东西红灯亮南北黄灯亮，东西红灯亮南北红灯亮，东西绿灯亮调用显示程序，将时间送显示5、 主程序#include int status; /定义标志状态/code unsigned char tab= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/八个共阳数码管 09/ unsigned char ZXD-1; /定义十位/unsigned char ZXD-2; /定义个位/unsigned char ZXD-3; /定义十位/unsigned char ZXD-4; /定义个位/void delay(unsigned int cnt) /动态扫描数码管的延时程序/ while(-cnt);main()status=0;TMOD =0x01; /上电后状态为0，开始工作/TH0=0xd8; /上电后状态为0，开始工作/ TL0=0xf0;TR0=1; /开定时器0中断/ET0=1; EA=1;P1=0xDE; /南北红亮，东西绿亮/ status=1; /状态为1，代表开始执行驱动程序/while(1)P0= ZXD-1; /显示十位，这里实现用8位数码管/P2=0xFE; /P2口用于选择LED数码管/delay(300); /短暂延时/P0= ZXD-2; /显示个位，左数，2位/P2=0xFD;delay(300);P0= ZXD-3;P2=0xFB;delay(300);P0= ZXD-4; P2=0xF7;delay(300);/* 定时中断 */void tim(void) interrupt 1 using 1static unsigned char second=45,count=0; /初值45/TH0=0xd8; /重新赋值，10毫秒定时/TL0=0xf0;count+;if (count=100) count=0 second-;/秒减1/if(second=0)/这里添加定时到0的代码 ，可以是灯电路，继电器吸合等，或者执行一个程序/ if(status=1) /南北绿灭，黄亮/ status=2; second=5; P1=0xEE; /南北红亮，东西黄亮/else if(status=2) /南北红灭，绿亮/ status=3; second=40; P1=0xF3; /南北红灭，绿亮，东西红灯亮/else if(status=3) /南北绿灭，黄灯亮/ status=4; second=5; P1=0xF5; /南北黄亮, 东西红亮/else if(status=4) /南北黄灭，红亮/ status=1; second=40; P1=0xDE; /南北红亮，东西绿亮/if(status=1) ZXD-1=tabsecond/10;/十位显示值处理 ZXD-2=tabsecond%10;/个位显示值处理 ZXD-3 =tab(second+5)/10;/十位显示值处理 ZXD-4 =tab(second+5)%10;/个位显示值处理if(status=2) ZXD-1=tabsecond/10; /十位显示值处理 ZXD-2 =tabsecond%10; /个位显示值处理 ZXD-3 =tabsecond/10; /十位显示值处理 ZXD-4 =tabsecond%10; /个位显示值处理if(status=3) ZXD-1 =tab(second+5)/10; /十位显示值处理 ZXD-2 =tab(second+5)%10; /个位显示值处理 ZXD-3 =tabsecond /10; /十位显示值处理 ZXD-4=tabsecond %10; /个位显示值处理if(status=4) ZXD-1 =tabsecond/10; /十位显示值处理 ZXD-2 =tabsecond%10; /个位显示值处理 ZXD-3=tabsecond/10; /十位显示值处理 ZXD-4 =tabsecond%10; /个位显示值处理6、 课程设计小结本次单片机程设计收获颇丰，不仅对于