单片机交通灯设计.doc

电子与信息工程学院计算机科学与技术实验中心 开放与创新实验报告十字路口交通灯控制设计 指导老师： 蓝天 辅导老师： 李楠 谭筠梅 设计时间： 2010.5.28 小组成员 班级 学号 姓名1.自控082班 200808706 刘 斌2.自控082班 200808701 南接龙3.自控082班 200808759 王江盼 开放与创新实验任务书1.设计任务 设计题目：十字路口交通灯控制设计 设计内容：本设计是十字路口交通灯控制，所以依据实际交通灯的变化情况和规律，给出如下需求：一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态2东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。再转状态3南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态4南北绿灯灭，闪几次黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。最后循环至状态1。2.系统需求 基本要求：利用STC-89C51单片机作为系统核心控制部分，用外围12个发光二极管（红、绿、蓝各4组）模拟交通灯的显示部分，自己设计电路和程序完成交通灯控制设计。 发挥部分： 1扩展外部并口芯片(如8255A)对12个发光二级管进行控制。2用硬件定时器完成交通灯转换间的延时，延时误差小于2010-6s. 3. 利用数码管进行东西、南北方向的倒计时显示。一、摘要: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。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，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ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器来共同实现对交通灯的控制。红绿灯循环点亮，各亮30秒，当绿灯点亮倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；红绿灯点亮时间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。 二、关键词：单片机 交通灯 七段数码显示管 LED 目录：一、题目分析功能要求4 二、总体方案设计 4三、单元模块设计 51.各单元模块功能介绍及简单电路设计5 2.电路参数的计算及元器件的选择6 3.系统硬件电路的设计6四、系统软件系统的设计 7五、系统调试10说明调试方法与调试内容10六、系统功能、指标参数10 1.说明系统能实现的功能10 2.系统指标参数测试117、 设计总结11 1.设计小结112.设计收获体会11 3.设计的进一步完善提出意见或建议11 一、题目分析功能要求： 将题目可分成几个模块：交通灯的基本控制程序的编写、延时程序的编写（包括软件延时和硬件延时）、七段码显示管倒计时程序编写。 使用8C55可编程并行接口实现，对南北、东西方向交通的分别计时、分别控制，设计采用定时加中断控制的方式进行,对两个方向车辆的通行时间分别计时。城市十字交叉路口红绿灯控制系统主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序,关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时,正是基于以上考虑,采用如下设计: 1. 东西南北的灯亮红灯10秒； 1东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮30秒，并且显示倒计时30秒； 230秒后，东西方向的黄灯闪烁5秒钟，。此时南北方向仍维持红灯点亮； 3东西方向的黄灯闪烁5秒钟后，转为东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮30秒钟；同样显示倒计时； 4 30秒钟后，转为南北方向的黄灯闪烁5秒钟，此时东西方向仍维持红灯点亮。 5南北方向的黄灯闪烁5秒钟后，东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮30秒；如此循环重复。 基于以上设计,在表1中给出了交通灯控制器的4种状态,对应的状态迁移过程见表(1)和图（1）。东西方向南北方向状态0红、黄、绿100红、黄、绿100状态1红、黄、绿001红、黄、绿100状态2红、黄、绿010红、黄、绿100状态3红、黄、绿100红、黄、绿001状态4红、黄、绿100红、黄、绿010 表1 交通灯控制器的4种状态二、 总体方案设计：开始 四个路口红灯亮延时10秒 东西绿灯亮，南北红灯亮，延时30秒 东西黄灯闪烁5次，南北红灯亮 东西红灯亮，南北绿灯亮，延时30秒 东西红灯亮，南北黄灯闪烁5次 图 1 交通灯程序设计框图方案一实现红绿灯的按正常交通规则（如表1所示4种状态所示）闪烁，然后，让南北和东西方向的LED分别在亮绿灯的时候，用软件延时延时30秒，黄灯闪烁一次时间为1秒。运用keil软件测试延时时间，调整合适的循环次数，使绿灯延时时间正好为30秒，绿灯闪烁时间为1秒。方案二与方案一样，只是在延时过程中应用硬件延时，并且在七段数码显示管显示绿灯的倒计时。二者比较而言，我们采用方案二，方案运用计数器硬件延时更准确，再者，软件延时占用CPU内存，对于单片机来说，此种结果显然是不理想的。我们采用8255芯片的B、C口三个输出端，即引脚PB3PB0,PC7PC0,分别控制12号到1号LED灯，即：东、南、西、北四个路口的红黄绿灯；8155芯片的A、B端口，分别控制七段码显示管的位码和段码，使其能从29倒计时到00，恰好延时30秒。三、单元模块设计： 1 .各单元模块功能介绍及简单电路设计：（1）基本交通灯的控制程序：主要实现LED灯的交通灯的基本要求，使之按照十字路口交通灯规律闪烁。分别接12个LED灯 图2 基本控制电路示意图 8255芯片的PA7PA0,PB3PB0分别接12个LED灯，表示东西南北四个方向的交通灯。 （2）计数器硬件延时程序： 使交通灯在亮绿灯的时候30秒的延时，闪烁黄灯的时候每1秒闪烁1次。 CPU反馈CPU(CPU执行子程序)定时器控制命令 图3 8255内部定时器工作原理图须注意的是，8255内部定时器是一个自动控制过程，无需连线，只要给于相应的指令就可以工作。在编程的过程中要设定定时器工作方式、定时初值、定时启动命令。 （3）七段码显示管倒计时程序：使交通灯亮绿灯的时候，七段码显示管从29倒计时到00，延时30秒。接七段码显示管 图 4 显示管电路图 8155的PA表示位码，0、1，4、5端分别接第1、2，5、6显示管（DVCC仿真系统试验箱共有6个显示管），PB端表示段码。需注意的是显示管是共阳极显示管，高电平显示有效。系统南北和东西方向的信号灯时间一样，因为人的视觉迟钝所以可利用单片机的PB口来做数码管的段码的动态驱动，东西方向和南北方向的位线可以公共来使用，这样可以节约单片机有限的口线资源。 2. 电路参数计算： 利用MCS-51内部定时器溢出中断来确定1秒的时间。 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。T计数是单片机时钟周期的倍。如单片机的主脉冲频率为 6,1个机器周期为：12*1/6=2微秒。置初值TH0=(65536-50000)/256;TH0=(65536-50000)/256;计数器运行一次为10ms,此过程循环10次则为1秒。依次类推我们采用定时器和软件相结合的办法。我们采用在主程序中设定一个初值为的软件计数器和使定时毫秒这样每当到毫秒时就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到可以返回到输出时间显示程序。 3. 系统硬件电路的设计:8155芯片8255芯片显示管LED灯定时器图5系统硬件设计4、 系统软件系统的设计： #include #include #define k8255 XBYTE0xff2B#define c8255 XBYTE0xff2A#define b8255 XBYTE0xff29#define A8155 XBYTE0xFF21#define B8155 XBYTE0xFF22#define C8155 XBYTE0xFF23#define K8155 XBYTE0xFF20unsigned char code t10=0xC0,0x90,0x80,0xF8,0x82,0x92,0x99,0xB0,0xA4,0xF9;unsigned char code p4=0xB0,0xA4,0xF9,0xC0 ;unsigned int i,j,m,cnt,k;void main() SP=0x50; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; k8255=0x80; b8255=0x02; c8255=0x49; while(1) b8255=0x08; c8255=0x61; cnt=0;TR0=1; j=0; i=0; while(1) A8155=0x02; B8155=pj ; for(m=100;m0;m-); A8155=0x01; B8155=ti ; for(m=100;m0;m-); A8155=0x20; B8155=pj ; for(m=100;m0;m-); A8155=0x10; B8155=ti ; for(m=100;m0;m-); if(cnt=10) cnt=0;i+; if(i=1) j+; if(i=10) i=0; if(j=4) j=i=0;break; for(i=1;i0;m-); A8155=0x01; B8155=ti ; for(m=100;m0;m-); A8155=0x20; B8155=pj ; for(m=100;m0;m-); A8155=0x10; B8155=ti ; for(m=100;m0;m-); if(cnt=10) cnt=0;i+; if(i=1) j+; if(i=10) i=0; if(j=4) j=i=0; break; for(m=1;m=5;m+) b8255=0x02; c8255=0x8a; k=10000;while(k-); b8255=0x02; c8255=0x08; k=10000;while(k-); void it0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; cnt+;5、 系统调试： 1. 程序调试： 在DVCC系统编写源代码后，编译，调试程序，过程及方法如Microsoft Visual C+ 6.0 Tools，主要调试编写程序过程出现的语法错误。 2.根据实验结果调试： 接好电路中所需的导线后，芯片载入程序后，观察显示结果，调解程序，调试编写中的思想方法错误或延时过程中的频率变化。如出现LED灯显示乱码，即：红绿灯显示错误，可能是编写时的输入地址，也有可能是延时做得不合适，可以通过调整延时或输入地址来调试正确或是更合适的结果。6、 系统功能、指标参数： 1. 说明系统能实现的功能： 状态0延时10秒状态2东西方向黄灯闪烁5次状态4南北方向黄灯闪烁5次状态1倒计时时30秒状态3倒计时30秒图6 系统功能图上图中所示的状态0、状态1、状态2、状态3、状态4分别是表1交通灯控制器中的4种状态。2. 系统指标参数测试： 程序编写完后，在DVCC仿真系统试验箱上运行后，通过观察12个LED是按照既定状态显示，并且分别在东西、南北方向亮完绿灯后，2对七段数码管同步显示30秒倒计时。七、设计总结：1. 设计小结：此次交通灯的设计，接触单片机，一门我们未知的学问。在此过程中我们更好的来联系C语言的编程能力，更学习了C51高级编程语言，了解单片机芯片的运行过程，更全面了解了8155，8255芯片的基本功能，并且会运用两种芯片设计一些简单的电路，实现自己的想法。 2.设计收获体会： 电子实验是电子技术和单片机学过程中的一个重要环节，是将理论知识和实践能力结合的环节，是真正锻炼学生能力的环节。交通灯能保证行人过马路的安全，控制交通状况等优点深受人们的欢迎，在很多场合得到广泛的应用。在此次试验过程，首次接触单片机，学练结合，历经单片机编程，注入程序，调试的整个过程，为以后的学习打下了坚实的基础。通过这次交通灯的设计，是我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问