单片机交通灯课程设计.doc

学 号： 200940140121湖北理工学院课 程 设 计题 目单片机原理及接口技术课程设计教 学 院机电工程学院专 业机械电子班 级09机械电子姓 名钟朋指导教师刘东汉 修云 李涛2012年6月15日20092010学年第二学期课程设计任务书设计名称：单片机原理及接口技术课程设计班级：09机械电子地点：K1-303一、课程设计目的1. 巩固和深化有关电子技术基础、自动控制原理、算法语言、单片机原理与接口技术等专业理论课程的理论知识。2. 运用所学知识，进一步提高对单片机系统分析、设计及使用技术资料的能力。3. 培养学生运用所学知识和技能，独立分析和解决生产中的实际控制对象的能力。4. 培养学生运用计算机软件进行开发、设计能力。二、课程设计内容（含技术指标）课题二：基于单片机的交通灯控制系统设计十字交叉路口的交通灯控制系统的结构如图1所示。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；往东和往西方向的信号一致，其工作方式也与南北方向一样，都采用两个数码管来计时。东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表1。表1交通信号灯工作模式60S5S80S5S循环东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮图1 十字路口交通灯控制示意图设计要求：（1）设计一交通灯控制系统，其结构如图1所示，工作方式满足上述要求； （2）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒；（3）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换； （4）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为80秒。东西方向车流大通行时间长；（5）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行；（6）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。三、进度安排本次课程设计共2周时间，具体进度安排如下：1. 布置任务、准备参考资料（0.5工作日）2. 总体方案设计（0.5工作日）3. 硬件设计（1.5工作日）4. 软件设计（2.5工作日）5. 软件调试（1.0工作日）6. 硬件仿真（1.0工作日）7. 撰写设计报告（2.0工作日）8. 答辩与总结（1.0工作日）四、基本要求1. 根据应用系统的要求，初步掌握总体设计的方法和思路，从中选择一种最佳的设计方案。2. 根据应用系统结构规模的要求，掌握在单片机外部扩展系统硬件设计的基本过程（如硬件接口的设计，正确合理选用所需元器件，绘制应用系统于单片机连接的电路图等项工作）。3. 根据设计任务和要求，首先画出程序总体流程图，然后进行各控制模块程序的设计、编写系统程序。4. 掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统集仿真调试的过程。如先进行各模块调试，然后进行各程序模块的联调，最后与硬件一起进行联调，反复检测和修改直至开发结束。机械电子教研室 2010-54摘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。89C51单片机是MC-51中的子系列，是一种带2k字节闪存可编程可擦除只读存储器的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128B RAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C为很多嵌入式控制器提供了一种灵活性高且价廉的方案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，复位电路采用上电加按钮电平复位，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。目录第1章绪论11.1 系统概述11.1.1 单片机系统11.2功能要求1第2章系统总体设计22.1原理框图22.2设计功能2第3章系统硬件电路设计33.1复位部分33.2时钟电路部分33.3路口指示灯部分43.4显示部分43.5元器件清单4第4章系统程序设计64.1交通灯控制系统流程图及程序分析64.1.1 主程序流程图及程序设计64.1.2 外部中断流程图及程序设计74.2 路口指示灯部分94.3显示部分9第5章调试及性能分析10第6章总结11附录12附1：硬件原理图12附2：源程序清单13参考文献22III湖北理工学院单片机原理及接口技术课程设计说明书第1章 绪论1.1 系统概述交通灯系统是由由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。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。1.1.1 单片机系统单片机又称微控制器，其最基本的机构是将CPU和计算机外围功能单元，如存储器，I/O口，定时器/计数器，中断系统等集成在一个芯片上构成的。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，但以51系列单片机为主的8位单片机仍然占据着单片机的主导地位。1.2功能要求交通等系统的功能是假如东西道和南北道上均有车辆要求通过时，东西、南北道轮流放行。东西道放行75秒，南北道放行55秒，当东西道放行时，则南北道不能通行，反之同理。当有紧急事件时，可以按紧急按钮，则东西，南北道都不能通行（除紧急车辆外）。同时本系统还可实现对放行或停止时间调节。第2章 系统总体方案2.1原理框图单片机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2-1系统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。调时、紧急情况处理2.2设计功能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。第3章 系统硬件电路设计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22uf, 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，电路连接图如下: 复位电路3-13.2 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3-23.3 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3-1方向灯色东西南北红灯6080黄灯55绿灯75553.4 显示部分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如图：图3-3显示部分3.5 元器件清单如表：表3-2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4第4章 系统程序设计4.1 交通灯控制系统流程图及程序分析4.1.1 主程序流程图及程序设计开始初始化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4-1主程序流程图该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图（5）所示（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车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，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。4.1.2 INT0中断服务程序流程图及程序模设计开始初始化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4-2中断服务流程图INT0与K2连接，另一端与地连接。按下K2，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): T0的计数初值：X0=M-计数值 =M-Tc/TP =M-(Tcfosc)/12 =65536-(50ms12MHz/12) =15536 15535 =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.4.2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:P1.0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.4.3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P0.7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MOV P0,A向P0口送段码的程序第5章 调试及性能分析（1）开始时东西方向车道红灯亮(60S)，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（55S）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车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西方向车道禁止通行。黄灯闪亮足规定时间间隔(5S)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(75S)，南北方向车道红灯亮(80S)。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(5S)，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，系统又转换到最开始的工作状态。(5) 如果出现紧急事件，则可以按下按键K2，此时东西，南北红灯亮，表示两个通道都不能通行（除了一些紧急车辆外）。（6）如果我们想要调整东西，南北红绿灯的时间则可以在按下K2的前提下，每按一下K1加1S，按一下K3减1S（7） 如果想解除东西，南北红灯，则需要按下K0，3S后自动解除。第6章 总结该交通灯控制系统是以单片机AT89C52芯片为核心部件，实现了能根据实际车流量通过AT89C52芯片设置及控制红、绿灯燃亮时间来进行交通控制。通过为期两周的单片机课程设计使我对单片机的工作原理有了更深刻的认识，以及对单片机中的复位电路及晶振电路的运用有了更深刻的理解。在设计程序之前，务必要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机片内有哪些资源。设计程序采用什么编程语言并不是非常重要，关键要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图。在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，设计的程序要经过反复修改，结合硬件不断的调试。这样才能让设计出一个合格的程序。在写程序的时候，要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思想，这样也为程序的移植，资料的保存和交流提供了方便。在设计程序过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。通过这次实验我知道了理论和时间之间还是有差距的，必须在不断的印证和摸索下才可以完善好实验，并且使我深刻理解到单片机的价值：单片机的灵活性及其功能的强大性。调试过程中，我们出现了各种各样的问题，但是在我们组长及其组员的不懈努力下，我们完成了此次实验。这是我们明白了合作的重要性通过这次单片机的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决全面系统问题的锻炼的机会。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后的学习和工作打下了扎实而有牢固的基础。附录附1：硬件原理图附2：源程序清单ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INTI0 ORG 000BH LJMP TI0 ORG 001BH LJMP TI1 ORG 0100H START: MOV SP, #30H MOV 40H, #60 ;东西红灯时间 MOV 41H, #75 ;东西绿灯时间 MOV 42H, #80 ;南北红灯时间 MOV 43H, #55 ;南北绿灯时间 MOV TMOD, #11H ;定时器初始化 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TH1, #3CH MOV TL1, #0B0H MOV 60H, #20 ;产生1S的中断次数 MOV 61H, #60 ;产生3s的中断次数 MOV 62H, #10 ;产生0.5s的中断次数 MOV 63H,#2 CLR 4EH ;3s控制标志位 CLR 4FH ;1s控制标志位 CLR 4DH ;0.5s控制标志位 SETB EA SETB EX0 ;外部中断0中断允许位 SETB ET0 ;T0中断允许位 SETB ET1 ;T1中断允许位 SETB PT1 ;设T1为高优先级中断 SETB TR0 ;启动T0DISPLAY1:MOV P1, #0EEH ;显示东西红灯与南北绿灯时间 MOV R3, 40H MOV R4, 43H LOOP1: MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY;东西道显示时间的十位 MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY;东西道显示时间的个位 MOV A, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY;南北显示时间的十位 MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY;南北显示时间的个位 JNB 4FH,LOOP1 CLR 4FH DEC R3 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,LOOP1 kkk1: MOV P1, #0DEH;南北绿灯灭,黄灯亮 LOOP2: MOV A, R3;继续显示东西红灯 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,LOOP2 CLR 4DH DJNZ 63H,Kkk2 MOV 63H,#2 DEC R3 CJNE R3,#0FFH,Kkk2 LJMP A1 Kkk2:MOV P1,#0FEH;南北绿灯灭,黄灯也灭。kkk1 、Kkk2控制黄灯闪亮 A2:MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,A2 CLR 4DH DJNZ 63H,kkk1 MOV 63H,#2 DEC R3 CJNE R3,#0FFH,Kkk1 A1:MOV P1, #0F5H ;东西红灯时间到,东西绿灯亮,南北红灯亮DISPLAY2:MOV R3, 41H ;显示东西绿灯,南北红灯时间 MOV R4, 42H LOOP3: MOV A, R3 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY JNB 4FH,LOOP3 CLR 4FH DEC R3 DEC R4 CJNE R3,#0FFH,LOOP3 KKK5:MOV P1, #0F3H LOOP4: MOV A, R4 ;显示南北红灯,东西黄灯时间 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,LOOP4 CLR 4DH DJNZ 63H,KKK5 MOV 63H,#2 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,A7 LJMP DISPLAY1 A7: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, R4 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0FBH MOV P0, A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV P2, #0F7H MOV P0, A LCALL DELAY JNB 4DH,A8 CLR 4DH DJNZ 63H,KKK5 MOV 63H,#2 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,KKK5 LJMP DISPLAY1 ;定时器中断; TI0: PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 62H,OVER100 MOV 62H,#10 SETB 4DH OVER100:DJNZ 60H,OVER MOV 60H,#20 SETB 4FHOVER: POP PSW POP B POP ACC RETI TI1: PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ 61H,OVER1 MOV 61H,#60 SETB 4EHOVER1: POP PSW POP B POP ACC RETI ;INTO中断修改; INTI0:PUSH ACC PUSH B PUSH PSW MOV A,P1 PUSH ACC MOV P1,#0F6H;东西南北道红灯皆亮 CLR EX0 CLR TR0 LCALL DELAY ;按键消抖 JB P3.2, OK LJMP DISPLAY3 OK: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, 43H MOV A, R5 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FEH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FDH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, R6 MOV B, #0AH DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0FBH MOV P0,A LCALL DELAY MOV A, B MOVC A,A+DPTR MOV P2,#0F7H MOV P0,A LCALL DELAY MOV A,P2 ANL A,#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,DES3 LJMP DISPLAY3 DES3:LCALL DELAY CJNE A,#70H,DES4 DES4:JNB ACC.4,DES7 JNB ACC.5,ADD1 JNB ACC.6,DEC1 DES7:JNB P2.4,DES7 LJMP DISPLAY5 ADD1:JNB P2.5,ADD1 INC 40H INC 43H LJMP DISPLAY3 DEC1:JNB P2.6,DEC1 DEC 40H DEC 43H LJMP DISPLAY3DISPLAY5:SETB TR1DISPLAY4:MOV R5, 41H;东西绿灯南北