交通灯单片机课程设计报告.doc

课 程 设 计 报告课程名称： 单片机技术 设计题目： 十字路口交通灯设计 院 系： 电子信息与电气工程学院 专业班级：11级电子信息工程（专升本）学生姓名： 学 号： 201102070002 指导教师： 2012年 5月 18 日课 程 设 计 任 务 书设计题目十字路口交通灯设计学生姓名所在院系电子与电气工程学院专业、年级、班设计要求：开始执行程序，初始状态为四个路口红灯全亮之后，南北路口的绿灯亮，东西路口的红灯亮，南北路口方向通车。延时一段时间后南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，南北路口的红灯亮，而同时东西路口的绿灯亮，东西路口方向开始通车，延时一段时间后，东西方向的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到南北路口方向，之后重复以上过程学生应完成的工作：查阅搜集相关资料；电路原理图设计；用Altium Designer制作电路图；用Proteus软件进行仿真；程序编写及Keil软件调试；硬件实物制作，布局与焊接；课程设计报告撰写参考文献阅读： 1 张毅刚. 单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社，2004. 2 董少明.单片机原理及应用技术.北京：北京理工大学出版社，2009. 3 顾滨.单片微计算机原理、开发及应用. 北京:高等教育出版社，2000. 4 徐晨.微机原理及应用.北京：高等教育出版社，2011. 5 谭浩强.程序设计M.清华大学出版社,2002. 6 王兆安.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2009. 7 谷树忠.Altium Designer教程.北京：电子工业出版社，2010.工作计划：5月7日：熟悉课题，查阅资料；5月8日至10日：根据课题需要，拟定系统硬件方案，设计电路图；5月11日至14日：制定程序流程图，编写程序，调试并确定；5月15日至17日：系统硬件制作，烧录程序，系统调试，并撰写课程设计报告；5月18日：完成课程设计报告及实物制作任务下达日期：2012 年5月 7 日 任务完成日期：2012 年5月 18 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 十字路口交通灯设计摘 要：交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，科技飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89S52为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点。本设计由单片机硬/软件系统结合，使用两位8段数码管、LED灯显示系统、复位电路、电源模块等组成，以模拟十字路口交通控制。关键词：交通灯 单片机 目 录1. 设计背景12.设计方案12.1系统方案12.2方案优先选择23. 方案实施23.1硬件设计23.2软件设计84. 结果与结论104.1仿真结果与分析104.2PROTEUS仿真图：105. 收获与致谢116. 参考文献127. 附件127.1：电路原理图127.2：源程序及程序注释137.3：元器件清单167.4：实物图171. 设计背景由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。2.设计方案2.1系统方案一个十字路口由东西、南北两干道构成，各有一组红、黄、绿三色指示灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮警示人们注意红、绿灯即将切换，且黄灯亮的时间为东西、南北两干道的公共停车时间，指示灯亮的方案如下表：35S3S35S3S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（1）东西方向为红灯时，此道禁止通行，南北道为绿灯,允许通行，35秒倒计时开始。（2）倒计时最后三秒，黄灯闪烁3次，每次闪烁持续一秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。（3）当东西方向为绿灯，此道允许通行；南北方向为红灯，行人与车辆禁止通过。倒计时35秒。（4）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。（5）此表的红绿灯时间初始值可根据具体车流量来设定。2.2方案优先选择方案一 PLC控制交通灯 PLC主要应用于强电方面的工业控制，或者整条流水线的控制。虽然比较稳定,但是功耗要大。方案二 单片机控制交通灯 单片机具有结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点, 特别是其内部定时器计数器、中断系统资源丰富, 可对交通灯进行精确的控制, 有应用价值。3. 方案实施3.1硬件设计3.1.1交通灯显示时序图3.2 状态S2东西直行通行图3.1 状态S1南北直行通行依据上述车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表如下 (其中逻辑值“1”代表直行通行，逻辑值“0”代表禁止通行)：S1的状态ESWN逻辑值0101显示时间正常模式下为35SS2的状态ESWN逻辑值1010显示时间正常模式下为35S共2个状态，分别设定为S1、S2，交通灯以这2种状态为一个周期，循环执行；程序就是在上述2种状态下循环转化的。一周期2个状态，正常模式下共花费70s。3.1.2 交通灯显示理论分析倒计时显示利用定时器中断，设置TH0=TH1(65536-50000)/256，即每0.05秒中断一次。每到第20次中断即过了20*0.05秒1秒时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时功能。状态灯显示黄灯闪烁同样可以利用定时器中断。每到第10次中断即过了10*0.05秒0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。3.1.3交通灯系统基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。本设计系统以单片机为控制核心，连接最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块、LED倒计时模块接受输出。系统的总体框图如下所示:单片机最小系统外围接口电路LED数码管显示红黄绿信号灯按键控制电路图3.3 系统的总体框图单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。3.1.4芯片选择类似于AT89S51，AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，可以按照常规方法对其进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。主要引脚功能：VCC：电源电压GND：接地P0口：P0是一组8位双向I0口。可作地址数据总线使用，又可作通用I/O口使用。当CPU访问片外存储器时，P0口分时先作低8位地址总线，后作双向数据总线，此时，P0口就不能再作I/O口使用了。在访问期间激活要使用上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8准位双向IO口，P1作通用的I/O口使用。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位准双向IO 口，P2可作为通用的I/O口使用，也可以作为片外存储器的高8位地址总线，与P0口配合，组成16位片外存储器单元地址。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位准双向I0 口。P3 口除了作为通用的I/O口使用之外，每个引脚还具有第二功能，具体分配如下表：端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/ INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器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）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问片内程序存储器（4KB）中的程序，EA端必须接高低电平。3.1.5 Proteus与Keil软件简介Proteus(海神)软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它具有其它EDA工具软件的仿真功能，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，该软件的特点：（1）强大的调试工具，包括存储器和寄存器，断电和单步模式。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3）支持大量的存储器和外围芯片。集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。德国Keil公司推出的Keil C51软件是目前流行的单片机开发软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程， Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机来说是十分必要的，如果使用C语言编程，那么Keil几乎就是不二之选.3.1.6电路原理图设计本系统电路包括AT89S52芯片，电源模块，时钟电路，复位电路，LED显示模块，数码管显示模块；部分模块详细分解如下：a. 时钟电路与复位电路时钟电路由电容C1，C2及11.0592MHZ晶振组成，晶振两端接XTAL1与XTAL2；复位电路使用手动复位，整个电路一端接电源，另一端接在芯片RST引脚上；注意：芯片31引脚EA非要接高电平，以读取片内程序。b.LED显示模块 本模块使用12个LED指示灯，东西南北各三个，分别是红黄绿三种颜色，与芯片引脚接法为：P1.0-东西绿；P1.1-东西黄；P1.2-东西红；P1.3-南北绿；P1.4-南北黄；P1.5-南北红；c.数码管显示模块 本模块由一个共阳极数码管显示倒计时，其端口abcdefg依次接芯片引脚P2.0至P2.6，其COM端十位和个位分别接芯片P1.6与P1.7引脚。3.2软件设计3.2.1主程序流程图：开始南北直行通行东西禁止南北红灯亮东西绿灯亮AT9S52初始化南北黄灯闪烁东西黄灯闪烁通行32秒YN闪烁3秒YN通行32秒YN闪烁3秒YN3.2.2 定时器0中断流程图:T0响应N南北黄灯标志位为1N东西黄灯标志位为1Y0.5s到Y1s到南北黄灯位置反团里Y东西黄灯位置反团里Y返回倒计时减1,计数值置0NN3.2.3闪烁子程序：while(tt=3)dx_g=1;dx_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=3)dx_y=0;display(tt);while(tt=2)dx_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=2)dx_y=0;display(tt);while(tt=1)dx_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=1)dx_y=0;display(tt);while(tt=0)flag=0;dx_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=0)dx_y=0;display(tt);dx_y=1; 4. 结果与结论4.1仿真结果与分析程序运行结果如下:1. 首先，直行时间显示数码管显示35，此时东西段红灯亮、南北段绿灯亮；2. 35s倒计时最后三秒，南北黄灯闪烁3s，此时东西方向仍维持红灯亮；3. 3.倒计时35s结束，东西段绿灯亮、南北段红灯亮35s，最后三秒黄灯闪烁，之后重复第一步过程，如此循环。4.2PROTEUS仿真图：5. 收获与致谢短短两周的课程设计，忙碌而充实，原以为两天就可以完成的工作，真的做了两个星期，甚至于废寝忘食，焦头烂额，这让我深刻体会到自己对知识认识的浅薄以及实践的重要性，着实获益匪浅。此次课程设计，使我进一步熟悉并掌握了AT89S52单片机的内部结构与特性以及外围电路的设计方法，同时练习了C语言程序设计方法，并学会了使用PCB设计软件Altium Designer、仿真软件Proteus以及Keil软件，深化了系统设计流程以及对软硬件联合调试的理解，深刻体会到做一个完整的设计要用到多少知识，从搜集资料，设计电路，程序编写，软件调试，硬件实物布局与焊接，调试与检错，每一步都不简单，都需要用心去做。在焊接过程中，我学会合理又美观地布局，并小心翼翼地检查每个元器件，引脚极性，以及每一个模块，并总结出最容易焊接又整齐的连接方式，确保无误后再焊接。以免出错后难以检错，尽量一次性成功。我也学会了发现问题与解决问题，极大地提高了自学能力与解决实际问题的能力，着实学到了不少东西。最深刻的体会是，有时候发现问题的过程很漫长而艰难，解决问题的办法却很简单，所以一定要细心，尽量避免任一个错误。此次课程设计对我来说是灰常有意义的，我学会了把理论付诸于实践的重要性，并深刻体会到很多东西都还没有很好的掌握，以后的学习中，我会更加努力学习单片机的相关知识和应用，提高运用微控制系统解决实际问题的能力。另外，设计过程中同学们给我许多建议与灵感，更加深了我对团队合作的认知，在此表示感谢。最后，我要向百忙之中抽出时间对本文进行审阅评议的老师表示特别诚挚的谢意。6. 参考文献1 张毅刚. 单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社，2004.2 董少明.单片机原理及应用技术.北京：北京理工大学出版社，2009.3 顾滨.单片微计算机原理、开发及应用. 北京:高等教育出版社，2000.4 徐晨.微机原理及应用.北京：高等教育出版社，2011. 5 谭浩强.程序设计M.清华大学出版社,2002.6 王兆安.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2009.7 谷树忠.Altium Designer教程.北京：电子工业出版社，2010.7. 附件7.1：电路原理图7.2：源程序及程序注释#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar table10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/共阳数码管显示码/数码管位/sbit w1=P16;sbit w2=P17;/东西方向信号灯/sbit dx_r=P12;/redsbit dx_y=P11;/yellowsbit dx_g=P10;/green/南北方向信号灯/sbit nb_r=P15;/redsbit nb_y=P14;/yellowsbit nb_g=P13;/greenuchar num,tt;void delay(uint m)uchar y;for(m;m0;m-)for(y=110;y0;y-);void display(uchar dat)P2=tabledat/10;w1=1;delay(10);w1=0;P2=0xff;delay(1);P2=tabledat%10;w2=1;delay(10);w2=0;P2=0xff;delay(1);void main()uchar flag;dx_r=0;nb_r=0;delay(5000);TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;tt=35;dx_r=1;nb_r=1;while(1)if(flag=0)nb_g=0;/南北绿灯亮nb_r=1;/南北红灯关闭dx_r=0;/东西红灯亮while(flag=0)display(tt);while(tt=3)nb_g=1;nb_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=3)nb_y=0;display(tt);while(tt=2)nb_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=2)nb_y=0;display(tt);while(tt=1)nb_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=1)nb_y=0;display(tt);while(tt=0)flag=1;nb_y=1;w1=0;w2=0;delay(500);while(tt=0)nb_y=0;display(