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长安大学单片机应用课程设计报告 题目：十字路口交通路口控制科目：单片机应用课程设计姓名： 学号：班级：指导老师： 完成时间：目录1、设计目标32、相关背景知识33、系统的硬件设计33.1、电路框图设计43.2、系统的硬件组成及方案选择43.2.2、系统的方案选择53.3、参数计算及元器件选择6元器件选择如表2（元器件清单）所示64、系统工作流程65、系统仿真85.1仿真的电路图86、设计总体评价117、收获和建议118、附录131、设计目标任务:利用单片机设计一个十字路口交通灯控制器。要求：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。（1） 东西向通行80秒，南北向通行60秒，缓冲时间3秒。（2） 能用按键设置两个方向的通行时间（绿、红灯点亮的时间 ）和暂缓通行时间（黄灯点亮的时间 ）。系统的工作应符合一般交通灯控制的要求。2、相关背景知识随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字交叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。我国目前使用的信号灯具体含义如下:(l)绿灯亮时，允许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行。(2)黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行通道的行人，可以继续通行。(3)红灯亮时，不准车辆、行人通行。(4)绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。(5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。(6)右转弯车辆和T形交叉口右边无人行横道的直行车辆，遇黄灯或红灯时，在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下可以通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。模拟交通信号控制下路口的交通情况，是用程序在模拟现实生活中十字路口的交通情况，这样做是非常有实际意义的。在现实生活中，观察和调试一个路口的交通信号灯是要花要化很长的时间。如果将这个过程用程序来模拟，那就可以节省大量的时间，同时通过改变程序的各种变量值，也可以更容易地反映更多的在现实生活中不常发生的复杂情况。得到很多宝贵的数据，来指导现实中交通系统的架设。3、系统的硬件设计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。3.1、电路框图设计电路的框图如图1所示: 图1 电路框图据此，本设计系统以51单片机为控制核心，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。3.2、系统的硬件组成及方案选择该系统由AT89C51单片机、两位数共阴极数码管、按键和LED红黄绿构成。3.2.1、中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89C51共有5个中断源，它们是两个外部事件中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1和片内串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表1所示。表1各中断源的中断处理程序入口地址序号中断源入口地址1外部事件中断INT00003H2定时/计数器T0溢出中断000BH3外部事件中断INT10013H4定时/计数器T1溢出中断001BH5串行口接收和发送中断0023H3.2.2、系统的方案选择1）总体流程图（实现各种状态间的转换）:图2 总体流程图2）工作原理由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行80秒，东西方向通行60秒，数码管采用动态显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭。采用中断方式实现按键的功能。图4 系统框图3）电路原理图图5 电路原理图3.3、参数计算及元器件选择元器件选择如表2（元器件清单）所示表2 元器件清单名称个数备注AT89C51单片机1/7SEG-MPX2-CC-BULE数码管2共阴极数码管按键3/LED红黄绿各4个/4、系统工作流程 1）系统启动后，系统按程序给定的时间工作，即东西向通行60秒，南北向通行40秒，黄灯亮4秒。首先东西向通行，然后南北向通行，如此循环。2）通行时间的设置：当需要更改主、次干道的通行时间时，可以用设置键、增加键、减少键”进行设置。 第一次按“设置键”时，东西向的绿灯亮，东西向的LED数码管显示当前东西向的通行时间，并且按每秒3次的频率闪烁（每秒钟亮3次暗3次），其余的信号指示灯和南北向的LED数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向的通行时间，每按一次键，数码管的显示时间增加1秒或减少1秒，长按键（按下的时间超过1秒钟以上），则数码管显示的时间按每秒钟增加或减少10的速度快速变化 第二次按“设置键”时，东西向的黄灯亮，东西向的数码管显示当前东西向黄灯的点亮时间，并且按每秒3次的频率闪烁，其余的信号指示灯和南北向的数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向黄灯的点亮时间。 第三次按“设置键”时，南北向的绿灯亮，南北向的数码管显示当前南北向绿灯的通行时间，并且按每秒3次的频率闪烁，其余的信号指示灯和东西向的数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向绿灯的通行时间。 第四次按“设置键”时，南北向的黄灯亮，南北向的数码管显示当前南北向黄灯的点亮时间，并且按每秒3次的频率闪烁，其余的信号指示灯和东西向的数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向黄灯的点亮时间。第五次按“设置键”时，系统退出设置状态，回到交通信号灯状态，并且东西向先通行，南北向后通行。“设置键”的功能如表3所示。表3 按键功能 图6 主程序流程图 图7 中断T0流程图图8 中断T1流程图5、系统仿真5.1仿真的电路图1）交通灯东西方向绿灯亮、南北方向红灯亮时仿真图。图92）交通灯东西方向黄灯亮、南北方向红灯亮时仿真图。图103）交通灯东西方向红灯亮、南北方向绿灯亮时仿真图。图114）交通灯东西方向红灯亮、南北方向黄灯亮时仿真图。图125）按下按键,调节绿灯时间至95秒。图136、设计总体评价本系统就是充分利用了AT89C51芯片的I/O引角。系统采用MSC-51系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过单片机芯片的P0口控制红、黄、绿灯的点亮与熄灭；P1和P2口外接数码管倒计时显示各个信号灯的时间。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统的不足之处不能控制车的左、右转以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由本身的地理位置以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。7、收获和建议本次课程设计，是在结束了相关理论知识与实验的学习后进行的，是对理论知识和实验的综合和提高。理论知识的学习是为更好的解决实际问题。通过本次课程设计，我充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的学习起了很大的帮助，在这个过程中，我真切的感到了，我又知道了很多，同时也掌握了很多以后在工作和生活中能真正用到的很多东西。其次，通过这本次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，唯有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高我们自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，例如自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，实践经验比较缺乏，理论联系实际的能力还待急需提高。此次课程设计之后，我一定把以前所学过的知识重新温故。我觉得类似这种课程设计的实践真的不错，通过这些项目练习，我的自学能力和解决实际问题的能力得到了提高，可以说是对综合素质全面提升，我想这也是我们上大学应该真正学到的。最后，感谢老师对我们的教导，使我学习了理论知识，打下了坚实的理论基础，才得以将其应用到此次课程设计中来完成它。参考文献【1】段晨东.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，2013。【2】霍孟友.单片机原理及接口技术.北京：机械工业出版社，2004。【3】裘雪红.微型计算机原理与接口技术.西安电子科技大学出版社，2007。【4】张毅刚.单片机原理及接口技术.北京：高等教育出版社，2004。【5】刘娟.单片机C语言与PROTUES仿真技能实训.中国电力出版社，2010。【6】张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真.电子工业出版社,2007。8、附录25程序如下所示：#include at89x51.h #include control.h /用于显控制数码管示的函数int EWNowCount; /东西向的显示秒数int NSNowCount;/南北向德显示秒数int temp ; / 临时变量，用以判断路灯转换条件及赋给count的值unsigned int num; /计时次数，每4000次为一秒unsigned char delay_time; /控制闪烁的延时unsigned char edit; /可设置红绿灯初始值unsigned char setClicks;/保存set键的按下次数unsigned char FlashChange;/东西向与南北向计时器转换 char add; /加或者减后的值int EWGreenDef = 80 ; /东西向的默认值int EWYellowDef = 3 ;int EWRedDef =63;int NSGreenDef = 60 ; /南北向的默认值int NSYellowDef = 3;int NSRedDef = 83 ;int EWGreen;int EWYellow; /定义六个变量 ，用来读秒int EWRed;int NSGreen;int NSYellow;int NSRed ;int Sum1 ; / EWGreenDef +EWYellowDef+ EWRedDefint Sum2 ; / EWGreenDef+EWYellowDefint Sum3 ; / NSGreenDef+NSRedDefunsigned char n; /用其值来判断是否为长按键void T0_INT(void) interrupt 1/*定时器T0，控制红绿灯的转换 */ num+;Sum1 = EWGreenDef +EWYellowDef+ EWRedDef;Sum2 = EWGreenDef+EWYellowDef;Sum3 = NSGreenDef+NSRedDef ;if( num =4000 )/*1s = 0.25ms *4000 */ if(temp=EWGreenDef)/* 东西向绿灯读秒 */ EWNowCount = EWGreen;EWGreenLight();EWGreen-;if(temp=NSRedDef) /* 南北向红灯灯读秒 */ NSNowCount = NSRed;NSRedLight();NSRed-;if(tempEWGreenDef) /* 东西向黄灯读秒 */ EWNowCount = EWYellow;EWYellowLight();EWYellow-;if(tempNSRedDef)/* 南北向绿灯读秒 */ NSNowCount = NSGreen;NSGreenLight();NSGreen-;if(temp Sum2)/* 东西向红灯读秒 */ EWNowCount = EWRed;EWRedLight();EWRed-;if(temp Sum3)/* 南北向黄灯读秒 */ NSNowCount = NSYellow;NSYellowLight();NSYellow-;if(EWGreen0) EWGreen = EWGreenDef; /* 重新装载初值 */ if(EWYellow0) EWYellow = EWYellowDef;if(EWRed0) EWRed = EWRedDef;if(NSGreen0) NSGreen = NSGreenDef;if(NSYellow0) NSYellow = NSYellowDef;if(NSRedSum1) temp = 0;num=0;void T1_INT(void) interrupt 3/* 定时器 T1,控制长按键 */ if(P0_1=0 | P0_0=0) n+; if(P0_1=1 & P0_0=1) n=0; unsigned char getKey(void) /* 判断哪个键被按下,并返回键值 */unsigned char key ;if(P0_0 = 0 | P0_1=0 | P3_3=0)delay_ms(10);if(P0_0=0)/* add键 */ key=2;while(!P0_0);if(n100)add=add+10;if(add=99)add=99;if(P0_1=0)/* decrease键 */ key=3;TR1 = 1;while(!P0_1);if(n100)add=add-10;if(add9) add = 9; /* 黄灯设置不能超过9 */ EWYellowDef = add ;EWYellow = EWYellowDef; /* 加载当前的时间 */ EWNowCount = EWYellow ; if(setClicks=3) /* 按 3下set键 */ NSGreenDef = add;NSGreen = NSGreenDef;NSNowCount = NSGreen ; if(setClicks=4) /* 按 4下set键 */ if(add9) add = 9;NSYellowDef = add ;NSYellow = NSYellowDef ;NSNowCount = NSYellow ; else if(!edit) /* 在非修改状态下，不闪烁 */ delay_time = 0;break;case 3:/* 按下decrease键进行的键处理 ,原理同add */ if(edit=1)if(setClicks=1)EWGreenDef = add;EWGreen = EWGreenDef;EWNowCount = EWGreen ; if(setClicks=2)if(add9) add = 9;EWYellowDef = add ;EWYellow = EWYellowDef;EWNowCount = EWYellow ; if(setClicks=3)NSGreenDef = add;NSGreen = NSGreenDef;NSNowCount = NSGreen ; if(setClicks=4)if(add9) add = 9;NSYellowDef = add ;NSYellow = NSYellowDef ;NSNowCount = NSYellow ; else if(!edit)delay_time = 0;break; void main()TMOD = 0x22; /*计时器T0和T1，且都用方式2 */TH0 = 6; /*0.25ms */TR0=1; /* 开定时器 */ET0=1;TH1 = 6; /*0.25ms*/ET1=1;EA=1; /* 开中断 */EWGreen = EWGreenDef;EWYellow = EWYellowDef;EWRed = EWRedDef;NSGreen = NSGreenDef;NSYellow = NSYellowDef;NSRed = NSRedDef;while(1)run();switch(FlashChange) /* 选择数码管显示的状态(同时显示或只显示其中一个) */case 0: EWDispControl(EWNowCount,delay_time);NSDispControl(NSNowCount,delay_time);break;case 1:EWDispControl(EWNowCount,delay_time);break;case 2:NSDispControl(NSNowCount,delay_time);break;Control.hunsigned char led= 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66,/040x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f /59;void delay_ms(unsigned int a)/延时 a msunsigned int i;while(a-0)i = 70;while(i- 0) ;void EWdispHigh(unsigned char v)/显示东西向数码管P3_7 = 1;P3_6 = 0;P2 = v;delay_ms(2);void EWdispLow(unsigned char v)P3_6 = 1;P3_7 = 0;P2 = v;delay_ms(2);void NSdispHigh(unsigned char v)/显示南北向数码管P3_1 = 1;P3_0 = 0;P1 = v;delay_ms(2);void NSdispLow(unsigned char v)P3_0 = 1;P3_1 = 0;P1 = v;delay_ms(2);void NSDispCon