基于51单片机的交通灯控制系统课程设计报告.doc

淮阴师范学院物理与电子电气工程学院技能训练报告学生姓名 仇桂香学 号240703005班 级07级6班专 业电子信息工程题 目单片机课程设计指导教师魏东旭2010年6月一、设计指标二、设计方框图三、元器件介绍三、设计原理1、各功能模块电路的设计（用Multisim仿真）2、整体电路图（用Multisim仿真）四、电路安装与调试过程五、电路测试与使用说明六、训练总结编辑排版要求：一级标题为4号字加粗。 二级标题为小4号字加粗。 三级及其以下标题和正文文字都为小4号字不加粗。 插图用阿拉伯数字编号，5号字标注，并加图名文字，插图版式为嵌入式版式，居中插入到合适位置。 字体统一为简体宋体字。 行距统一为1.2倍行距，文字间距为标准默认间距。一、设计指标1.控制LED灯，完成交通灯的管理任务；2. 按照分析、设计、调试和测试的软、硬件开发过程完成这个控制任务。功能描述：（1）初始时东西方向亮红灯,南北方向亮绿灯。（2）然后南北向路口绿灯亮38s后转黄灯亮2s,再转红灯亮20s。（3）相应地东西向红绿灯工作顺序为红灯亮40s后转绿灯亮18s, 再转黄灯亮2s, 以此进行循环。（4）如果发生紧急事件, 则按下按钮, 此时东西、南北向都亮红灯。还可以各个方向单独通行。（5）时钟采用倒计时方式显示, 即各灯亮时, 时钟为点亮的最大时间, 以后每1s 显示数据减1, 直到减为0 以后指示灯再进行变换。（6）高峰时，各方向通行时间缩短，南北方向30s，东西方向10s。（7）所有的时间设置都可以根据车流量实际情况进行调整。（8）可以自动检测违章闯红灯。二、设计方框图程序开始为各标志、寄存器赋初值，并设定定时器/计数器工作方式，设置中断0触发方式开中断，装入倒计时默认初值，开始计时，设定中断级别，显示倒计时LOOP开始，检测各输入标志，并作出相应的处理，未检测到，则一直循环程序主流程图三、元器件介绍为了减小制作成本，本设计选用了价格低廉的AT89C51，性价比高，同时减少了外围电路（如看门狗芯片、RP1等），仅用了晶体振荡电路和复位电路。当然这样做增加了软件代码量。器件清单：（注：模拟用的交通灯、LED等器件不包含在内）单片机：AT89C51一块晶体振荡器：6MHz一个电容：22pF 2个；22F 2个电阻：1k 2个；上拉电阻组 1个【单片机：AT89C51】1.AT89C51内部结构与外部引脚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P1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/地址的第八位。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外部必须被拉高。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口作为第八位地址接收。 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：第二功能功能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 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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，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。【LED数码显示器】数码管在单片机应用系统中主要用于显示单片机的输出数据和状态等。LED显示器为发光二极管构成的显示器件。常用的LED显示器有两种供应状态，既共阴极LED与共阳极LED。.双色LED是由一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起，公用负端。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮【晶体振荡器】石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。【门狗芯片】在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称看门狗(watchdog) 看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段 进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位。【函数发生器】一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波函数发生器的方法。四、设计原理为了减小制作成本，本设计选用了价格低廉的AT89C51，性价比高，同时减少了外围电路（如看门狗芯片、RP1等），仅用了晶体振荡电路和复位电路。当然这样做增加了软件代码量。器件清单：（注：模拟用的交通灯、LED等器件不包含在内）单片机：AT89C51一块晶体振荡器：6MHz一个电容：22pF 2个；22F 2个电阻：1k 2个；上拉电阻组 1个交通管理方案：南北、东西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,且黄灯燃亮时间为南北、东西两干道的公共停车时间。设南北道比东西道的车流量大。十字路口的东西向、南北向各有一组红绿灯和一个时钟系统, 时钟系统由两个LED 组成, 用于显示红绿灯的时间, 具体要求如下:（1）初始时东西方向亮红灯,南北方向亮绿灯。（2）然后南北向路口绿灯亮38s后转黄灯亮2s,再转红灯亮20s。（3）相应地东西向红绿灯工作顺序为红灯亮40s后转绿灯亮18s, 再转黄灯亮2s, 以此进行循环。（4）如果发生紧急事件, 则按下按钮, 此时东西、南北向都亮红灯。还可以各个方向单独通行。（5）时钟采用倒计时方式显示, 即各灯亮时, 时钟为点亮的最大时间, 以后每1s 显示数据减1, 直到减为0 以后指示灯再进行变换。（6）高峰时，各方向通行时间缩短，南北方向30s，东西方向10s。（7）所有的时间设置都可以根据车流量实际情况进行调整。（8）可以自动检测违章闯红灯。总之，本设计所实现的功能除了典型的交通灯功能之外，只要功能还有：全部禁行、全部通行、南北方向通行、东西方向通行、高峰控制、警报提示、各方向各时段通行时间自定义、手动复位等。注：“警报提示”是以一个开关模拟传感器发现闯红灯时所传输的信号。交通灯系统硬件设计图如下 注：具体操作方法：（1） 图中按键都为脉冲式按键，开关都为电平式按键。自定义各方向通行时间时，按“设定时间”键开始设定，通过“高峰控制”键控制当前设定的时间是正常时段的还是高峰时段的，高电平为正常时段，低电平为高峰时段。通过“选择方向”键选择当前设定的时间是南北方向的还是东西方向的，高电平为南北方向，低电平为东西方向。通过“时间加一”键使当前时间加1。当确定当前设定的时间为所想要设置的时间时，按“确定设时”键可以确定。要结束设置时，按“设定结束”可以结束设置。软件实现：由于程序比较长，而且程序注释已经做的比较详细，所以这里只给出整体粗略流程图，以帮助理解程序整体思路。程序的软件设计中添加了“看门狗”，属于自定义软件“看门狗”。主要是由于交通灯工作环境恶劣，噪声干扰大，容易发生程序“走飞”，即程序执行偏转到了一个没有定义的程序空间，从而导致“死机”现象。“看门狗”的设置解决了这个问题。本设计中，“看门狗”复位时间是40ms。交通灯控制模拟程序如下 DISPLAYNUM EQU 51H ;定义显示倒计时寄存器 COUNTER EQU 52H ;定义计时循环次数寄存器 NSNORM EQU 53H ;定义正常时南北通行时间寄存器 EWNORM EQU 54H ;定义正常时东西通行时间寄存器 NSPEAK EQU 55H ;定义高峰时南北通行时间寄存器 EWPEAK EQU 56H ;定义高峰时东西通行时间寄存器 NSPUT EQU 57H ;南北重置缓存 EWPUT EQU 58H ;东西重置缓存 DIRECTION EQU 00H ;方向标志 DISPLAYYELLOW EQU 01H ;显示黄灯标志 ONESECOND EQU 02H ;计时到一秒标志 SETNEW EQU 03H ;重新设置标志 LOADNEWFLAG EQU 04H ;确定输入标志 NR EQU P0.0 ;南北方向红灯 NY EQU P0.1 ;南北方向黄灯 NG EQU P0.2 ;南北方向绿灯 ER EQU P0.3 ;东西方向红灯 EY EQU P0.4 ;东西方向黄灯 EG EQU P0.5 ;东西方向绿灯 BREAKRULE EQU P2.0 ;交通违章模拟信号输入 SOUND EQU P2.1 ;警报声输出信号 PEAKORNORM EQU P2.2 ;高峰信号输入 ALLSTOP EQU P2.3 ;全部禁行输入 ALLGO EQU P2.4 ;全部通行输入 NSTHROUGH EQU P2.5 ;南北通行输入 EWTHROUGH EQU P2.6 ;东西通行输入 SELECTDIR EQU P2.7 ;方向选择输入 ORG 0000HLJMP MAIN;跳转到主函数 ORG 0003HLJMP RESET;跳转到设定时间子函数 ORG 000BHLJMP TIME;跳转到定时子函数 ORG 001BHLJMP DOG;看门狗子程序 ORG 0100H MAIN: MOV NSNORM,#28H ;主程序开始,各方向寄存器赋初值 MOV EWNORM,#14H MOV NSPEAK,#1EH MOV EWPEAK,#0AH REMAIN: MOV COUNTER,#0AH ;设置计数1秒的循环次数为10 SETB DIRECTION ;设置通车方向标志,默认从南北方向开始CLR DISPLAYYELLOW;设定各个标志、寄存器的初值CLR ONESECONDCLR SETNEWCLR SOUND JNB PEAKORNORM,PEAKINPUT MOV NSPUT,NSNORM MOV EWPUT,EWNORMSJMP DISPLAYNUMPUT PEAKINPUT: MOV NSPUT,NSPEAK MOV EWPUT,EWPEAK DISPLAYNUMPUT: MOV DISPLAYNUM,NSPUT ;设置倒计时初值 MOV SP,#5FH ;设置堆栈内第一个数位置为60H MOV TMOD,#11H ;T0设置为方式1定时，T1设置为方式1定时LCALL FEEDDOG;喂狗 MOV TL0,#0B0H ;为T0设置初值，使定时为0.1秒 MOV TH0,#3CH START: SETB EX0 ;开中断0 SETB IT0 ;设置中断0为跳沿触发 SETB TR0 ;启动T0 SETB ET0 ;允许T0中断 SETB ET1 ;开中断1,用于看门狗 SETB PX0 ;设置设定时间中断为高级中断CLR PT0;设置定时器为低级中断 SETB PT1 ;设置看门狗中断为高级中断 SETB EA ;CPU开放中断LCALL LIGHT;开始显示交通灯、倒计时LCALL DISPLAYLED;-重定时检测-LOOP:LCALL FEEDDOG;喂狗 JB SETNEW,REMAIN ;检测是否已经重新设定时间;-计时到1秒检测- JNB ONESECOND,ALLREDCLR ONESECOND DEC DISPLAYNUM MOV A,DISPLAYNUMCJNE A,#02H,EQ0 SETB DISPLAYYELLOWLCALL LIGHTLJMP NUMDECLINEEQ0:CJNE A,#00H,NUMDECLINECLR DISPLAYYELLOWCPL DIRECTIONLCALL LIGHT;LED交通灯显示LCALL RELOADNUMDECLINE: LCALL DISPLAYLED;显示倒计时剩余时间;-全部禁行- ALLRED: JB ALLSTOP,NSCLEAR ;判断是否全部禁止CLR TR0;停止计时 SETB NR ;都亮红灯CLR NYCLR NG SETB ERCLR EYCLR EGALLREDWAIT: LCALL FEEDDOG;等待恢复 JB ALLSTOP,ALLREDBACKSJMP ALLREDWAIT ALLREDBACK: SETB TR0 ;继续计时,禁止前交通情况LCALL LIGHT;-南北通行- NSCLEAR: JB NSTHROUGH,EWCLEAR ;判断是否南北通行CLR TR0;停止计数CLR NR;南北方向通行CLR NY SETB NG SETB ERCLR EYCLR EGNSCLEARWAIT: LCALL FEEDDOG;等待恢复 JB NSTHROUGH,NSCLEARBACKSJMP NSCLEARWAIT NSCLEARBACK: SETB TR0 ;继续计时,恢复以前交通情况LCALL LIGHT;-东西通行- EWCLEAR: JB EWTHROUGH,ALLYELLOW ;判断是否东西通行CLR TR0;停止计数 SETB NR ;东西通行CLR NYCLR NGCLR ERCLR EY SETB EGEWCLEARWAIT: LCALL FEEDDOG;等待恢复 JB EWTHROUGH,EWCLEARBACKSJMP EWCLEARWAIT EWCLEARBACK: SETB TR0 ;继续计时,恢复以前交通情况LCALL LIGHTSJMP ALLYELLOW;-全部通行-NEXT:LJMP CHECKRULE ALLYELLOW: JB ALLGO,NEXT ;判断是否全部通行CLR TR0;停止计时CLR NR;全部通行 SETB NYCLR NGCLR ER SETB EYCLR EGALLYELLOWWAIT: LCALL FEEDDOG;等待恢复,并检测是否有全部禁行、南北通行。东西通行等信号 JB ALLGO,ALLYELLOWBACK JB ALLSTOP,NSC ;全部禁行 SETB NRCLR NYCLR NG SETB ERCLR EYCLR EGWAITA:LCALL FEEDDOG;等待恢复全部通行 JB ALLSTOP,BACKASJMP WAITABACKA:CLR NR;恢复全部通行 SETB NYCLR NGCLR ER SETB EYCLR EG NSC: JB NSTHROUGH,EWC ;南北通行CLR NRCLR NY SETB NG SETB ERCLR EYCLR EGWAITN:LCALL FEEDDOG;等待恢复全部通行 JB NSTHROUGH,BACKNSJMP WAITNBACKN:CLR NR;恢复全部通行 SETB NYCLR NGCLR ER SETB EYCLR EG EWC: JB EWTHROUGH,ALLYELLOWWAIT ;东西通行 SETB NRCLR NYCLR NGCLR ERCLR EY SETB EGWAITE:LCALL FEEDDOG;等待恢复全部通行 JB EWTHROUGH,BACKESJMP WAITEBACKE: CLR NR;恢复全部通行 SETB NYCLR NGCLR ER SETB EYCLR EGLJMP ALLYELLOWWAIT ALLYELLOWBACK: SETB TR0 ;恢复以前的交通情况LCALL LIGHT;-警报检测- CHECKRULE: JB BREAKRULE,CLEARSOUNDCPL SOUND;产生警报脉冲LJMP SETPEAKCLEARSOUND:CLR SOUND;停止报警;-高峰检测- SETPEAK: JNB PEAKORNORM,LOADPEAK MOV NSPUT,NSNORM ;正常时段 MOV EWPUT,EWNORM LJMP LOOP LOADPEAK: MOV NSPUT,NSPEAK ;高峰时段 MOV EWPUT,EWPEAK LJMP LOOP;-T0中断,用于定时-TIME: CLR EA ;保护现场 PUSH ACC PUSH PSW SETB EA MOV TL0,#0B0H ;重置计数器初值 MOV TH0,#3CHDJNZ COUNTER,TIMERET ;判断是否满1秒 SETB ONESECOND MOV COUNTER,#0AH ;重新装入循环次数TIMERET:CLR EA ;恢复现场 POP PSW POP ACC SETB EARETI;返回中断;-T1中断,用于看门狗- DOG: POP ACC ;看门狗 POP ACCCLR A PUSH ACC ;复位程序,从0000H开始 PUSH ACCRETI;-重设时间-RESET:CLR ES;关闭所有中断CLR ET1CLR EX1CLR ET0CLR EX0 PUSH ACC ;保护现场 PUSH PSW SETB LOADNEWFLAG ;设置确定输入标志CLR TR0;停止两定时器CLR TR1 MOV TMOD,#51H ;设置定时器/计数器1为方式1计数 SETB TR1 ;开始计数 SETB NR ;全部禁止通行CLR NYCLR NG SETB ERCLR EYCLR EG BEGIN: MOV TL1,#00H ;设置计数初值 MOV TH1,#00H OBSERVE: MOV DISPLAYNUM,TL1 ;显示当前设置的时间LCALL DISPLAYLED RESETWAIT: JNB P3.4,TERMINATE ;等待停止设定信号 JNB P3.3,LOADNEW ;等待确定信号 SETB LOADNEWFLAG JNB P3.5,OBSERVE ;计数器加一时,用于同步显示当前数值SJMP RESETWAIT LOADNEW: JNB LOADNEWFLAG,RESETWAIT ;确定将当前数值放入各方向、各时段寄存器 JNB PEAKORNORM,PEAKSELECT ;判断当前设定时间是否为高峰值 JNB SELECTDIR,EWN ;判断当前设定时间是哪个方向的 MOV NSNORM,TL1 ;将设定值放入南北方向正常寄存器CLR LOADNEWFLAGLJMP BEGIN EWN: MOV EWNORM,TL1 ;将设定值放入东西方向正常寄存器CLR LOADNEWFLAGLJMP BEGIN PEAKSELECT: JNB SELECTDIR,EWP MOV NSPEAK,TL1 ;将设定值放入南北方向高峰寄存器CLR LOADNEWFLAGLJMP BEGIN EWP: MOV EWPEAK,TL1 ;将设定值放入东西方向高峰寄存器CLR LOADNEWFLAG