单片机交通灯课程设计报告.doc

摘 要11.引言22.总体设计方案22.1.总体要求22.1.1.设计目的22.1.2.设计任务和内容32.1.3.方案设计与论证32.1.4.芯片简介52.2.设计方框图83.总体设计及功能描述83.1. 交通灯四种通行模式及行车方向指示.83.2.交通灯显示时间的理论分析与计算103.3.电路模块113.3.1.LED数码管显示模块113.3.2.LED红绿灯显示模块133.3.3.复位电路153.3.4.晶振电路164.收获和体会165.参考文献166.附录176.1.附录1：程序清单176.2.附录2：电路设计总图2222摘 要交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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。本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。关键字：电子线路 AT89S52 LED 交通灯1. 引言随着社会和城市交通的快速发展, 近几年机动车辆数字急剧增加，道路超负荷承载道路现象严重，致使交通事故逐年增加。交通灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，因此解决好公路交通信号灯控制问题也成了保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。本设计是一款基于单片机AT89C52为控制核心的交通控制系统，它可以实现对车辆、行人的有效导引。2. 总体设计方案2.1总体要求本课程设计的题目机设计内容自选，学生可以根据平时的观察、了解单片机实际的应用系统，弄清其结构和功能，结合单片机课程及其他相关课程的知识，充分发挥自身的想象力和创造力，自行选定设计项目，但总体应达到以下要求：1、 用89S51CPU,12M时钟，常规的上电和手动复位电路2、 包括3个以上的独立式按键3、 至少2位LED数码显示器及其接口4、 一路蜂鸣器输出5、 至少有2路输入信号，可以是模拟量或数字量2.1.1. 设计目的（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。（5）提高实践动手能力。2.1.2. 设计任务和内容2.1.2.1. 设计任务单片机采用用AT89S52芯片，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯，用8段数码管对转换时间进行倒时（东西路口15秒，南北路口25秒，黄灯时间5秒）。2.1.2.2. 设计内容（1）设计并绘制硬件电路图（2）制作PCB并焊接好元器件（3）编写程序并将调试好的程序固化到单片机中2.1.3. 方案设计与论证2.1.3.1. 电源提供方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。此方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。2.1.3.2. 复位方案复位方式有两种：按键复位与软件复位。由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。2.1.3.3. 输入方案直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用2个按键，分别是K1、K2。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。2.1.3.4.显示界面方案 采用数码管与点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。设计方框图整个设计以AT89S52单片机为核心，由数码管显示，LED数码管显示,复位电路组成。硬件模块入图2-1。AT89S52单片机数码管显示LED数码管显示晶振电路复位电路2.1.3.4. 交通管理的方案论证东西、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。指示灯燃亮的方案如表2。25S5S25S5S东西道红灯亮红灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮表2说明： （1）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25秒。（2）黄灯5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25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。2.1.4. 芯片简介1AT89S52单片机简介其引DIP封装的脚图如下：主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。功能特性描述 At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)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)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。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是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。复位晶振源2.2. 设计方框图AT89S52LED倒计时显示各路口红绿灯灯总体设计及功能描述3.1交通灯四种通行模式及行车方向指示按交通灯控制规则，每个街口有转弯、直行及行人三种指示灯。主要指示灯有红、绿、黄三种颜色。交道口模型如图4所示：图2-1交道口模型图4组LED数码管按照设置的通行时间（各路口默认的通行时间均为1分钟）进行倒计时，并各自进行红、绿、黄灯显示，共有四种通行状态，分别为： 图2-1a 通行状态一示意图 图2-1b 通行状态二示意图 图2-1c 通行状态三示意图 图2-1d 通行状态四示意图直行默认时间为40秒，转弯默认时间为20秒，系统设置了任意更改功能，可以根据实际情况进行倒计时调整，以提高车辆通过率，缓减交通压力。在直行状态变为转弯状态时结束前5秒钟，黄灯闪烁直至结束。请注意图21b和图21d，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图23 可以看出，相邻路口的灯它们的状态在相位上相差180。因此最终只需写出一组S1、S2、S3、S4的逻辑状态表。如表21 所示。表21表中的“”代表是红灯亮（也代表逻辑上的0），“”是代表绿灯亮（也代表逻辑上的1），依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。3.2.交通灯显示时间的理论分析与计算东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下示。T-S1+T-S2=T-S3T-S2=T-S4T-S1=T-S3我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定值时也应以此为参考3.3.电路模块3.3.1.LED数码管显示模块A、七段数码显示器：七段发光线段分别用a、b、c、d、e、f、g七个小写字母表示。 七段显示组合与数字对照表（表中“L”表示低电位，“H”表示高电位）B、LED数码管：半导体数码管又称LED数码管，是一种广泛使用的显示器件。LED有两种：共阳极型和共阴极型。LED优点：亮度高、字形清晰，工作电压低（1.53V）、体积小、可靠性高、寿命长，响应速度极快。数码管显示子程序：DISP: MOV A,R2 MOV B,#10 DIV AB MOV 60H,A MOV 61H,B MOV A,R3 MOV B,#10 DIV AB MOV 62H,A MOV 63H,B MOV 40H,#04H MOV R5,#0F7H MOV R0,#60HLLP: MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,R5 MOV P2,A LCALL DELAY1 MOV P2, #0FFH ;令显示器熄灭，以免产生残影 RR A MOV R5,A INC R0 DJNZ 40H,LLP RETDELAY1: ;延时子程序 MOV R4,#12DL2: MOV R7,#12 DJNZ R7,$ DJNZ R4,DL2 RETTABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H DB 092H,082H,0F8H,080H,090H END3.3.2.LED红绿灯显示模块本实验有四种状态：状态1， 东西绿灯亮，南北红灯亮，此时P1.0口P1.7口的高低电平为#0BBH。子程序：ST1: MOV P1,#0EBH ;第一个状态，主干道亮绿灯、支干道亮红灯； CJNE R1,#0FFH,TZ1 MOV R1,#00H DEC 20H DEC 23HTZ1: MOV R2,20H MOV R3,23H LCALL DISP ;调用显示子程序。 MOV A,20H CJNE A,#00H,ST1 MOV 20H,#25状态2， 东西黄灯亮，南北红灯亮，此时P1.0口P1.7口的高低电平为#0BDH。子程序：ST2: MOV P1,#0EDH ;第二个状态，主干道亮黄灯、支干道亮红灯； CJNE R1,#0FFH,TZ2 MOV R1,#00H DEC 21H DEC 23HTZ2: MOV R2,21H MOV R3,23H LCALL DISP ;调用显示子程序。 MOV A,21H CJNE A,#00H,ST2 MOV 21H,#05状态3， 东西红灯亮，南北绿灯亮，此时P1.0口P1.7口的高低电平为#0DEH。子程序：ST3: MOV P1,#0BEH ;第三个状态，主干道亮红灯、支干道亮绿灯； CJNE R1,#0FFH,TZ3 MOV R1,#00H DEC 24H DEC 22HTZ3: MOV R2,24H MOV R3,22H LCALL DISP ;调用显示子程序。 MOV A,22H CJNE A,#00H,ST3 MOV 22H,#15状态4， 东西红灯亮，南北黄灯亮，此时P1.0口P1.7口的高低电平为#0EEH。再采用显示子程序与延时子程序可使LED显示灯按照要求点亮。子程序：ST4: MOV P1,#0DEH ;第四个状态，主干道 亮红灯、支干道亮黄灯； CJNE R1,#0FFH,TZ4 MOV R1,#00H DEC 24H DEC 21HTZ4: MOV R2,24H MOV R3,21H LCALL DISP ;调用显示子程序。 MOV A,21H CJNE A,#00H,ST4 MOV 21H,#05 MOV 24H,#20 LJMP ST1程序初始化状态1(S1)状态2 (S2)状态3（S3）状态4（S4）3.3.3.复位电路复位方式有多种，本设计采用按键复位。接线图如图程序3.1复位电路，框图在设定的定时时间内，89S52必须在RST引脚产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器. 3.3.4.晶振电路晶振电路原理图如3-2：3-2晶振模块原理图选取原则：传统做法，但能够实现所需，即最简单也最是实用。电容选取30pF，晶振为30MHz。3. 收获和体会通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。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。本次课程设计的过程是艰辛的，不过收获却是很大的。在设计过程中，会出现了一些问题，但都是常见的小问题，如：代码中双引号的使用并不是在英语书写状态下，输入字母出错等，在调试时出现异常，不过这些都是经常性错误，经过调试修改都一一解决，程序顺利完成，并实现了其功能。单片机课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识。在此，由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速，红绿灯规则不效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善。当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我。4. 参考文献1. 肖金球.单片机原理及接口技术2. 蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作3. 楼然苗.单片机课程设计指导4. 赵广林.电路设计与制版5. 附录5.1. 附录1：程序清单 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTT0 ORG 0013H LJMP INTT1 ORG 001BH LJMP TT1 ORG 0100HTT1: MOV TH1,#0D8H ;定时器1，定时10ms MOV TL1,#0F0H DJNZ R6,EXIT MOV R6,#100 ;定时器定时100次 MOV R1,#0FFHEXIT: RETIINTT0:MOV P1,#0BEH ;外部中断0， JB P3.2,$ RETIINTT1:MOV P1,#0BBH ;外部中断1， JB P3.3,$ RETI ORG 1000HMAIN: MOV R6,#100 ;主程序； MOV R1,#00H MOV TMOD,#10H ;初始化 MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H MOV IE,#8DH MOV 20H,#25 MOV 21H,#5 MOV 22H,#15 MOV 23H,#30 MOV 24H,#20 SETB TR1ST1: MOV P1,#0EBH ;第一个状态，主干道亮绿灯、支干道亮红灯； CJNE R1,#0FFH,TZ1 MOV R1,#00H DEC 20H DEC 23HTZ1: MOV R2,20H MOV R3,23H LCALL DISP ;调用显示子程序。 MOV A,20H CJNE A,#00H,ST1 MOV 20H,#25ST2: MOV P1,#0EDH ;第二个状态，主干道亮黄灯、支干道亮红灯； CJNE R