十字路口交通灯的单片机课程设计.doc

单片机课程设计单片机课程设计 题题 目：十字路口交通灯设计目：十字路口交通灯设计 班 级： 自动化 1 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 缪仲翠 设计时间： 2012.4.22 评语： 成绩 精品文档 。 1欢迎下载1欢迎下载 摘要摘要 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。本系统采用单片 机 AT89C51 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 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、紧急情 况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。 本系统采用单片机汇编语言编写，主要编写了主程序，LED 数码管显示程 序等。总体上完成了软件的编写。 关键词：交通灯；控制；关键词：交通灯；控制；AT89C51AT89C51；倒计时显示；倒计时显示 精品文档 。 2欢迎下载2欢迎下载 目录目录 摘要摘要.1 引言引言.1 1 1、设计要求及思想、设计要求及思想.2 1、1 设计内容 .2 1、2 设计思想 .2 2 2、单片机选型及硬件接线图、单片机选型及硬件接线图.3 2、1 配置 .3 2、2 十字路口的交通灯分布示意图 .3 2、3 系统硬件接线图 .4 3 3、软件实现、软件实现.5 3、1 分析论证 .5 3、2 状态地址分配 .5 3、3 程序流程图 .6 3、4 程序设计 .7 3、5 PROTEUS软件仿真 .10 4 4、设计总结、设计总结.12 参考文献参考文献.13 精品文档 。 1欢迎下载1欢迎下载 引言引言 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带 动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中， 单片机往往是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，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。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。交通信号灯在大多数城市得到了广泛的应用。传统 的交通信号灯控制一般采用了电子线路和继电器控制，结构复杂，可靠性低， 故障率高。本次设计是基于 AT89C51 单片机的交通灯控制系统，东西南北的通 行时间可调，倒计时显示通行时间灯功能，该系统具有设计周期短、可靠性高、 维护方便、使用简单等优点。 精品文档 。 2欢迎下载2欢迎下载 1 1、设计要求及思想、设计要求及思想 1 1、1 1 设计内容设计内容 设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。利用单片机的定时器定 时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用 LED 灯显示倒计时间。 假设一个十字路口为东南西北走向。初始状态 0 为东西南北都红灯亮。然 后转状态 1 东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态 2，东西绿灯 灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯亮。 过一段时间后转状态 4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段 时间后，又循环至状态 1。 通过对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间， 灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换，并增添其倒计时间的显 示功能。 1 1、2 2 设计思想设计思想 在该交通灯控制系统中，东西南北四个方向各有红黄绿三种颜色的指示灯 各一盏，共计12盏指示灯，用以来指挥车辆和行人安全通行。当红色指示灯亮 的时候表示禁止该方向的车辆和行人通行，当绿色指示灯亮的时候表示允许该 方向的车辆和行人通行，当黄色指示灯亮的时候提示人们红、绿灯的状态即将 切换。并且黄灯燃亮时为东西南北两干道的公共停车时间。为了达到上述设计 要求，可以用一片AT89C51单片机实现。用AT89C51的P0口(P00P05)分别 接上垂直两个道口的6盏信号灯； 四个数码管的显示用动态显示的方法实现。 用AT89C51的P1口输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的 个位数码。 精品文档 。 3欢迎下载3欢迎下载 2 2、单片机选型及硬件接线图、单片机选型及硬件接线图 2 2、1 1 配置配置 根据设计的要求以及自己设计的实际情况，选用AT89C51单片机为交通灯 控制系统的核心，主要用来驱动数码显示管、实现晶振电路和发光二极管等部 件的控制，以实现对整个系统进行控制。数码显示管用来显示红黄绿三种颜色 的灯的倒计时时间。指示灯六个发光二极管用以实现对主支路的控制，红灯亮 表示“停止”，绿灯亮表示“通行”，黄灯是警告信号。 2 2、2 2 十字路口的交通灯分布示意图十字路口的交通灯分布示意图 十字路口的交通灯分布示意图如图 2-1 所示，将这 12 个交通灯进行编号。 图 2-1 十字路口交通灯分布示意图 这 12 个交通灯共有四个状态： 状态 1（S1）：东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮 状态 2（S2）：南北黄灯（2、8）亮，东西仍为红灯（4、10）亮 状态 3（S3）：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮 状态 4（S4）：东西黄灯（5、11）亮，南北仍为红灯（1、7）亮 精品文档 。 4欢迎下载4欢迎下载 2 2、3 3 系统硬件接线图系统硬件接线图 系统硬件接线原理图如图 2-2 R1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 XTAL1 XTAL2 /EAVpp PSEN /ALEPROG RST +5V 东西 南北 红黄绿绿黄红 19 18 9 29 30 31 AT89C51 P3.2/ 南北应急功能键K2 东西应急功能键K3 复位键K1 图 2-2 系统硬件接线图 精品文档 。 5欢迎下载5欢迎下载 3 3、软件实现、软件实现 3 3、1 1 分析论证分析论证 单片机控制交通灯的软件设计是采用顺序执行并反复循环的方法，其中数 码显示电路运用动态显示的方法，并采用延时的方法来定时通行时间。由于整 个设计是在 AT89C51 单片开发机上进行的， 所以用 LED 来代替交通灯，需要低 电平“0”来驱动点亮，在实际应用电路中，应使 P1 口输出高电平“1”来驱动 继电器导通，从而使 220V 的交通灯点亮，可以通过修改发光二极管 LED 的程序 实现。 3 3、2 2 状态地址分配状态地址分配 状态地址分配如表 3-1 所示： 表 3-1 P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0 东西绿东西黄东西红南北绿南北黄南北红 灯地址 11110011F3H 11110101F5H 11011110DEH 11101110EEH LED 显示器中发光二极管采用共阴极接法时，其十六进制数的字形代码见表 3-2 所示： 表 3-2 十六进制数字型代码表 字型共阴极代码字型共阴极代码 03FH67DH 106H707H 25BH87FH 34FH96FH 466H 灭 00H 56DH 精品文档 。 6欢迎下载6欢迎下载 3 3、3 3 程序流程图程序流程图 主程序流程图如图 3-1 所示： 初始化 绿灯倒计时25s是否结束 东西红南北绿 否 是 红灯倒计时30s是否结束 东西红南北黄 否 是 绿灯倒计时25s是否结束 东西绿南北红 否 是 红灯倒计时30s是否结束 东西黄南北红 否 是 东西红南北绿 图 3-1 主程序流程图 精品文档 。 7欢迎下载7欢迎下载 倒计时流程图如图 3-2 所示： 开始 定时125ms 125ms是否计满 否 重复8次，即1s 8次是否计满 否 R6或R7的值减1 R6或R7的值是否为0 否 倒计时结束 是 是 是 图 3-2 倒计时流程图 3 3、4 4 程序设计程序设计 具体程序如下： ORG 0000H MOV P0,#00H ;确保 P0 为低电位 lJMP MAIN0 ORG 0030H MAIN0: MOV 30H,#08H MOV R6,#00H 精品文档 。 8欢迎下载8欢迎下载 MOV R7,#00H MOV DPTR,#TABLE ;取数码管的译码 MOV TMOD,#01H ;设计定时方式为定时器 0 的方式 1； MOV TL0,#0CDH ;定时时间为 125ms MOV TH0,#0BH SETB TR0 ;启动定时器 SETB EA ;开总中断 SETB EX0 ;允许外部中断 0 SETB EX1 CLR IT0 MAIN: MOV P0,#0F3H ;南北绿灯，东西红灯 MOV R6,#1EH ;红灯 30s 倒计时 MOV R7,#19H ;绿灯 25s 倒计时 MAIN1: CALL DELAY ; 1S 延时子程序 CJNE R7,#00H,MAIN1 ;判断绿灯 25s 是否倒计完 MOV P0,#0F5H ;南北黄灯，东西红灯 MAIN2: CALL DELAY MOV R7,#00H ;红灯继续倒计时，黄灯闪烁 CPL P0.1 ;黄灯闪烁 CJNE R6,#00H,MAIN2 ;判断红灯是否倒计时完 MOV P0,#0DEH ;南北红灯，东西绿灯 MOV R7,#1EH MOV R6,#19H MAIN3: CALL DELAY CJNE R6,#00H,MAIN3 MOV P0,#0EEH MAIN4: CALL DELAY MOV R7,#00H CPL P0.4 CJNE R6,#00H,MAIN4 精品文档 。 9欢迎下载9欢迎下载 JMP MAIN DELAY: MOV A,R6 ;进行南北方向倒计时时间的十进制调整 MOV B,#0AH DIV AB MOVC A,A+DPTR ;找寻相应的数码管代码 MOV P1,A ;输出个位 MOV R4,#4 ;降低动态显示频率 LOOP1: MOV R3,#125 LOOP2: DJNZ R3,LOOP2 DJNZ R4,LOOP1 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A ;输出十位 MOV R4,#4 LOOP3:MOV R3,#125 LOOP4: DJNZ R3,LOOP4 DJNZ R4,LOOP3 MOV A,R7 ;进行东西方向倒计时时间的十 进制调整 MOV B,#0AH DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOV R4,#4 LOOP5: MOV R3,#125 LOOP6: DJNZ R3,LOOP6 DJNZ R4,LOOP5 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A MOV R4,#4 精品文档 。 10欢迎下载10欢迎下载 LOOP7: MOV R3,#125 LOOP8: DJNZ R3,LOOP8 DJNZ R4,LOOP7 JBC TF0,LOOP ;判断是否计满 125ms AJMP DELAY LOOP: MOV TL0,#0CDH ;计满 125ms 重新给定时器赋值 MOV TH0,#0BH MOV A,30H DEC A MOV 30H,A JNZ DELAY ;判断是否计满 8 次 125ms，即 1s DEC R6 ;计满 1s，东西倒计时减 1，南北 倒计时减 1 DEC R7 MOV 30H,#08H ;重新 1s 次数，重新计时 RET TABLE:DB 03FH,06H,05BH,04FH,66H ;相应数值的数码管代码 DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H END 3 3、5 5 proteusproteus 软件仿真软件仿真 在 Proteus 软件仿真之前必须在 Proteus 里面画出硬件的外部接线图，接下来 装入程序，然后组建生成 HEX 文件，接下来就可以运行仿真了。其初始状态时 的图形如图 3-3 所示： 精品文档 。 11欢迎下载11欢迎下载 图 3-3 初始状态图 由于仿真出来的它是一个动态的图形，东西南北红黄绿灯计时循环所致。在这 不能展现出其动态变化过程只能给出运行过程中的静态图，所以运行过程中某 一时间的运行图如图 3-4 所示： 图 3-4 运行图 精品文档 。 12欢迎下载12欢迎下载 4 4、设计总结、设计总结 经过一周的单片机课程设计，经历了很多也学会了很多。本次做的是关于 交通灯系统的设计，虽说交通灯在我们日常生活中很普遍的存在，我们对它似 乎也很熟悉，但是等到做这个课设的时候，我才发现其实不是这样的。刚开始 实在不知道从何下手，通过认真查阅资料，整个设计就开始有了头绪。 首先，对要设计的系统有个整体的思路，接下来画流程图这样可以对系统 有个总体的认识，画完流程图就到了编写程序，在编写程序的时候才发现自己 对汇编语言还需要进一步的学习和巩固，经过反复的修改终于踏入了第三步， 画硬件的外部接线图，在画图的时候必须了解 AT89C51 芯片中各如个引脚的功 能，学会怎么样去使用 AT89C51 这个可编程并行接口芯片，怎样去锁存地址等 等。在上学期理论学习的基础上，又下了一次苦功夫，对如何设计一个系统有 了进一步的了解，巩固了以前所学过