单片机课程设计-- 十字路口交通灯控制

微机原理及应用课程设计报告微机原理及应用课程设计报告 课程项目名称： 学校： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指 导教 师： 十字路口交通灯控制 2 机械设计制造及自动化 1 摘要摘要 十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什 么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。 交通信号灯控制方 式很多。 本设计是根据我所学习的单片机课程， 按照大纲要求对我进行的一次课 程检验， 是进行单片机课程训练的必要任务，也对我们掌握单片机应用有很大的 帮助。 掌握单片机技术是一门不可或缺的技术，对我将来的工作以及生活和学习 都有很密切的联系。当今世界的发展是以科学技术为基础的，微控技术在生产中 所占的比重也越来越大。 单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里 程碑。 近年来， 随着电子技术和微机计算机的迅速发展， 单片机的档次不断提高， 其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家 电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的 应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。 关键词：单片机，交通灯 2 目录目录 1 1 概述概述 1.1 课程项目名称4 1.2 课程设计目的4 1.3 设计的任务与要求4 2 2 系统设计方案系统设计方案 2.1 设计方案5 2.2 系统结构图6 3 3 硬件说明与设计硬件说明与设计 6 3.1.1 AT89C51 介绍说明6 3.1.2 芯片介绍6 3.2 硬件设计7 4 4 软件设计软件设计 4.1 程序组成8 4.2 总体程序框图8 4.3 主程序与子程序流程图9 4.4 中断服务程序框图10 4.5 循环流程控制思路11 4.6 元器件清单12 4.7 程序清单12 5 Proteus5 Proteus 软件仿真软件仿真 5.1 系统仿真电路图 23 5.2 仿真结果分析 23 6 6 课程设计体会课程设计体会 24 参考文献参考文献 24 3 1 1 概述概述 1.11.1 课程设计项目名称课程设计项目名称 十字路口交通灯控制 2 1.21.2 课程设计的目的课程设计的目的 运用单片机原理及其应用等课程知识 ,根据题目要求进行软硬件系统的设计 和调试,从而加深对本课程知识的理解, 把学过的知识系统化， 比较系统的学习开 发单片机应用系统的基本步骤和基本方法，使学生应用知识能力、设计能力、调 试能力以及报告撰写能力等有一定的提高。 1.31.3 课程设计的任务和要求课程设计的任务和要求 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。要求能用按键 设置两个方向的通行时间 （绿灯点亮的时间） 和暂缓通行时间 （黄灯点亮的时间） 。 4 2 2 系统设计方案系统设计方案 2.12.1 设计方案设计方案 十字交叉路口的交通灯控制系统的结构如图 1 所示。 北北 西西 东东 南南 图图 1 1 十字路口交通灯控制示意图十字路口交通灯控制示意图 往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个 数码管来显示被点亮的指示灯还将点亮多久。 往东和往西方向的信号一致， 其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码 管来倒计时。当南北方向为绿灯和黄灯时，东西向的红灯点亮禁止通行；而东西 方向为绿灯和黄灯时，南北向的红灯点亮禁止通行。 假设南北方向、东西方向通行时间均为 30 秒，黄灯点亮的时间均为 5 秒， 则其工作方式如表 1 所示循环点亮信号灯。 表表 1 1 交通信号灯工作模式交通信号灯工作模式 南北向 东西向 绿灯亮 30 秒黄灯亮 5 秒红灯亮 35 秒 绿灯亮 30 秒黄灯亮 5 秒红灯亮 35 秒 具体设计要求如下： 1、设计一交通灯控制系统，其结构如图 1 所示，工作方式满足上述要求。 2、主干道和次干道的通行时间及黄灯点亮的时间可以手动设置。 3、在没有手动设置通行时间时，系统自动按表 1 的模式进行工作。 5 2.22.2 系统结构图系统结构图 3 3 硬件说明与设计硬件说明与设计 3.1.1 AT89C513.1.1 AT89C51介绍说明介绍说明 AT89C51是美国 Intel 公司生产的低电压，高性能CHMOS8 位单片机，片内含4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和蔼可亲 128 bytes 的随机存取数据存储器 （RAM） ，器件采用 Intel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用 4 位中央处 理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场 合。 3.1.23.1.2 芯片介绍芯片介绍 AT89C51是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器 （EROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory） 低电压、 高性能 CMOS 8 位微处理器， 称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以 反复擦除 1000 次。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，TMEL 的 AT89C51是一种高效 微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制 系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命1000 写/擦循环 数据保留时间10 年 全静态工作0Hz-24MHz 6 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 3.23.2 硬件设计硬件设计 1) 单片机选型：AT89C51 2) 复位电路：上电+按钮 3) 晶振电路 4) 键盘：独立键盘+中断 5) 数码管显示：LED 6) LED 指示灯显示 图示: 7 硬件原理框图： 4 4 软件设计软件设计 4.14.1 程序组成：程序组成： 1) 初始化（系统初始化，中断初始化） 2) 定时（交通灯状态转换） 3) 显示（指示灯、剩余时间） 4) 参数调整 5) 紧急状态 4.24.2 总体程序流程框图总体程序流程框图 状态 1 东西绿灯亮，南北红灯亮 南北黄灯闪烁 5s 延时 35s 状态 4 东西红灯亮，南北黄灯闪 状态 2 东西黄灯闪，南北红灯亮 延时 35s 亮 东西黄灯闪烁 5s 状态 3 东西红灯亮，南北绿灯亮 8 主程序与子程序流程图主程序与子程序流程图 9 4.34.3 4.44.4 中断服务程序框图中断服务程序框图 1) 定时中断入口定时中断入口 2) 中断 0 入口 10 3) 4.54.5 循环流程控制思路：循环流程控制思路： 11 4.64.6 元器件清单：元器件清单： 实验器件 7SEG-MPX2-CC数码管 BUTTON开关 74AS241 74LS244 74LS04 CAP电容 CRYSTAL晶振 GRNELECT LED-GREEN LED-YELLOW LED-RED RES 电阻 RESPACK-8排阻 AT89C51 数目 3 5 1 6 6 2 1 1 16 4 12 2 1 1 4.74.7 程序清单程序清单 ： SECOND1 EQU 29H ;东西路口计时寄存器 SECOND2 EQU 30H ;南北路口计时寄存器 TEN EQU 31H ONE EQU 32H TEN1 EQU 33H ONE1 EQU 34H TEN2 EQU 35H ONE2 EQU 36H NUM EQU 38H ;东西数码管十位上的数 ;东西数码管个位上的数 ;南北数码管十位上的数 ;南北数码管个位上的数 ;时间调整十位上的数 ;时间调整个位上的数 ;黄灯 12 NUM1 EQU 39H NUM2 EQU 40H STA EQU 41H STA1 EQU 42H STA2 EQU 43H ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INTER1 ORG 001BH LJMP START0 ORG 0100H ;绿灯 ;红灯 ;标志位 ;外部中断 0 ;定时器中断 0 START: MOV SP,#60H MOV P0,#00H ;设置指针 MOV P1,#00H ;初始化 MOV P2,#00H MOV 44H,#20;控制定时器 0 产生 1 秒时间 MOV NUM,#3 ;黄灯初始值 MOV NUM1,#10;绿灯初始值 MOV NUM2,#13;红灯初始值 MOV DPTR,#LS0 ;数码转化表首地址给 DPTR MOV TMOD,#10H ;置 T1 为工作方式 1 13 MOV TH1,#3CH ;置 T1 定时初值 50ms MOV TL1,#0B0H MOV TCON,#01000101B;中断方式的确定 MOV IE,#10001101B ORG 1000H MAIN: CLR STA CLR STA1 CLR STA2 STATE1: ;状态 1 MOV P1,#92H ;东西绿灯亮，南北红灯亮 MOV P2,#40H MOV SECOND1,NUM1 ;东西路口计时显示初值 10s MOV SECOND2,NUM2 ;南北路口计时显示初值 13s LCALL DISPLAY;调用显示程序 ;开中断 STATE2: ;状态 2 MOV P1,#84H ;东西黄灯亮，南北红灯亮 MOV SECOND1,NUM ;东西路口计时显示初值 3s MOV SECOND2,NUM ;南北路口计时显示初值 3s LCALL DISPLAY STATE3: ;状态 3 MOV P1,#29H ;东西红灯亮，南北绿灯亮 14 MOV P2,#80H MOV SECOND1,NUM2 ;东西路口计时显示初值 13s MOV SECOND2,NUM1 ;南北路口计时显示初值 10s LCALL DISPLAY STATE4: ;状态 4 MOV P1,#48H ;东西红灯亮，南北黄灯亮 MOV SECOND1,NUM ;东西路口计时显示初值 3s MOV SECOND2,NUM ;南北路口计时显示初值 3s LCALL DISPLAY LJMP MAIN ;大循环 DISPLAY: ;数码显示 JNB STA,NEXT1 LCALL START1 NEXT1: JNB STA1,NEXT2 LCALL STOP NEXT2: JB STA2,MAIN CALL TIM CALL SH ;调用 16 进制转 10 进制程序 ;调用数码管显示程序 MOV A,SECOND2 JZ LOP0;用来确定状态转换,只要一个显示管的值为 0，就转化状态 MOV A,SECOND1 JZ LOP0 15 LJMP DISPLAY LOP0: RET TIM: MOV A,SECOND1;将 16 进制转化为十进制 MOV B,#10 DIV AB MOV TEN,A MOV ONE,B MOV A,SECOND2 MOV B,#10 DIV AB MOV TEN1,A MOV ONE1,B RET SH: SETB P2.3 MOV A,TEN CALL SH1;数码管显示 CLR P2.3 SETB P2.2 MOV A,ONE CALL SH1 CLR P2.2 SETB P2.1 16 MOV A,TEN1 CALL SH1 CLR P2.1 SETB P2.0 MOV A,ONE1 CALL SH1 CLR P2.0 RET SH1: MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CALL DELAY RET LS0: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,40H DELAY: MOV R3,#30 D2: MOV R4,#250 D1: DJNZ R4,D1 DJNZ R3,D2 RET START0: PUSH ACC PUSH PSW SETB RS0 ;换到工作组 1 17 ;通过查表，确定显示的数 ;延迟 ;定时器 1 中断 DJNZ 44H,LOOP1 MOV 44H,#20 DEC SECOND1 DEC SECOND2 LOOP1: MOV TH1,#3CH ;重新赋予初值 MOV TL1,#0B0H CLR RS0 POP PSW POP ACC RETI START1:;时间调整 ;换回到工作组 0 MOV SECOND1,NUM1 CALL TIM1 START3: MOV P0,#00H MOV P2,#00H JNB P3.5,LOOP2 JNB P3.6,LOOP2 SJMP LOOP3 LOOP2:CALL LOP;加 1 入口 ;p3.5 按下，进入+1 模式 ;p3.6 按下，进入+1 模式 LOOP3: CALL SHOW2 ;数码显示程序 JB P3.7,START3 CALL DELAY 18 JB P3.7,START3 CLR STA RET LOP: CALL DELAY JNB P3.5,LOP1 ;绿灯加 1 入口 JNB P3.6,LOP2 ;黄灯加 1 入口 LOOP4: RET LOP1: CALL DELAY ;绿灯加一程序 JB P3.5,LOOP4 LOOP5: JNB P3.5,LOP3 ;判断按键按下没 INC NUM1 INC NUM2 MOV SECOND1,NUM1 CALL TIM1 ;将 16 进制转为 10 进制 RET LOP3: CALL SHOW2 SJMP LOOP5 LOP2: CALL DELAY ;黄灯加一程序 JB P3.6,LOOP4 LOOP6: JNB P3.6,LOP4 ;判断按键按下没 INC NUM INC NUM2 19 MOV SECOND1,NUM CALL TIM1 ;将 16 进制转为 10 进制 RET LOP4: CALL SHOW2 SJMP LOOP6 TIM1: MOV A,SECOND1 MOV B,#10 ;将 16 进制转化为十进制 DIV AB MOV TEN2,A MOV ONE2,B RET SHOW2:SETB P2.5 ;被调整时间显示程序 MOV A,TEN2 CALL SH1 CLR P2.5 SETB P2.4 MOV A,ONE2 CALL SH1 CLR P2.4 RET STOP:MOV P1,#88H MOV P2,#00H 20 MOV SECOND2,#0 MOV SECOND1,#0 CALL TIM CALL SH JB P3.7,STOP CALL DELAY JB P3.7,STOP CLR STA1 RET INTER1: PUSH ACC PUSH PSW SETB RS1 JB P3.3,LOOP7 CALL DELAY JB P3.3,LOOP7 SETB STA SETB STA2 LOOP7: JB P3.4,LOOP8 CALL DELAY JB P3.4,LOO