魏学良-交通灯控制系统课程设计报告

学学 号：号：6 . 单单片片机机课课程程 设设计计说说明明书书 设计题目：设计题目：交通灯控制系统课程设计报告交通灯控制系统课程设计报告 学生姓名：魏学良学生姓名：魏学良 专业班级：专业班级：13 表表 1 班班 学学 院：电气工程学院院：电气工程学院 指导教师：曹晓华指导教师：曹晓华 副教授副教授 2016 年年 6 月月 13 日日 成绩评定表 指导教师评语：指导教师评语： 答答 辩辩 成成 绩：绩： （占总成绩（占总成绩 60%） 说明书说明书 成成 绩：绩： （占总成绩（占总成绩 40%） 单片机课程设计指导书单片机课程设计指导书 先修课程：先修课程：模拟电路、数字电路、微机原理与接口技术等 指导教师：指导教师：曹晓华 一、课程设计的目的一、课程设计的目的 课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本 课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从 理论过渡到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以 达到下述教学目的。 1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在单片机原理及相关课程方 面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决 实际问题的能力。 2、通过课程设计，使学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工 作作风，达到提高学生基本素质的目的。 3、通过课程设计，让学生独立完成利用单片机实现某一实际控制系统的基本设 计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料的能力的 目的。 4、通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到 培养学生设计电路、实现软件编程和编写设计说明书能力的目的，为学生今 后从事相关方面的实际工作打下良好基础。 二、课程设计的要求二、课程设计的要求 1、根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进 行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。 2、要求学生掌握单片机的设计内容、方法和步骤。 3、要求会查阅有关参考资料和手册等。 4、要求学会选择有关元件和参数。 5、要求学会绘制有关电路图和设计流程图。 6、要求学会编写设计说明书。 三、课程设计的选题原则三、课程设计的选题原则 本课程设计的选题要坚持难易适度、繁简适量的原则，避免选题过于简易 或过于繁难，以防学生无事可做或无力完成。 四、课程设计的程序和内容四、课程设计的程序和内容 1、布置题目 每人一题，题目自拟，要求满足单片机控制目的，硬软件均要求设计，有一 个明确电路原理图，做出实物更好。 2、熟悉题目，收集资料 设计开始，每个学生应按教师下达的具体要求，充分了解技术要求，明确设 计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。 3、总体设计 正确选择控制系统方案，认真画出系统控制图。 4、主电路设计 按选定的系统方案、确定系统主要控制方案，画出控制框图，完成电路图的 绘制。 5、软件设计 按规定的技术要求，确定系统流程图，编写程序。 6、绘制正规系统原理图，整理编写课程设计说明书。 五、课程设计说明书的内容及书写规范五、课程设计说明书的内容及书写规范 1、选题背景（或绪论） 2、系统方案或总体结构 3、硬件设计 4、软件设计（包含流程图和完整程序） 5、系统测试 6、总结 书写规范：书写规范：A4 纸打印，字体小四号，1.5 倍行距，宋体，章节三号加粗。 图表清晰。从前往后编号，如图 1.图 2 等，流程图书写符合规范，不少于 20 页。按要求装订成册。参考文献并标注在文中。 六、课程题目及设计内容六、课程题目及设计内容 题目任选，但必须满足单片机实现控制系统的要求。单片机型号可任选， 控制芯片尽量选常用芯片，要求任务量饱满，包含选题理由、硬件设计、软件 编程和总结等内容。如密码锁控制系统设计，抢答器设计、汽车转弯灯设计、 交通灯设计、温度控制系统设计等。 七、课程设计进度计划七、课程设计进度计划 本课程设计计划上课期间已经布置，接下来具体时间安排如下： 时间参加人内容 周一12 表 13根据上课期间布置的相关内容设计，讲 解有关设计时注意问题及设计要求。 周二12 表 13总体设计 周三12 表 13硬件、软件设计 周四12 表 13测试 周五12 表 13编写课程设计说明书 周六、日12 表 13按班级顺序，检查说明书,自述设计并答 辩。 八、课程设计的答辩和成绩评定八、课程设计的答辩和成绩评定 课程成绩由两部分组成：课程成绩由两部分组成： 1、课程设计说明书(40 分) 优：按设计任务书要求独立完成全部内容并准确无误，有较强的文章组织能 力和文字表达能力。电路图准确无误，布局合理，符合制图标准，并能正确读 图。 良：整体设计满足要求，硬件电路满足控制系统要求，软件编程符合功能要 求，设计较合理，原理论述清楚，文章组织能力和文字表达能力较好。 中：整体设计无误，但有的地方设计不太满足要求。原理论述较清楚。图无 原则性错误，布局尚可，读图正确。 及格：设计基本合理，硬件选择有误，软件编程不太符合规则。说明书中有 论述错误的地方。 不及格：整体设计不符合设计要求，原理论述不清。说明书不符合规范。 2答辩（60 分） 优：能正确合理的分析控制系统，阐述控制系统非常准确，有创新。准确回 答问题。 良：控制系统阐述合理，语言表达基本正确，能运用所学知识理论联系实际。 回答问题较好。 中：控制系统论述较正确，语言表达较准确，但有部分地方阐述模糊，回答 部分问题。 及格：论述较合理，回答问题不准确。 不及格：全部设计内容不详。 九、参考资料九、参考资料 1、郭天祥主编，51 单片机 C 语言教程，电子工业出版社。2013.1 2、丁元杰主编.单片微型计算机.机械工业出版社.2013 3、李广第主编.单片机基础.北京航天工业出版社.2012 摘要 摘 要 本设计是在熟练掌握单片机及其仿真系统使用方法基础上，综合应用单片机原 理、微机原理、电子技术等课程方面的知识，设计一个采用 AT89SC51 单片机控制的 交通灯控制电路。该设计给出了一种简单低成本交通灯控制系统的硬件和软件设计 方案、及其各个路口交通灯的状态循环显示，并通过程序流程图详细进行讲解与分 析。 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？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式 很多。本系统采用 MSC-51 系列单片机 ATS89SC51 设计交通灯控制器，红绿灯循环点 亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示，红绿灯信号通过 P2 口输出，显示时间直接通过 单片机 P0 口和选择端送至双位数码管，通过扫描程序实现东西和南北方向数据的显 示，同时能用控制按键设置红、绿灯点亮时间，当遇到特殊情况时，可设置仅南北 方向通行或东西方向上通行，或者两个方向上都为红灯，在此情况下，报警器会发 出报警，提醒过往行人。本系统实用性强、操作简单。本设计是模仿交通灯控制系 统设计一个交通灯控制电路。 系统硬件的设计部分采用 AT89C51 单片机为核心器件，加以复位电路，时序电 路构成最小系统，并通过驱动电路、数码管及晶体管构成显示部分。通过中断扩展 实现交通灯系统特殊情况的转换。 系统软件的设计部分分为一个主程序和两个中断子程序，一个用于有紧急车辆 通过时，系统要能禁止普通车辆通行，实行中断可使 A（东西道）、B（南北道）两 道均亮红灯；另一个用于一道有车而另一道无车时，通过控制交通灯系统能立即让 有车道放行，假如 A 道有车 B 道无车，按一下 K0 可以控制交通灯系统能立即让东西 道放行，再按恢复；假如南北道有车东西道无车，按一下 K1 可以控制交通灯系统能 立即南北道放行，再按恢复 关键词：AT89SC51 单片机，P 端口，交通灯 摘要 Abstract With the rapid development of Internet in the international, more and more web-based applications were increasingly subject to peoples attention in recent years, and the modern distance education has been tremendous development. The web-based examination system is emerged in such a situation. Although the traditional form of examination is also very common, with the expansion and universality of distance learning, the online examination system come into being as a subsystem of distance learning system. Automatic Test Paper is a crucial part in the examination system. With the rapid development of artificial intelligence, this issue has been a growing number of scientists concerned. Automatic Test Paper is the real follow a strategy of topics, and select a group of questions from the questions, makes them all the properties are within a certain range by volume to meet the expectations index. The core of the problem is multi- target strategy of choice. The design of database is also a very important part in the examination system, and the design of database is good or bad will directly affect the effectiveness of automatic Test Paper. This paper designs and implements an on-line examination system, and its functions include on-line examinations, test management and maintenance, automatic Test Paper, Grade examination papers and grade point, seeing results and information management features such as students etc. It focuses on the automatic Test Paper algorithm and the database design project, and gives the Test Paper algorithm and the database design project of on-line examination system integrating the characteristics of on-line examination system. Test Paper algorithm is the focus of the research, and in a large number of domestic and international literature on the basis of, this paper use a genetic algorithm as a intelligence and optimization Test Paper to solve the problem of Test Paper. Algorithm is carried on the detailed design and analysis in the text, and coding structure, cross- operator and mutation operator are carried on a distinctive design, and make the genetic algorithm to meet Test Paper as the requirements of this particular issue. Keywords AT89C51 P port traffic light Abstract II 目录 II 目目 录录 摘 要.I 第一章 绪论.1 1.1 设计背景.1 1.2 设计要求.1 1.3 设计思路.1 第二章 系统硬件设计.2 2.1 设计总框图 .2 2.2 各模块功能.2 2.3 设计总电路图.8 第三章 系统软件设计.9 3.13.1 程序流程图程序流程图.9 9 3.23.2 K KEILEIL 软件介绍软件介绍 .1010 第四章 系统仿真与调试.15 4.1 电路仿真 .15 4.2 系统调试 .17 总结.18 参考文献.19 致 谢.20 附 录.21 绪论 第一章 绪论 1.1 设计背景 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。 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？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。 1.2 设计要求 本系统采用 8051 系列单片机 AT89C52 为中心器件来设计交通灯控制器，实现 了通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间显示的功能；P0 口连接交通灯循环 点亮，本系统操作简单、扩展功能强。 1.3 设计思路 东西、南北两干道交于一个十字路口，各个路口有一个交通灯，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。设东西道比 南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表 1。 表 1 指示灯燃亮的方案 表 1 说明： （1）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 10 秒。 （2）黄灯闪烁 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 10 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。 10S5S10S5S 东西 道 绿灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮 南北 道 红灯亮红灯亮绿灯亮黄灯亮 华北理工大学电气工程学院 2 第二章 系统硬件设计 2.1 设计总框图 设计总框图见图2.1： 图 2.1 设计总框图 2.2 各模块功能 2.2.1 AT89C51单片机的信号引脚说明及其功能 （2）AT89C52的信号引脚和内部框图 AT89C52的引脚排列请参见图2.3。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 U1 80C51 图 2.3 AT89C52引脚。 AT89C52 系 统 处 理 时间显示 交通灯 复位按钮 系统硬件设计 3 AT89C51的内部结构框图如下： 信号引脚介绍 P0.0 P0.7： P0口8位双向口线。 P1.0 P1.7 ：P1口8位双向口线。 P2.0 P2.7 ：P2口8位双向口线。 P3.0 P3.7 ：P3口8位双向口线。 ：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限EAEA 定在外部程序存储器；而当信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程EA 序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 RST：复位信号。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效， 用以完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1和XTAL2 ：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线 端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 P3口的第二功能 P3口的8条口线都定义有第二功能，详见表2.2。 华北理工大学电气工程学院 4 引脚第二功能信号名称 P3.0RXD串行数据接收 P3.1TXD串行数据发送 P3.20INT外部中断 0 申请 P3.30INT外部中断 1 申请 P3.4T0定时器/计数器 0 的外部输入 P3.5T1定时器/计数器 1 的外部输入 P3.6WR外部 RAM 写选通 P3.7RD外部 RAM 读选通 表 2.2 P3 口的第二功能 （2）分别介绍下P0、P1、P2、P3口 P0口 P0口的口线逻辑电路如图2.4所示。 vcc / P0.X D CP Q Q MUX T1 T2 1 P0.X sbit wela=P27; sbit Normal_Button = P34;/交通正常按键 sbit D_red=P10; /东西方向红绿灯用 P1 前三个灯 sbit D_green=P11; sbit D_yellow=P12; sbit N_red=P15; /南北方向红绿灯用 P1 后三个灯 sbit N_green=P16; sbit N_yellow=P17; uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77; uchar num=0,num0,cou; void delay(uint a) uchar i,j; for(i=a;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void display(uchar bai,uchar shi,uchar ge) shi=num%100/10; 华北理工大学电气工程学院 24 ge=num%10; dula=1; P0=tablebai; dula=0; P0=0 xff; wela=1; P0=0 xfe