基于51单片机做简易的交通灯

目 录 摘要 1 一、 设计目的 2 二、 设计任务和要求 2 三、 设计原理分析 2 四、 硬件模块及功能 3 1、个模块功能 3 2、材料清 单4 3、硬件图 5 五、 软件模块及功能 6 1、个模块功能原理 6 2、程序清 单6 3、程序流程图 9 六、 调试运行 10 1、程序编译链接10 2、观察模拟仿真11 七、 心得体会 12 参考文献 12 致谢 13 摘 要： 单片微型计算机(单片机)自问世以来,因其小巧灵活、成本低、控制能力强、 易于产品化等优势,在社会各领域中得到广泛的应用。根据 89C52 单片机的特 点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及 时间倒计时显示的方法，将整个系统缩小在一块小小的单片机上，大大提高了 产品的经济性和轻便性。设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤。硬 件电路其结构比较简单，主要包括核心器件单片机、12 只二极管组成的模拟 交通灯、复位电路、振荡电路、显示数码管模块。单片机开发中除必要的硬件 外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为 CPU 可以执行的机器码 有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编 的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS-51 单片 机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇 编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软 件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷 纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开 发环境（uVision）将这些部份组合在一起。本文就用 Keil 编程，相比硬件设 计程序设计较为复杂，必需同时考虑灯控制、时间显示、紧急开关等问题，并 且具有一定的 C 语言基础和一定的思维能力及逻辑能力。本文对十字路口状态 预设为两种，一种是正常状态，即倒计时 60 秒，交通灯循环亮，另一种是故 障或紧急状态，即无论交通灯处于何种状态只要按下紧急开关，就立即打开相 应的绿灯，另一方向则亮红灯，当再按起开关则反向，并从 60 秒倒计时，恢 复正常状态，分别用黄、红、绿色灯的不同组合来表示。本系统采用单片机 AT89C52 为核心器件来设计交通灯控制器，模拟现实中的交通灯控制方法，具 有较强的实用性。 关键词：89C51 单片机；交通灯；自动控制；时间显示器； 一、设计目的 1 1、通过单片机课程设计，熟练掌握 C 语言的编程方法，将理论联系到实践中 去，提高我们的动脑和动手的能力。 2 2、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器、中断的使用方法，和 简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。 二、设计任务和要求 任务：任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯及显示时间 60 秒倒计时的模拟系 统 要求：要求：利用单片机的定时器定时和中断功能，令十字路口的红绿灯交替点亮和 熄灭，并用共阳极数码管显示倒计时间。 三、设计原理分析 红 黄 绿 绿 黄 红 绿 黄 红 红 黄 绿 1 1、根据实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如上图所以，为东 南西北走向。初始状态 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。 列出交通信号灯的状态表如下列出交通信号灯的状态表如下：（其中，1 代表灯亮，0 代表灯灭） 北北西西南南东东状态状态 绿 黄 红绿 黄 红绿 黄 红绿 黄 红 1 1001100001100 2 2001010001010 3 3100001100001 4 4010001010001 2 2、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组 的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内 部的 I/O 口上的 P1 口中的 6 个引脚即可来控制 12 个信号灯。 3 3、通过编写程序，实现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。 4 4、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计 时间的显示功能，实现其功能的扩展。 四、硬件模块及功能 主要用到的硬件：主要用到的硬件：P1 口、P3 口、P2 口、LED 数码管、发光二级管、定时器 T0、 外部中断 0 和外部中断 1、复位开关 1、个模块功能： 发光二极管电路：根据发光二极管的特性，将二极管的正极与电源相接 （+5V） ，其中与一个 500 欧姆的电阻串联。而发光二极管的负极与单片机的 P1 的八个端口相接，这样只要 P1 口的某个端口出现低电平，即二极管导通发 光。 复位电路：本电路采用的是按键电平复位，按复位键后复位端通过电阻与 VCC 电源接通，此时复位端由低电平变为了高电平，从而达到复位的效果。复 位电路关系到一个系统能否可靠地工作，一般由电阻、电容和门电路组成。 晶振电路：80C51 系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡 器，但要形成时钟，外部需附加电路，引脚 XTAL1 是为反相放大器和时钟发生 电路的输入端，XATL2 为反相放大器的输入端。本电路是由一个 12M 晶振和两 个 22pF 的无极性电容组成。 数码管驱动显示电路：由于数码管是四位一体的，所以必须采用动态扫描 方式，其基本原理是利用人眼的“视觉暂留”效应。接口电路把所有显示器的 8 个笔端 ab 分别并联在一起，本电路时接单片机的 P2 口。每一个显示器的 公共端 COM 各自独立地受 I/O 线控制，本电路采用的是单片机 P0.0、P0.1、P0.2、P0.3。CPU 向字段输出口送出字型码时，所有的显示器都 能接收到，再利用循环扫描的方式分时选通个显示器的公共极，是各个显示器 轮流导通。当扫描的速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了，认为各个显 示器同时发光了。 紧急开关电路：紧急开关电路很简单，只需要两个开关。为了便于中断想 象的产生，开关一端接于 P3.2P3.3 口，因为其具有中断的功能，另一端接地 就行。当按键按下时相应的端口就会接受到低电平从而程序产生中断。 2、材料清单： STC89C52+40 脚底座1 个 12MHz 晶振1 个 四位共阳极数码管+14 脚底座1 个 PNP(9012) 4 个 8X8 按键1 个 LED 发光二极管12 个 无极性电容 22pF2 个 极性电容 10uF1 个 4.7K 电阻4 个 500 欧电阻6 个 10K 电阻3 个 自锁按键2 个 3、硬件图 五、软件模块及功能 1、各模块功能及原理 数码管显示：程序进入主程序后在显示程序中一直循环，通过定时器中断改 变 aa、bb 的值，使得数码管显示不同的数字。显示程序利用动态扫描原理： 首先将共阳极编码送入 P2 口，同时打开 P0 口的第一个数码管关闭其他数码 管，然后将下一个编码送入 P2 口，同时打开 P0 口的第二个数码管关闭其他 数码管，以此类推。让人的视觉产生误差，这样就看到了四位数码管同时显示 并且不断变化。 定时器中断：本程序采用定时/计数器 0，定时时间为 50ms，让它 50ms 产 生一次中断，进入中断后把（6000-5000）/256 赋给高八位，把（6000-5000）% 256 赋给底八位，然后 shu 加 1，判断 shu 的情况：如果 shu 等于 1140 即从开 始到 57s 就将 0XF5 赋给 P1 口（南北点亮黄灯，东西依然红灯） 。如果 shu 等 于 1200 即过了 60s，将 0 xDE 赋给 P1 口（南北亮红灯东西绿灯） 。如果 shu 等 于 2340 即过了 60+57s，就将 0 xEE 赋给 P1 口（东西亮黄灯，南北红灯） 。如 果 shu 等于 2400 即过了两分钟，就将 0 xF3 赋给 P1 口（点亮南北绿灯，东西 红灯） ，同时将 shu、xianshi 重新赋值并且进入下一阶段定时中断。 外部中断：本程序采用外部中断 0 和外部中断 1，即 P3.2 和 P3.3 口，由于 定时器中断 0 比外部中断 2 优先级高，所以初始化程序中将 PX1=1 设定外部中 断 1 为高优先级，这样就可以达到紧急开关的作用，当按下紧急开关 1 时，即 P3.2 口由高电平变为低电平，程序立即进入中断程序，将东西方向变为绿灯， 南北方向红灯，同时在中断程序中判断 P3.2 口是否有低电平信号，如果有 （将开关按起）即将东西方向点亮绿灯 南北方向红灯并且重新给 shu、xianshi、aa、bb 赋值，使得数码管从 60 秒重新倒计时。紧急开关 2 与 其相似。 2、程序清单： #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P32=P32; sbit P33=P33; uint shu; uchar xianshi,xianshi2; uchar aa,bb; /带小数点的共阳极数码管的段编码 0-9 uchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99, 0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90; void init()/初始化函数 shu=0; xianshi=60; aa=6; bb=0; P0=0 xff; P1=0; TMOD=0 x01; /用定时器 0 方式 1 EA=1; /打开中断 ET0=1;/打开定时器 0 中断 TL0=15536/256; TH0=15536%256; EX0=1;/外部中断 0 EX1=1;/外部中断 1 IT0=0;/外部中断 0 电平触发 IT1=0;/外部中断 1 电平触发 PX1=1;/设定外部中断 1 为高优先级 void Delay(unsigned int i)/延时程序 unsigned int j; for(;i0;i-) for(j=0;j125;j+) ; void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d) P2=tablea; /北十位 P0=0 xfe; Delay(2); P2=tableb; /北个位 P0=0 xfd; Delay(2); P2=tablec; /西十位 P0=0 xfb; Delay(2); P2=tabled; /西个位 P0=0 xf7; Delay(2); void main() init(); TR0=1;/启动定时器 0 P1=0 xff; P1=0 xf3;/点亮南北绿灯，东西红灯 while(1) display(aa,bb,aa,bb); void timer0() interrupt 1 using 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; shu+; if(shu%20=0) xianshi-; xianshi2-; aa=xianshi/10; bb=xianshi%10; if(shu=1140) P1=0 xf5;/南北黄亮，东西依然红灯 if(shu=1200) P1=0 xDE;/南北亮红灯，东西绿灯 xianshi=60; if(shu=2340) P1=0 xee;/东西亮黄灯，南北红灯 if(shu=2400)/再过 3s 返回 shu=0; xianshi=60; P1=0 xf3;/点亮南北绿灯，东西红灯 void inter0() interrupt 0 using 2 /南北方向绿灯 P0=0 xff; P1=0 xf3;/南北绿 东西红 while(P32=0); P1=0 xDE; xianshi=60; shu=1200; aa=6; bb=0; void inter1() interrupt 2 using 3 /东西方向绿灯 P0=0 xff; P1=0 xDE;/ 东西绿 南北红 while(P33=0); P1=0 xf3; xianshi=60; shu=0; aa=6; bb=0; 3、程序流程图 六、调试运行 1、程序编译链接 程序完成后，确保无误，然后进行编译链接。 编译链接无错并将程序生成.hex 文件图： 2、观察模拟仿真 利用模拟仿真观察现象，将外围设备中 P0、P1、P2、P3 口打开。程序正常运 行： 利用模拟仿真，模拟紧急开关作用，即在程序运行，将 P3.2 和 P3.3 口变为低 电平，观察其现象。 七、心得体会 在一个多月的单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将 理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神， 从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际， 并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的， 别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我 在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设