基于单片机的交通信号灯设计

1、课 程 设 计 目 的本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机 知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要 任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“单片机原理与应用” 课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设 计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对单片机软硬知识的理 解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。课 程 设 计 要 求交通信号灯模拟控制系统设计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，并且用 LED数码管显示时间(其中黄灯亮 时数码管关闭。用8051做输出口，控制六个发光二极

2、管燃灭，模拟交通 灯管理。课 程 设 计 注 意 事 项(1) 了解实际交通信号灯的变化情况和规律性；(2)根据实际情况思考程序，编程中注意不可出现时间延迟失误；(3)编程过程中，思路要清晰；(4)运行时注意交通灯的管理。课 程 设 计 内 容因为本课程设计是交通灯的控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北绿灯。此时可以设置红绿灯时间，按下 ok开始键之后，过一 段时间转状态1东西和南北的黄灯亮，并关闭数码管显示(设有延时程 序)之后再转状态2,东西绿灯通车，南北红灯。过一段时何转状态 3, 东西和南北黄灯亮，最后循环至状态 0

3、.课 程 设 计 简 要 操 作 步 骤1.给单片机（交通灯系统）上电（或者已上电按复位键）。2.以连续方式从0100H开始执行程序，初始态0为南北路口的 红灯亮东西路口的绿灯亮，并设置了初始时间 24秒，数码管显示24 秒。3 .此时可以设置红绿灯时间（ADD键加，DEC键减每次各一，注 意本设置红灯与绿灯为同一初始时间）。4 .按下ok开始键系统关闭设置红绿灯时间功能进入倒计时，系统进入运行，经过一段时间，转为状态1东西和南北路口黄灯亮经过 5 秒延时并关闭数码管显示，进入状态 2南北路口绿灯亮东西路口红灯 亮经过倒计时之后返回初始0状态实现循环。课 程 设 计 心 得 体 会通过两周单片

4、机课程设计，对于单片机有了更加深刻的理解，了 解了单片机的应用和编辑其程序，掌握了一些课程设计的设计要求和 设计方法，开发及设计工具的使用方法，最重要的是通过这一设计实 践的过程，我们不再约束在理论上，而且锻炼了动手能力和分析解决 问题的能力，积累了经验，培养了按部就班，一丝不苟的态度和对所 学知识的综合应用能力，而且通过同学间的分组合作课题，锻炼了我 们的团队合作能力。这次的单片机课程设计，让我受益匪浅，不只是老师和书本带来的 知识与收获，还可以通过我们的自我实践来完成目标设计，是对我们 很好的锻炼，既巩固知识，又提高r实践动手能力。课程设计评语及成绩评语成 绩指导教师（签名）年 月 日目录

5、目录 3摘要 31.51 单片机的功能与简介 41.1 单片机概述 41.2 MSC-51 芯片简介 42. 交通信号灯方案 63. 引脚分配及元件清单 64. 主程序及流程图 85. 原理图及分析 136、总结 137. 参考文献 13摘要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。交通信

6、号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51 系列单片机 AT89C51 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了红绿灯循环点亮，红绿灯交替时5 秒黄灯亮并关闭数码显示管（交通灯信号通过P1 口输出， 显示时间直接通过P0 口输出至双位数码管）；可通过按键重设通行时间（本系统设了两个按键，一个加键，另一个减键，所加时间通过编程设定）并通过双位数码管显示（本系统必须复位后才能加减设置时间，在按完ok 开始键之后不能再设置时间） 。关键词：单片机交通灯 重设通行时间1.51 单片机的功能与简介1.1 单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特

7、别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此， 单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3, 3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPltt能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。1.2 MSC-51 芯片简介 MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)数据存储器(RAM)、定时/计数器

8、、并行接口、 串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进 制数据或代码，CPUfe责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功 能等操作。 数据存储器(RAM)8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAW有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图1 程

9、序存储器(ROM)8051共有4096个8位掩膜ROM用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时/计数器(ROM)8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出(I/O) 口 ：8051共有4组8位I/O 口 (P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。 全双工用行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该用行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。,中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同 的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

10、时钟电路：8051内置最高频率达12MHz勺时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构， 另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。 图2MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是

11、它们 的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：复电上高初指部 清 号钟脚的。1全 信时引上位PC口人被O12345B7 TO1234 5& 721 s.I 11111111-R33333 3 3 3A A FPFFFPPP PPPPPFF FTTO12345B789O 12 3 4 5 &7S311111111112 LIULJU匚匚匚匚LILIUIJ匚匚匚匚匚匚匚匚nnnnnnnrmnnnnnnnnnnnO38T&54321O38TB54321 433m3n(1N3456T

12、G 543210 dbddddb 0 11111193 .faaaaaaafria aaaaa aa -/J/FP / O12345BTV/N7S54321O U *-1- C-UOOOOOOO-ALE22222222 VPFPFFFFP-EAPPPFFPPPPPin9:RESET/Vpd 复位 用脚，当8051通电， 路开始工作，在RESET 出现24个时钟周期以 电平，系统即初始复 始化后，程序计数器 向 0000H P0-P3 输出 为高电平，堆栈指针写 07H,其它专用寄存器 “0”。RESET?高电平 低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM(包括工彳

13、寄存器R0-R7O的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。止匕外，RESET/VpdS是一复用脚， Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM勺数据不丢失。图4 Pin30:ALE/丽当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问 内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是 否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM在编程其间，麻将用于输入编程脉冲。 Pin29: E当访问外部程序存

14、储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由CPU卖入并执行。 Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当 EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kB地址则读取外 部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无 程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。2.交通信号灯方案(1)、南北直行绿灯亮，东西直行红灯亮，延时。(2)、南北直行

15、绿灯闪烁几次转黄灯，南北左转(固定绿灯)亮，南北直行红灯亮，东西直行仍然 红灯亮，延时。(3)、南北左转灯闪几次转黄灯，东西直行绿灯亮，南北直行仍然红灯，延时。(4)、东西直行绿灯闪烁几次转黄灯，东西左转灯亮，东西直行红灯亮，南北直行仍然红灯，延时。 (5)、循环至1,继续。(这里左转时绿灯亮，不转时灭)(6)、倒计时部分。(南北、东西方向时间独立)3.引脚分配及元件清单引脚图灯引脚东四红灯P1.0东四黄灯P1.1东西绿灯P1.2尔西左转灯（绿）P1.3南北左转灯（绿）P1.4南北红灯P1.5南北黄灯P1.6南北绿灯P1.7元件清单表LED 绿灯8个LED 黄灯4个LED 红灯4个插针10共阴

16、数码管2个排阻2个程序4.主程序及流程图WW BIT 00H;1s 标志位MMEQU 40H;秒值计数器，用于累加秒值AA EQU 41H;中断次数，用于统计定时中断的次数BB EQU 5EH ;定义5eh， 5fh 为显示缓冲区XIAOYING EQU 10;消隐吗在字形表的第十位ORG 0000H; 程序从 0000h 开始JMP MAIN;ORG 000BH;定时器t0中断人口LJMP TIME0ORG 0003H;外部中断入口LJMP INT_0ORG 030H;主程序从这里开始MAIN: MOV SP,#70HMOVMOVMOVMOVMM,#0; 秒计数器MM,#30;BB,#3;立

17、即数送显示缓冲区十位BB+1,#0;立即数送个位缓冲区;/*L1:ACALL DISP; 调显示子程序ACALL TIME0_INIT;调定时器t0初始化子程序CLR WW; 清零秒标志位 南北车辆直行15S mov p1,#07ehACALL LOOP3MOV R7,MMCJNE R7,#21,L1; 绿灯共亮10S/调用显示程序L2:L3:mov p1,#0feh ACALL LOOP3JBC WW,L2 mov p1,#7eh;ACALL LOOP3JBC WW,L3MOV R7,MMCJNE R7,#15,L2 ;*L16:L5:到 21S 时跳转到绿灯闪烁灭 绿灯闪 3 次WW 秒标

18、志位不为1，继续循环; 南北直行绿灯共亮15S南北左拐10S */SETB P1.7mov p1,#0BEhACALL LOOP3JBC WW,L2ACALL LOOP3JBC WW,L16SETB P1.6 ;ACALL LOOP3JBC WW,L2L4:mov p1,#0cehACALL LOOP3MOV R7,MM CJNE R7,#6,L4 ; mov p1,#0deh;ACALL LOOP3JBC WW,L2; 灭南北绿灯;亮南北黄灯，同时亮南北直行红灯灭南北黄灯共亮3S;亮南北左拐灯南北左拐灯闪3 次mov p1,#0ceh ;ACALL LOOP3JBC WW,L3MOV R7,

19、MMCJNE R7,#2,L5;SETB P1.4灭左拐灯L6: CLRP1.6亮黄灯ACALL LOOP3JBC WW,L6L15 :ACALL LOOP3JBC WW,L15;/*= 东西方向直行15S =*/L7:mov p1,#0dbh ;/ 东西绿灯亮ACALL LOOP3MOV R7,MMCJNE R7,#21,L7;L8: mov p1,#0dfh;绿灯闪3 次ACALL LOOP3JBC WW,L8L9: mov p1,#0dbh;ACALL LOOP3JBC WW,L9MOV R7,MMCJNE R7,#15,L8 ;/*= 东西左拐10S = */SETB P1.2 ;灭东

20、西绿灯mov p1,#0DDh ;亮黄灯ACALL LOOP3JBC WW,L8ACALL LOOP3JBC WW,L8L17:SETB P1.1 ;灭黄灯ACALL LOOP3JBC WW,L8L10: mov p1,#0d6h;亮左转灯ACALL LOOP3MOV R7,MMCJNE R7,#6,L10 ;L11:mov p1,#0deh灭东西左拐灯ACALL LOOP3JBC WW,L11mov p1,#0d6h ;ACALL LOOP3JBC WW,L11MOV R7,MMCJNE R7,#2,L11;SETB P1.3L12:CLRP1.1;亮黄灯ACALL LOOP3JBC WW,

21、L12ACALL LOOP3L18:JBC WW,L18LJMP L1; 中断 0 服务程序INT_0:PUSH ACCPUSH PSWMOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV MM,#11L13: ACALL LOOP3mov p1,#0deh ;东西红灯亮;南北红灯亮MOV A,MMCJNE A,#1,L13MOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHPOP ACC ; 恢复现场POP PSWRETI/*= 显示子程序=*/LOOP3:NOPLOOP: JBC WW,NEXT;WW 为 1,说明 1s到ACALL DISP;不为1调用显示子程序AJMPLOOP;一秒未到继

22、续循环NEXT: lCALL CC ; 调用转换子程序RETCC: MOV A,MM; 获得秒值，并送到aMOV B,#10DIV ABJZ NEXT1;如果a中的值为0,高位消隐AJMP NEXT2; 否则直接送去显示NEXT1:MOV A,#XIAOYING; 消隐码送aNEXT2:MOV BB,A; 十位送显示BBMOV BB+1,B; 个位送 BB+1ACALL DISP ; 调用显示子程式RET; 显示子程序DISP: PUSH ACCPUSH PSWMOV A,BB; 去十位带显示位MOV DPTR,#TAB;MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P2.1ACALL D

23、ELAYSETB P2.1MOV A,BB+1MOV DPTR,#TAB;MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACLR P2.0ACALL DELAYSETB P2.0POP PSWPOP ACCRET; 10ms 延时子程序DELAY:MOV R5,#50LOOP2:MOV R4,#100LOOP1: DJNZ R4,LOOP1DJNZ R5,LOOP2RET; 定时初始化程序TIME0_INIT:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HCLR IT0;SETB EASETB EX0; 开外部中断0SETB PT0 ; 定时器中断优先SETB ET0S

24、ETB TR0;启动定时器 RET ;定时50ms中断程序TIME0:PUSH ACCPUSH PSWMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HINC AAMOV A,AACJNE A,#20,TIME_EXIT;20*50=1MOV AA,#0;SETB WW;DEC MM;MOV A,MM;CJNE A,#0,TIME_EXIT; 若秒值不到30，则跳转到TIME_EXITMOV MM,#30; 若秒数到30，则秒值计数复位为0TIME_EXIT:POP PSW POP ACC RETITAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFHEND5. 原理图及分析分析： 交通灯的计数的数码管用采用了动态扫描方式来计时，由于单片机的输出负载驱动数码管能力不足，所以用了74LS240 作为数码管的驱动芯片，使得数码管能正常工作。做为交通灯的LED其阳极通过一个1K的电阻限流接VC