单片机课程设计（论文）交通灯控制系统(正计时)

1、内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题 目：交通灯控制系统(正计时)学生姓名：学 号：专 业：测控技术与仪器班 级：测控07-2班指导教师： 摘要 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异。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，但是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。目前，单片机应用的非常广泛，几乎在所有的领域都能看到单片机的身影，导弹的导航装置，飞机上的各种仪表控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能

2、ic卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。如今十字路口车辆穿梭，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。该系统的核心就是单片机，单片机通过软件编程实现红绿灯的跳变，实现对道路上车辆和行人的规范，最终达到交通秩序的规范。本设计使用89c52单片机来设计出符合要求的交通灯控制系统。完成由单片机89c52、发光二极管、 led数字显示器、部分电阻组成的交通灯控制系统。系统除基本交通灯功能外，还具有显示时间的功能

3、。关键字：stc89c52单片机；交通灯；led数码管；正计时 目录摘要0第一章 绪论01.1引言01.2课题背景01.3研究的意义及内容0第二章系统总体设计方案22.1 总体设计方案22.2 交通灯设计思想2第三章系统的硬件设计43.1 stc89c52单片机简介43.2 内部资源53.2.1 串行口53.2.2 定时器/计时器53.2.3 中断系统63.3 交通灯各部分功能分析及各逻辑器件描述63.3.1单片机输入输出引脚63.3.2 时钟定时控制部件73.3.3 led数字显示电路83.3.4 复位电路93.3.5 红黄绿灯显示电路：103.3.6 a/d转换电路103.3.7 74hc

4、573简介12第四章 软件设计134.1 设计要求134.2主程序流程图134.3 显示子程序流程图144.4 定时子程序流程图15第五章 总结17参考文献18致谢19附录1：交通灯设计原理图20附录2 软件程序21第一章 绪论1.1 引言 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。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异更新。在实时检测

5、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。1.2 课题背景再今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的助手，但这一技术在19世纪就已出现了。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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优

6、先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.3 研究的意义及内容 随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可缺少的作用。 该课题研究的内容主要是单片机，单片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，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。随着单片机在各个领域的广泛应用，单片机

7、以其自身的特点，已广泛的应用于智能仪器、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。这种将单片机嵌入到对象体系中的嵌入式系统已渗透到每个单位、每个家庭和个人。随着社会需求的不断增长，单片机的应用有着广泛的和稳定增长的市场通常，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。由单片机和交通等模组即可构成交通灯，在单片机内运行适当的程序即构成了交通灯控制系统。 第二章 系统总体设计方案2.1 总体设计方案交通灯控制系统总体设计方案共有五个部分组成，分别是：单片机89c52、l

8、ed交通灯电路、数码管显示电路、晶振及复位控制电路。该设计的设计方框图如图2-1所示。 2-1交通灯总体设计图2.2 交通灯设计思想1 具体设计思想 利用89c52单片机控制交通灯系统工作。其中p0口接数据输出口，与外部数码管连接，p2口与数码管的com口连接，用于选择数据输出的地址，这样就可以实现时间的动态显示，并且节省了端口数。p1口作为红黄绿灯的控制口，通过上拉电阻将红黄绿灯的正极接高电平，负极接在p1口上，我们可以利用控制单片机的p1口的输出数据控制红黄绿灯的亮灭。同一方向的交通灯的状态是一致的，所以一个端口控制同方向的两盏灯，交通灯与p1口之间的关系如2-2图所示。 2-2交通灯与p

9、1口之间的关系2交通灯控制系统状态 通过软件编程控制p1口的高低电平来实现交通灯的亮灭，通过单片机内部的定时器来设定时间以确定各个路口红绿灯亮灭的时间，各个路口交通灯的状态如2-3图所示。南北干道东西干道时间绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行48秒黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行2秒红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行48秒红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车2秒 2-3各个路口交通灯的状态当遇到紧急情况时，东西红灯以及南北红灯均需要变为红灯，时间由具体决定。第三章 系统的硬件设计3.1 stc89c52单片机简介stc89c52 是低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写

10、的flash只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器（ram），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，与标准 mcs-51 指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，功能强大 stc89c52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。stc89c52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个i/o口p0、p1、p2、p3,每一条i/o线都能独立地作输出或输入。【1】stc89c52 pdip管脚封装，如图3-1所示。图3-1 stc89c52 pdip管脚封装stc89c52包含以下部分，其结构图如图3-2所示（1）一个8位微处理器cp

11、u（2）片内数据存储器ram和特殊功能寄存器sfr（3）片内程序存储器rom（4）两个定时/计数器t0、t1，可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计 数（5）四个8位可编程的并行i/o端口，每个端口既可作输入，也可作输出（6）一个串行端口，用于数据的串行通信（7）中断控制系统（8）内部时钟电路图3-2 stc89c52内部结构图功能特性概述：stc89c52 提供以下标准功能：8k字节 flash 闪速存储器，256字节内部 ram，32 个 i/o 口线，3 个 16 位定时/计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，stc89c52 可降至 0h

12、z的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2 内部资源3.2.1 串行口8051单片机内部有一个可编程的、全双工的串行接口。串行收发贮存在特殊功能寄存器sfr中的串行数据缓冲器sbuf中的数据，sbuf占用内部ram地址99h。但在机器内部，实际上有两个数据缓冲器：发送缓冲器和接收缓冲器，因此，可以同时保留收/发数据，进行收/发操作，但收/发操作都是对同一地址99h进行的。【2】3.2.2 定时器/计时

13、器8051内部有两个16位可编程计时器/计数器，记为t0和t1。16为是指他们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为216-1，可编程是指他们的工作方式由指令来设定，或者当计数器用，或者当定时器用。并且计数（定时）的范围可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器tmod来完成的。【3】如果需要，定时器在记到规定的定时值时可以向cpu发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能。在计数状态下同样可以申请中断。定时控制寄存器tcon用来负责定时器的启动、停止以及中断管理。在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分频作为定时器的时钟。计数工作时，时钟脉冲（计数脉冲）由t0和

14、t1（即p3.4，p3.5）输入。3.2.3 中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过int0和int1（即p3.2，p3.3）输入，输入方式可以是电平触发（低电平有效），也可以是边沿触发（下降沿有效）。两个定时器中断请求是当定时器溢出时向cpu提出的，即当定时器由状态全1转为全0时发出的。第五个中断请求是由串行口发出的，串行口每发送完一个数据或接收完一个数据，就可以提出一次中断请求。【4】8051单片机可以设置两个中断优先级，即高优先级和低优先级，由中断优先控制器ip来控制。3.3 交通灯各部分功能分析

15、及各逻辑器件描述3.3.1单片机输入输出引脚 (1) p0端口p0.0-p0.7 p0是一个8位漏极开路型双向i/o端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个ttl。对内部flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，p0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。(2) p1端口p1.0p1.7 p1是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息

16、。(3) p2端口p2.0p2.7 p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，p2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) p3端口p3.0p3.7 p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时可驱动4个ttl。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。【5】对内部flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外p3端口还用于一些专门功能，具体请

17、看下表。p3引脚兼用功能p3.0串行通讯输入（rxd）p3.1串行通讯输出（txd）p3.2外部中断0（ int0）p3.3外部中断1（int1）p3.4定时器0输入(t0)p3.5定时器1输入(t1)p3.6外部数据存储器写选通wrp3.7外部数据存储器写选通rd3.3.2 时钟定时控制部件由于at89c52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚xtal1和xtal2，在xtal1和xtal2上外接时钟源即可构成时钟电路，【6】该电路采用的是内部方式，如图3-3所示：图3-3在xtal1和xtal2的两端接石英晶体振荡器，与内部反向器构成稳定的自激

18、振荡器，发出的时钟脉冲直接进入片内定时定时控制部件。用以提供交通灯时钟信号。在该电路的设计过程中，c1、c2的选取对频率有微调作用，选取值是20pf。为了减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠的工作，在接线时将晶振和电容的管脚接在单片机最近的地方。3.3.3 led数字显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管led显示器、液晶lcd显示器、crt显示器等。【7】led显示器是现在最常用的显示器之一，如图3-4所示。图3-4 led显示器的符号图发光二极管（led）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单

19、独使用，也可以组装成分段式或点阵式led显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（led数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。led数码管有共阳、共阴之分。图3-5是共阳式、共阴式led数码管的原理图和符号。图3-5 共阳式、共阴式数码管的原理图和数码管的符号图共阴数码管码表0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0123450x7d0x070x7f0x6f0x770x7c6789ab0x390x5e0x790x710x00cdef无显示3.3.4 复位电路在振荡器运行时，有

20、两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后p0p3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器sfr全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为rom的00h处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚rst通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的s5p2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选用6mhz时，c取22f，rs约为200，rk约为1k。【8】

21、复位操作不会对内部ram有所影响。常用的复位电路如图3-6所示： 图3-6 复位电路3.3.5 红黄绿灯显示电路：红黄绿灯显示电路如图3-7所示。二极管的正极通过上拉电阻接+5v的电源vcc，负极分别接89c52单片机的外部接口p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5口，我们可以通过控制单片机p1口的数据输出来控制二极管的亮灭。例如为p1口送值为#0deh，则南北红灯亮禁止通行，东西绿灯亮允许通行。交通灯电路如下图所示。 图3-7 红黄绿灯显示电路3.3.6 a/d转换电路（1）a/dc0832特点8位分辨率； 双通道a/d转换； 输入输出电平与ttl/cmos相兼容； 5v

22、电源供电时输入电压在05v之间； 工作频率为250khz，转换时间为32s； 一般功耗仅为15mw； 8p、14pdip（双列直插）、picc 多种封装； 商用级芯片温宽为0c to +70c，工业级芯片温宽为40c to +85c；芯片接口说明： cs_ 片选使能，低电平芯片使能。 ch0 模拟输入通道0，或作为in+/-使用。 ch1 模拟输入通道1，或作为in+/-使用。 gnd 芯片参考0 电位（地）。 di 数据信号输入，选择通道控制。 do 数据信号输出，转换数据输出。 clk 芯片时钟输入。 vcc/ref 电源输入及参考电压输入（复用）。adc0832 为8位分辨率a/d转换芯

23、片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05v之间。芯片转换时间仅为32s，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过di 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。【9】 （2）adc0832控制原理正常情况下adc0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是cs、clk、do、di。但由于do端与di端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将do和di 并联在一根数据线上使用。【10】当adc0832

24、未工作时其cs输入端应为高电平，此时芯片禁用，clk 和do/di 的电平可任意。当要进行a/d转换时，须先将cs使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端clk 输入时钟脉冲，do/di端则使用di端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前di端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前di端应输入2 位数据用于选择通道功能，到第3 个脉冲的下沉之后di端的输入电平就失去输入作用，此后do/di端则开始利用数据输出do进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由do端输出转换数据最高位data7，随后每一个脉冲下

25、沉do端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出data0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次a/d转换的结束。最后将cs置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时adc0832的输入电压是05v且8位分辨率时的电压精度为19.53mv。如果作为由in+与in-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行in+与in-的输入时，如果in-的电压大于in+的电压则转换后的数

26、据结果始终为00h。3.3.7 74hc573简介74hc573为八进制3态非反转透明锁存器 120vcc2d019q03d118q14d217q25d316q36d415q47d514q58d613q69d712q710gnd11le1脚三态允许控制端低电平有效d0d7为数据输入端q0q7为数据输出端le为锁存控制端第四章 软件设计软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行

27、全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。4.1 设计要求（1）设计一个交通信号灯控制器，由一条东西干道和一条南北干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。（2）东西干道亮绿灯时，南北干道亮红灯；南北道亮绿灯时，东西干道亮红灯。两者交替允许通行，东西干道每次放行48秒，支干道每次放行48秒，设立50秒显示电路。（3）在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮2秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外。4.2主程序流程图软件总体设计主要完成各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的

28、初始化，等待外部中断，发送显示数据，以及根据所需要的功能进行相应的操作。其流程图如图4-1所示 图 4-14.3 显示子程序流程图 图 4-24.4 定时子程序流程图 图4-3定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。tmod是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；tcon是控制寄存器，控制t0、t1的启动和停止及设置溢出标志。【12】 图4-4加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是t0或t1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器

29、的溢出使tcon中tf0或tf1置1，向cpu发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。80c51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。tmod用于设置其工作方式；tcon用于控制其启动和中断申请。工作方式寄存器tmod用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于t0，高四位用于t1。【13】其格式如图4-5： 图 4-5 m1m0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式，由m1m0进行设置。加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周

30、期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值n乘以机器周期tcy就是定时时间t 。定时器模式时有:nt/ tcy 计数个数与计数初值的关系为： x=216-n。【14】第五章 总结通过这次课程设计，是我得到了一次用专业知识，专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机基本原理，单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思想技巧的掌握方面都向前迈了一大步。 综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识。在此，由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流得到了解决。由于使用的是

31、单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红绿灯规则效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善。当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在网络编程这方面有一个大的发展。参考文献【1】吕能元，孙育才，杨峰. mcs-51单片微型计算机原理接口技术应用实例.第一版. 北（2）京科技出版社.1993年12月【2】李丹明. 单片机原理与应用m.东南大学出版社, 2000。【3】李群芳, 黄建.单片机微型计算机与接口

32、技术m.北京：北京电子工业出版社,2001。【4】宋海庆. fd - sj 8088a 微机实验系统程序范例 m .上海: 复旦大学科教仪器厂,1998。【5】何立民主编. 单片机应用技术选编 m . 北京航空航天 大学出版社 , 1993。 【6】周航慈著. 单片机应用程序设计技术 m . 北京航空航 天大学出版社 , 2002。 【7】夏继强. 沈得金编著. 单片机实验与实践教程 m . 北 京航空航天大学出版社 , 2006。【8】李朝青编著. 单片机原理接口技术 m . 北京航空航天 大学出版社 , 1998。【9】付家才 . 单 片机控制 工程 实践技 术m.北京 : 化 学 工业

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