单片机课程设计交通灯

1、武汉理工大学单片机应用实践课程设计目录1. 概述11.1 设计背景11.2 设计任务12. 系统方案和总体设计22.1 AT89C52单片机简介22.2 AT89C52单片机的硬件结构22.2.1 主要性能参数32.2.2 定时器42.2.3 晶振特性42.3 系统硬件系统设计53. 软件设计82.1 主程序流程图83.2 子程序显示流程图93.3 Ptoteus仿真103.4 实物演示124. 课程设计体会13附录A15本科生课程设计成绩评定表161. 概述1.1 设计背景如今随着人们生活水平的提高，车辆越来越多，交通事故频繁发生。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高

2、道路通行能力，减少交通事故有明显效果。交通灯在城市交通中起着重要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。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。本系统设计一个基于单片机的

3、交通灯控制系统。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。1.2 设计任务设计一个十字路口的红、黄、绿交通灯控制系统，对南北、东西来往的车辆进行控制。232. 系统方案和总体设计2.1 AT89C52单片机简介在众多的单片机系列中，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案

4、。AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用AT89C52单片机。2.2 AT89C52单片机的硬件结构AT89C52单片机的内部结构与MCS-

5、51系列单片机的构成基本相同。CPU是由运算器和控制器所构成的。运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。控制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。它的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。AT89C52单片机的指令系统和引脚功能与MCS-51的完全兼容。图 1 AT89C52单片机的内部结构2.2.1 主要性能参数 8K字节可重擦写Flash闪速存储器，1000次

6、可擦写周期 全静态操作：0Hz-24MHz 三级加密程序存储器 256×8字节内部RAM 32个可编程I/O口线 3个16位定时/计数器 8个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式图 2 AT89C52引脚图2.2.2 定时器1.定时器0和定时器1在AT89C52中，定时器0和定时器1都是16位加法计数结构，分别由TH0（地址8CH）和TL0（地址8AH）及TH1（地址8DH）和TL1（地址8BH）两个8位计数器组成。这4个计数器均属于专用寄存器之列。每个定时器/计数器都有定时和计数两种功能。2.计数功能所谓的计数功能是指对外部事件进行计数。外部事件的发生以输入脉冲表示

7、，因此计数功能的实质就是对外脉冲进行计数。MCS-51系列的芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）两个信号引脚，分别就是这两个计数器的计数输入端。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1。计数方式下，单片机在每个机器周期的S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样。如果前一个机器周期采样为高电平，后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效计数脉冲。在下一个机器周期的S3P1进行计数。可见采样计数脉冲是在2个机器周期进行的。鉴于此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。3.定时功能定时器也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生

8、一个计数脉冲。也就是每个机器周期计数加1。由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。如果单片机采用12MHz晶体，则计数频率为1MHz。即每微秒计数器加1。这样不但可以根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。2.2.3 晶振特性AT89C52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟远驱动器件的话，XTAL2可以不接，而从XTAL1接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空

9、比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。石英晶振 C1，C2=30PF+-10PF陶瓷谐振器 C1，C2=40PF+-10PF2.3 系统硬件系统设计（1）时钟电路设计图 3 时钟电路如图所示，采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击荡器。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。（2）复位电路设计如图所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST管脚高电平触发。为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期。图 4 复位电路（3）灯控制电路设计图 5 灯控制电路如图所示，交通灯状态显示电路由东

10、西南北四个方向各三个LED灯组成，分别显示四个方向上红、黄、绿三个状态，用以指示十字路口各方向车辆的行驶。通过软件编程，可使路口交通变化情况为：南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，绿灯通行时间为25秒，黄灯闪烁5秒，红灯停止30秒。（4）倒计时显示电路图 6 倒计时显示电路由两个共阳数码管来实现倒计时。两个数码管显示变化的绿灯，黄灯的倒计时。3. 软件设计2.1 主程序流程图图 7 主程序流程图用p1口的八个引脚控制交通灯闪烁P1.01.2分别代表东西路口的红黄绿灯P1.31.5分别代表南北路口的红黄绿灯1.开始时东西红灯亮，南北绿灯亮(延时25s)2.然后东西红灯亮，南北

11、黄灯闪烁5次（亮灭一秒）3.然后东西绿灯亮，南北红灯亮（延时25s）4.然后东西黄灯闪烁5次（亮灭一秒）5.返回的第一步继续循环3.2 子程序显示流程图图 8 子程序显示流程图3.3 Ptoteus仿真仿真步骤：（1）根据电路图选择器件连接电路（2）双击AT89S52装入源程序编译生成的HEX文件（3）单击运行按钮运行仿真（4）根据仿真情况与程序实现任务对比，对于不能实现的任务修改并调试程序，重新装载重新运行调试仿真，直到能完全实现所要求的功能为止（5）进一步改进和简化程序在进行调试仿真图 9 25秒倒计时图 10 5秒倒计时结果分析：根据仿真结果，可得知仿真初始为p1.0（即东西向）红灯亮，

12、p1.3（即南北向）绿灯亮，同时进行25秒倒计时；倒计时结束后p1.3（即南北向）黄灯闪烁，并进行5秒倒计时；倒计时结束后p1.0（即东西向）绿灯亮，p1.3（即南北向）红灯亮，并进行25秒倒计时；依次循环；本次课程设计成功。3.4 实物演示图 11 实物演示结果实物结果分析：初始东西向红灯亮，南北向绿灯亮，15秒后南北向黄灯亮一秒，之后东西向绿灯亮，南北向红灯亮，实物设计成功。4. 课程设计体会通过这次单片机课程设计，才深刻体会到自己实际操作能力的匮乏。从刚开始老师对单片机的整体介绍及其应用前景，对单片机产生了浓厚的兴趣，并利用自己的课余时间学习有关单片机的基本知识。但空有理路知识，却无半点

13、的实际操作经验。从电路图的分析到实际电路元件的识别、焊接，再到后期的程序设计以及系统调试，初步掌握了运用单片机系统设计特定功能的设计步骤，也对单片机有了更深的体会。了解和掌握了一些简单的编程思想，对单片机各管脚的功能，I/O口的使用条件都有了更深的理解。特别对protues软件画电路图及仿真的过程，我几乎是从零开始学习并使用的。说到这里，得感谢小组里同学的指导，同时也幸好大家都很繁忙，让我有更多的独立探索学习和思考的空间，将这些东西变成自己的。这次课程设计的任务是通过单片机的I/O口来控制交通灯，主要完成两大项任务，第一就是硬件连接图；第二是编写相应的程序来实现硬件功能。看似简单，实际上需要过

14、硬的知识作为基础，平时看看书考试那样的过程，是难以完成这样的任务的。这次设计过程中，遇到了很多棘手的问题，很多东西，动起手来束手无策，大多都只得先通过查阅资料或者参考别人做类似课题，才能自己动手设计画图，编程调试。过程中还错误不少，就这个程序吧，我写了改，改了写，花了很长时间。还有就是protues软件仿真涉及整个过程，虽然并不太难，但是我是通过这次才真正弄明白的。通过这次课程设计，关于单片机的知识深入了解了更多，但更多是让我知道了知识的欠缺，很多环节，都慢慢翻书或者查找资料才能完成。让我明白，在以后的学习中，应更注重知识的应用，更注重实质的掌握。当然这次课程设计，提高了知识的应用能力和和实践

15、能力，同时提高了独立思考独立完成任务的能力，当然同组之间，遇到了实在没办法解决的问题，也相互的咨询和讨论，加强了大家的合作精神和团结能力。这对以后的学习和工作都有重要意义。这次的课程设计让我把单片机的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基础，实践更能检验理论的真实性，让我受益匪浅。参考文献1 高惠芳单片机原理与应用技术M北京：科学出版社，2010.42 胡汉才单片机原理及其接口技术M北京：清华大学出版社，20043 吴飞青单片机原理与应用实践指导M北京：机械工业出版社,2009.24 李群芳，肖看单片微型计算机与接口技术M北京：电子工业出版社，20125 谭

16、浩强.单片机课程设计M北京：清华大学出版社，1989附录AORG 0000HAJMP STATE1ORG 0030HSTATE1:MOV P1,#11011110B ；东西向红灯亮，南北向绿灯亮 MOV R7,#25 ；延时显示25秒 ACALL DISPSTATE2:SETB P1.5 ；南北向黄灯闪烁 MOV R7,#05 ；延时显示5秒 ACALL DISP1STATE3:MOV P1,#11110011B ；东西向绿灯亮，南北向红灯亮 MOV R7,#25 ；延时显示25秒 ACALL DISP STATE4: SETB P1.2 ；东西向黄灯闪烁 MOV R7,#05 ；延时显示5秒

17、 ACALL DISP1 LJMP STATE1DISP: MOV 40H,R7 ；第一、三步延时显示NEXT: MOV A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A ACALL DELAY1s DEC 40H MOV A,40H CJNE A,#00,NEXTDELAY1s:MOV R3,#10 MOV TMOD,#01HLOOP:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0LOOP1:JBC TF0,LOOP2 SJMP LO

18、OP1LOOP2:CLR TR0 DJNZ R3,LOOP RETDISP1: MOV 40H,R7 ；第二步延时显示NEXT1: MOV A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A CLR P1.4 LCALL DELAYbs SETB P1.4 LCALL DELAYbs DEC 40H MOV A,40H CJNE A,#00,NEXT1DELAYbs:MOV R3,#5 MOV TMOD,#01HLOOP0:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0LOOP10:JBC TF0,LOOP2 SJMP LOOP1DISP2: MOV 40H,R7 ；第四步延时显示程序NEXT2: MOV A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P2,A CLR P1.1 LCALL DELAYbs SETB P1.1 LC