单片机AT89S52电子综合课程设计报告交通灯控制系统设计-

常熟理工学院课程设计报告PAGEPAGE7电子综合课程设计报告交通灯控制系统设计

目录目录 1绪论 2第一章概述 31.1设计的意义 31.2设计描述 41.2.1设计任务 41.2.2设计基本功能 41.2.3基本设计方案 4第二章系统总体设计方案及硬件设计 52.1系统总体设计方案 52.1.1十字路口交通灯要求 52.1.2单片机芯片资源的分配 52.2硬件设计方案 52.2.2硬件设计具体组成 52.2.3硬件设计工作原理 6第三章系统硬件电路分析 73.1单片机AT89s52 73.2最小系统 73.3显示电路 83.4交通灯模拟电路 83.5电路原理图 93.6交通灯各状态 93.7元件清单 10第四章软件设计及系统调试 114.1应用系统软件设计要求 114.2主程序模块的设计 114.3主程序设计代码 124.4系统调试 144.4.1硬件电路实物连接图 144.4.2调试运行结果 15第五章心得体会 16参考文献 17附录 18

绪论近年来随着人们对智能控制技术要求的不断提高以及单片机技术的发展，单片机的应用正在不断扩大。在一些领域，正是由于单片机的采用使传统控制检测技术，检测效率得到显著提高。应用在实时检测和自动控制中的单片机应用系统，通常以单片机作为一个核心部件来使用。根据不同要求，为之搭配具体的外围硬件电路，以及针对具体应用对象特点的软件，使它具有某种功能。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、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。本设计就是基于单片机AT89S52的交通灯控制系统，系统实用性强、操作简单、易于扩展。本系统由单片机最小系统、中断按键、LED显示、交通灯演示系统组成。系统除具备十字路口交通灯所具备的基本功能外，还具有倒计时、智能流量控制、紧急情况处理等功能。

本设计采用的是单片机AT89S52作为核心芯片，采用一些相应的外围电路，比如时钟晶振电路，复位电路，显示电路，系统模拟电路等等。在硬件电路的设计方面，主题思想是用一片单片机加上输出的LED显示器和LED发光二极管作为输出结果，通过设置外部中断来作为特殊车辆的控制位和紧急情况控制位。在软件程序的设计方面，本设计采用了C语言作为编辑语言，其结构简单，语言方便，实现起来比较容易，作为特殊车辆和紧急情况，分别采用的是外部中断0（即INT0）和外部中断1（即INT1）作为它的控制口，我的程序大体的分为四部分，主程序和两个中断服务程序即定时中断程序和外部中断程序，和一个宏定义。对于定时器，我们采用了定时器0，主程序是一些程序的初始化比较简单，主要是开中断，开定时器和方式选择等等，程序的开始是宏定义，定义管脚的作用和名称，然后是延时程序中断程序和显示程序，在显示程序中字形码对应的是LED的输出（其为共阴极显示）。第一章概述1.1设计的意义交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关．随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，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。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多场合的应用，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉，其易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠的工作等特点。特别是它强大的面向控制能力，使它在工业控制领域，智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS-51系列的单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。正常情况下，十字路口的红绿灯应交替变换。另外，单片机课程设计是电子信息工程专业学生必须掌握的课程。通过交通灯模拟系统的设计可以进一步认识单片机在控制系统中的重要性。在完成理论学习和必要的实验后，学生掌握了单片机的基本原理和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。交通灯模拟系统的课程设计既让学生巩固了课本学到的理论，还让学生学习了单片机硬件电路设计和用户程序设计的整个过程，同时学习了查阅资料、参考资料的方法。单片机的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个体创新能力。1.2设计描述1.2.1设计任务本次课程设计的任务是根据交通灯工作原理设计一个简易交通灯控制系统，具体要求如下：提出交通灯控制方案；（2）实现交通灯的电路设计；（3）完成交通灯控制软件；（4）加入LED数码管实现倒计时。1.2.2设计基本功能本次简易交通灯控制系统课程设计实现的基本功能如下：（1）东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，共20S。（2）东西路口仍红灯亮，南北路口绿灯闪烁转亮黄灯延时3S。（3）东西路口绿灯亮，南北方向红灯亮，共20S。（4）南北方向仍红灯亮，东西路口绿灯闪烁转亮黄灯延时3S。如此循环1.2.3基本设计方案本文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、发光二极管电路、LED数显电路、晶振及复位控制电路、中断控制电路。系统采用C语言编程，在使用keilc编辑器进行编辑调试过程中，程序运行正确，五个部分均正常工作，实现了交通灯的基本功能及控制功能。系统总体设计方案及硬件设计2.1系统总体设计方案2.1.1十字路口交通灯要求十字路口为南北走向与东西走向。需用到4组灯，每组要有红黄绿各一盏。初状态1为东西红灯，南北绿灯。一段时间后，进入状态2南北绿灯熄灭，黄灯闪烁，提示通车时间即将到达，此时南北红灯依旧。延时一段时间之后，东西红灯、南北黄灯灭，转入状态3。东西绿灯通车，南北红灯，持续一段时间。一段时间后转状态4，东西绿灯灭，黄灯开始闪烁，南北红灯。延时一段时间后，东西黄灯灭，南北红灯灭。最后循环到状态1。2.1.2单片机芯片资源的分配单片机的P3.0-P3.5分别接南北红黄绿东西红黄绿。单片机的P0口接数码管段选段，P2.0-P2.3接数码管位选端。2.2硬件设计方案2.2.1硬件设计思路该设计在熟练掌握单片机及其仿真系统的使用方法基础上，综合应用单片机原理、C语言等课程方面的知识，设计一个采用AT89C52单片机控制的交通灯控制电路。根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图1所示。2.2.2硬件设计具体组成硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。该交通灯拟系统的硬件部分主要由显示和运算部分组成。按照题目的设计要求，本课题需要使用LED数码管显示。在该交通灯系统的设计中采用AT89S52单片机。图1系统的原理框图2.2.3硬件设计工作原理交通灯总体设计电路如书后附图所示，系统上电之后，东西路处于禁止通行的状态，南北路处于允许通行的状态。东西路亮红灯时，南北路亮绿灯；东西路亮绿灯时，南北路亮红灯。东西路亮红灯时，南北路亮绿灯;当绿灯时间减完之后，南北路换为黄灯，东西路仍为红灯。这样东西路与南北路的时间同时减完。减完之后，南北路换为红灯，东西路换为绿灯，再经过一个绿灯时间，东西路换为黄灯，南北路仍为红灯。这时东西路与南北路时间相同，同时减完。减完后，东西路为红灯，南北路为绿灯。如此循环下去。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。P3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P3口上，我们可以利用控制单片机的P3口的输出数据控制红黄绿灯的亮灭。调时可以利用外部中断INT0申请中断。当INT0为低电平时，单片机的PC指向INT0的中断入口地址，从而转向中断服务程序。此时我们可以通过判断外部开关量的状态来对红黄绿灯的显示时间进行修改。系统硬件电路分析3.1单片机AT89S52这是本设计的核心部件，作为控制部件，单片机因功能强大，价格便宜，附属结构简单。单片机目前已被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。本设计选用ATMEL公司的AT89S52作为控制核心。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程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，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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。3.2最小系统最小系统由复位电路，晶振电路，电源电路，拓展电路及部分组成。单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。MCS--52单片机单片机内部的振荡电路是一个到增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。单片机内部虽然有震荡电路，但要形成成时钟，外部还需要附加电路。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。51单片机的时钟产生方式有两种，分别为：内部时钟方式和外部始终方式。利用其内部的震荡电路XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部震荡电路便产生自激震荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。在MCS-51单片机一般常用内部时钟方式，也就是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体震荡器与电容构成稳定的自激震荡器。3.3显示电路采用二位一体七段数码管作为通车时间倒计时的显示。数码管有共阴和共阳的区分，单片机都可以进行驱动，但是驱动的方法却不同。本设计采用共阴极数码管，单片机P00-P07口通过470的排阻接+5v电源，形成上拉电阻。然后对应的接两个接数码管的A,B,C,D,E,F,G和小数点位。当端口为0时，选通相应的段位。P21-P24接显示个位数的数码管的3、8引角，当相应的端口变成高电平，选择相应的数码管。这时只要P0口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示需要的数字。实验电路开始工作时，七段数码管开始从红灯和绿灯时间倒计时，计时起始信号由主控电路给出，定时结束信号也输入到主控芯片，由主控芯片启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。在这里正确的程序是核心，应该完成一个时序电路的工作。其状态表（1）为：南北路东西路绿灯 红灯黄灯红灯绿灯黄灯表13.4交通灯模拟电路由于单片机管脚输出电流较小，一般采用灌电流方式驱动负载。设计中发光二极管的正极通过上拉电阻接+5v的电源VCC，负极分别接89S52单片机的外部接口P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5口，我们可以通过控制单片机P3口的数据输出来控制二极管的亮灭。3.5电路原理图由以上各模块电路分析，可设计出基于AT89S52单片机控制交通灯模拟控制系统的电路图，如图2所示。图2交通灯电路原理图3.6交通灯各状态按图2所设计出来的电路图，经过软件编译、下载，可得出以下工作时红黄绿灯的各种状态（低电平触发）如表2所示，波形如图3所示。状态交通灯状态1状态2状态3状态4南北-红1100南北-黄1011南北-绿0111东西-红0011东西-黄1110东西-绿1101表2工作时红黄绿灯各状态图3交通灯模拟波形图3.7元件清单基于AT89S52单片机的交通信号灯控制系统元件清单如表3所示。元件名称型号数量/个用途单片机AT89S521控制核心交通灯红黄绿三色12红黄绿灯显示电源Vcc+5V/3A1提供+5V电源晶振12MHz1晶振电路电容30pF2晶振电路电解电容10uF/25V1复位电路电阻100欧姆12LED限流数码管七段共阴LED数码管2显示倒计时表3元件清单软件设计及系统调试4.1应用系统软件设计要求在进行应用系统的总体设计时，软件设计与硬件设计应统一考虑，相结合进行。当系统的电路设计定型以后，软件的任务也就明确了。一般来说，软件的功能可分为两大类。一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量计算、显示、打印、输出控制等；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织协调角色。我们设计时，应从以下几个方面考虑：1）根据软件功能的要求，将系统软件分为若干个相对独立的部分。设计出合理的软件总体结构，使其清晰、简捷、流程合理。2）各功能程序实行模块化、子程序化。3）在编写应用软件之前，应绘制出程序流程图。4）要合理分配系统资源，包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。本设计采用了模块化设计，主要由主程序模块、功能实现模块两大部分模块组成。4.2主程序模块的设计该交通信号灯控制系统的四种工作状态：南北（主）方向A车道红灯亮，东西（支）方向B车道绿灯亮。表示南北方向A车道上的车辆禁止通行，东西方向B车道允许通行。绿灯亮足规定的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。

（2）南北方向A车道红灯亮，东西方向B车道黄灯亮。表示东西方向B车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北方向A车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（3）南北方向A车道绿灯亮，东西方向B车道红灯亮。表示南北方向A车道允许通行，东西方向B车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（4）南北方向A车道黄灯亮，东西方向B车道红灯亮。表示东西方向B车道禁止通行，南北方向A车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。主程序流程图如图4所示。系统复位系统复位参数设置主红支绿主红支黄主绿支红主黄支绿开始图4主程序流程图4.3主程序设计代码基于AT89S52单片机的数码管显示交通灯程序如下：voidmain(void){chara=4;intNN=1;intMM=1;unsignedchari=0;TMOD=(0xf0&TMOD)|0x01;//定时/计数器0设为方式1TH0=(65535-COUNT)/256;//定时50毫秒TL0=(65535-COUNT)%256;ET0=1;//开定时/计数器0的中断EA=1;//开CPU中断TR0=1;//启动定时器0while(1){ if(flag==1) { a--; if(a==3&&NN==1) { P3=A_STOP_B_WARNING;//A线禁行，B线警告 NN=2; } elseif(a==3&&NN==2) { P3=A_WARNING_B_STOP;//A线警告，B线禁行 NN=1; } if(a==-1&&MM==1) { a=20; P3=A_PASS_B_STOP;//A线放行，B线禁行 MM=2; } elseif(a==-1&&MM==2) {a=20; MM=1; P3=A_STOP_B_PASS;//A线禁行，B线放行 } convert(a); //调用倒计时程序 flag=0; } P2=Led_seg[Led_buf[i]];//数码管段码 P0=Led_bit[i];//数码管位码 delay(100); i++; if(i==2) i=0;}}4.4系统调试4.4.1硬件电路实物连接图硬件电路实物连接图如5所示。图5硬件电路实物连接4.4.2调试运行结果实物连接以后，经过运行调试，达到了设计的要求，以南北绿灯东西红灯为例，设计现象如图6所示。图6运行调试现象（南北绿-东西红）心得体会这次电子综合课程设计我们历时一个星期，对我们来说学到的不仅是知识，更多的是团队和合作。它不仅仅让我们将那些理论知识运用到设计和创新中，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：电路图绘制、单片机技术、C语言等。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，遇到实在搞不明白的问题就会及时讨论或者请教老师，使自己学到了不少知识，收获颇多。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。在此次课程设计过程中，我们把单片机的理论知识用于实践中，使理论与实践相结合，最终完成了交通灯的设计，达到了任务所要求得功能。最后，感谢学校提供我们实验室，感谢老师对我们设计得指导，感谢同学在设计过程中给予的帮助。参考文献[1]皮大能，南光群.单片机课程设计指导书[M].北京理工大学出版社，2010.[2]杨居义.单片机课程设计指导[M].北京：清华大学出版社，2009.[3]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.[M].南京：东南大学出版社，2004.[4]钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术.[M].中国铁道出版社，2006.[5]余发山.单片机原理及应用技术.[M].中国矿业大学出版社,2003[6]高峰.单片机应用系统设计及实用技术，北京机械工业出版社，2004

附录源程序代码：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineCOUNT46080#defineA_PASS_B_STOP0x35 //A线放行，B线禁行#defineA_WARNING_B_STOP0x33 //A线警告，B线禁行#defineA_STOP_B_PASS0x2e //A线禁行，B线放行#defineA_STOP_B_WARNING0x1e //A线禁行，B线警告unsignedcharLed_seg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//“0—9”unsignedcharLed_bit[2]={0x01,0x02};unsignedcharLed_buf[2]={0,0};unsignedcharflag=0;voidTIMER0_ISR(void)interrupt1//中断函数程序{staticunsignedcharm=0;TH0=(65535-COUNT)/256;TL0=(65535-COUNT)%256;m++;if(m==20){ flag=1; m=0;}}voidconvert(unsignedcharn){ unsignedchari=0; for(i=0;i<2;i++) { Led_buf[i]=0; } i=0; while(n!=0) { Led_buf[i]=n%10; n=n/10; i++; }}voiddelay(unsignedcharn)//延时{unsignedchari;for(i=0;i<n;i++);}voidmain(void){c