单片机交通灯课程设计

1、 学科代码： 学 号： 贵 州 师 范 大 学（本 科）课 程 设 计 题 目：十字路口交通信号灯单片机控制系统设计与调试 学 院：机械与电气工程学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 指导教师： 完成时间：2016年 6 月 24 日 贵州师范大学机械与电气工程学院 课程设计考核表专业: 级别： 级 班设计题目学生姓名学号指导教师答辩回答教师提问情况：课程设计完成质量情况：出勤情况：综合成绩： 指导教师签名：年 月 日注：1、本表一式两份，一份同设计报告一起装订保存，一份上交学院存档。目录目录第一章 课程设计任务书及控制要求1.1课程设计任务书1.2 控制要求第二章 系统方案设

2、计2.1交通灯运行状态分析2.2系统总体方案设计第三章 系统电路设计 3.1 交通灯系统芯片选择 3.2状态灯选择 3.3系统硬件原理图设计第四章 系统软件设计 4.1 程序流程图设计 4.2 系统编程第五章 系统调试与仿真 5.1 proteus仿真 第六章 心得体会附录 源程序 第一章 课程设计任务书及控制要求1.1课程设计任务书一、课程设计目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、提高学生课程设计报告撰写水平。二、课程设计题目每个同学自己独立完成课

3、程设计，按学号最后两位除以4取余+1选附录的题目进行设计，相同题目的同学禁止互相抄袭，老师会根据设计报告判别是否抄袭。三、课程设计任务及设计报告的要求设计任务： （1）进行设计方案的比较，并选定设计方案； （2）完成原理分析，进行各主要元器件的选择并设计电路； （3）利用Protues绘制系统电路原理图。（4）利用Keil软件编制程序。 （5）将软件与硬件电路连接调试仿真。设计报告： （1）根据设计题目进行分析，选择方案和元器件，对没有在书本上学过的知识点和元器件，通过网络等方式查阅相关资料，了解其使用方法，并详细记录在设计报告上。（作为设计报告的第一章：设计题目分析、方案及元器件选择） （2

4、）利用Protues软件进行绘制系统电路原理图，记录绘制过程中遇到的问题及解决办法。（作为设计报告的第二章：系统电路设计） （3）利用Keil软件编程，记录编程过程中遇到的问题及解决办法。（作为设计报告的第三章：系统软件设计） （4）将软件与系统电路连接调试，记录在调试过程中相应修改了哪些硬件电路或软件上的问题，最终才实现了设计题目要求的功能。（作为设计报告的第四章：连接调试） （5）在调试成功，完成全部设计后，手工写出本次设计的心得体会，字数不少于1000字。（作为设计报告的第五章：总结）最终绘制的电路原理图，编写的程序要打印出来附在设计报告中。1.2 控制要求 （1）系统工作受开关控制，起

5、动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。（2）控制对象有八个： 东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个， 东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个， 东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个， 东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。（3）另外东西方向、南北方向各设置显示两位十进制的7段显示器，用来显示倒数计数值。1）高峰时段按时序图二（见附图）运行， 正常时段按时序图三（见附图）运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭。2） 高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行(见附图)。3） 可以只选择高峰时段或正常

6、时段进行设计，但最后评分值最高以良好评议；如果全部功能实现（需要设计一个24小时的时钟作为时段划分的基础），最高评分值以优秀评议。 时序图 高峰时段 7：00 8：15 16：30 正常时段 晚间时段 6：30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 17 18 19 20 21 22 23 24小时 第二章 系统方案设计2.1交通灯运行状态分析 根据控制要求，系统以下图交通的运行状态来设计系统方案。 图1.1 状态1南北直行 图1.1 状态2南北左转 图1.3 状态3东西直行 图1.4 状态4东西左转 共有四种状态，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四种状态为一个周期。循环执

7、行如图1.5所示：图1.5 交通灯状态循环图2.2系统总体方案设计 图6 系统总体方案图 本系统采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了正常、高峰、晚间时通过单片机的P1口设置红、绿、黄灯亮灭的功能。东西、南北两位7段显示器用来显示倒数计数值。系统分三种工作时段：正常、高峰、晚间，并且通过时间段来控制“正常”、“高峰”、“晚间”相互转化。 正常时段：南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）40s，同时南北段和东西段方向的数码管分别从40s和70s开始倒计时，至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；此后南北段左转（左转绿灯亮）通行、东西段禁止（红灯）20s，同时

8、南北段和东西段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时南北段左转灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段禁止（红灯）40s，同时东西段和南北段方向的数码管分别从40s和70s开始倒计时，至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最后东西段左转（左转绿灯亮）通行、南北段禁止（红灯）20s，同时东西段和南北段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时东西段左转灯变成黄灯闪烁。高峰时段：南北段、东西段的通行时间改为45s，左转的时间改为15s，其它与正常时段相同。 晚间时段：禁止左转和直行，东西南北四个方向黄灯闪亮。第三章 系统电路设计3.1控制芯片选择AT89C51是美国ATMEL公

9、司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051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，可以按照常规方法对其进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。图2.1 AT89C51引脚图 3.2状态灯选择 该系统设计红、绿、黄状态灯显示的功能，用LED灯来代替实际的交

10、通灯，由于有四种不同的运行状态，一个十字路口需要16个LED灯，倒计时数码管显示选用两位带片选的7段数码管，需要4个。数码管显示简单，程序简单，端口用的少。普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮，它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。 3.3系统硬件原理图设计图2.2系统原理布置图第四章 系统软件设计 4.1 程序流程图设计 图3.1主程序流程图系统通电后，初始化定时器，进行24小时定时，在7:00到8:15或16:30到17：00时，按高峰时段运行。在6:30到7：00或8:15到

11、16;30或18:00到19：00时，按正常时段运行。其余时段，按晚间时段运行。 图3.2 时钟及晚间时段程序流程图 本设计利用单片机的定时器T0中断来设置24小时定时，设置TH1=0x3C，TL1=0xB0.即每0.05秒中断一次。到第20次中断即过了20*0.05秒1秒时，计60S时，满意1分钟，计满60分钟，满1小时，计满24小时，又重新开始计时。用定时器T1中断来设置数码管倒计时，每满1S时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时的功能。 图3.3 高峰时段及正常时段流程图4.2 系统编程3.2.1定时器的中断设置在单片机中，中断技术主要用于实时控制。所谓实时控制，就是要求计算机能及时地响

12、应被控对象提出的分析、计算和控制等请求，使被控对象保持在最佳工作状态，以达到预定的控制效果。由于这些控制参量的请求都是随机发出的，而且要求单片机必须做出快速响应并及时处理，对此，只有靠中断技术才能实现。本系统中的定时时钟及倒计时的设置和相应中断服务子程序如下：/*24小时时钟 */void Timer0Cofig()TMOD=0x01; /T0定时器工作方式TH0=0x3C; /设置初始值,定时50MSTL0=0xB0;ET0=1; /定时器开中断TR0=1; /启动定时器0 EA=1; /CPU开中断总允许 void T0int() interrupt 1TH0=0x3C; /设置初始值TL

13、0=0xB0;second_counter+;if(second_counter=20)second+;second_counter=0;if(second=60)minute+;second=0;if(minute=60)hour+;minute=0;if(hour=24)hour=0; /*倒数显示定时器*/void Timer1Cofig()TMOD=0x01; /T1定时器工作方式TH1=0x3C; /定时器初值50ms中断一次TL1=0xB0; ET1=1; /定时器开中断TR1=1; /启动定时器1EA=1; /CPU开中断总允许/*定时器中断函数*/void timer1() i

14、nterrupt 3 TH1=0x3C; /重新装入初值TL1=0xB0; RGY_second+;if(RGY_second=20)RGY_second=0;Time_EW-;/满1秒，数码管值减1Time_SN-;第五章 系统调试与仿真 5.1 proteus仿真结果 根据系统设计要求，进行keil调试和proteus系统仿真，不断调试程序。发光二极管，数码管都能按要求显示，符合要求。proteus总体仿真图如下。 图4.1 仿真结果 第六章 心得体会附录 源程序 #include#defineucharunsigned char#define ON 0 /交通灯开关定义#define O

15、FF 1 /*数码管片选定义*/sbitLED_D1=P23;/NS_LED2控制低位sbitLED_C1=P22;/NS_LED1控制高位sbitLED_B1=P21;/EW_LED2控制低位sbitLED_A1=P20;/EW_LED1控制高位/*交通灯状态显示输出引脚定义*/sbit NS_GREEN=P10; /南北绿 sbit NS_RED=P11; / 南北红sbit NS_YELLOW=P12;/ 南北黄sbit LNS_GREEN=P13; / 南北左转绿sbit EW_GREEN=P14; / 东西绿sbit EW_RED=P15; /东西红sbit EW_YELLOW=P1

16、6; /东西黄sbit LEW_GREEN=P17;/东西左转绿charTime_EW;/东西方向倒计时charTime_SN;/南北方向倒计时/ 共阳数码管显示值 0123456789 char code table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /时间时、分、秒定义 unsigned char hour=0,minute=0,second=0,second_counter=0; /黄绿红亮灭计时定义 unsigned char RGY_second=0; /东南西北倒计时时间uchar EW,B_SN,B_L_WENS

17、,YEEL,N_SN,N_L_WENS;/*显示延时 */ void Delay10uS(unsigned char z) char i,a,b; for(i=0;i0;b-) for(a=2;a0;a-); /*EW/NS显示子函数*/void Display1() char H,L; H=Time_EW/10; L=Time_EW%10 ; P0=tableH; LED_A1=1; Delay10uS(10); LED_A1=0; P0=tableL; LED_B1=1; Delay10uS(10); LED_B1=0; H=Time_SN/10; L=Time_SN%10 ; P0=ta

18、bleH; LED_C1=1; Delay10uS(10); LED_C1=0; P0=tableL; LED_D1=1; Delay10uS(10); LED_D1=0; /*24小时时钟 */void Timer0Cofig() TMOD=0x01; /T0定时器工作方式 TH0=0x3C; /设置初始值,定时50MS TL0=0xB0; ET0=1; /定时器开中断 TR0=1; /启动定时器0 EA=1; /CPU开中断总允许 void T0int() interrupt 1 TH0=0x3C; /设置初始值 TL0=0xB0; second_counter+; if(second_c

19、ounter=20)second+;second_counter=0; if(second=60)minute+;second=0; if(minute=60)hour+;minute=0; if(hour=24)hour=0; /*倒数显示定时器*/void Timer1Cofig() TMOD=0x01; /T1定时器工作方式 TH1=0x3C; /定时器初值50ms中断一次 TL1=0xB0; ET1=1; /定时器开中断 TR1=1; /启动定时器1EA=1; /CPU开中断总允许/*定时器中断函数*/ void timer1() interrupt 3 TH1=0x3C; /重新装入

20、初值 TL1=0xB0; RGY_second+;if(RGY_second=20)RGY_second=0;Time_EW-;/满1秒，数码管值减1Time_SN-;/*高峰时段函数*/void busy() /*SN直行45S，EW禁行70S */ Time_EW=EW;/70 Time_SN=B_SN;/45 while(Time_SN0) NS_GREEN=ON;NS_RED=OFF;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1();/NS EW/*准备左

21、转，黄灯闪5S，停止直行*/ Time_SN=YEEL; while(Time_SN0) if(RGY_second%2=0) NS_YELLOW=ON; else NS_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=OFF;LNS_GREEN=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF;/SN黄闪灯5S，等待左转信号 Display1(); /EWNSYELLOW/*东西禁行70S，南北左转15S*/ Time_SN=B_L_WENS; /15 while(Time_SN0) NS_GREEN=OFF;NS_

22、RED=ON;LNS_GREEN=ON;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1(); /EW NS/*南北黄灯闪,禁止左转*/ Time_SN=YEEL;/5s while(Time_SN0) if(RGY_second%2=0) NS_YELLOW=ON; else NS_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=OFF;LNS_GREEN=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; /SN黄闪

23、灯5S，等待左转信号 Display1(); /EW NSYELLOW/*东西直行45S，南北禁行70S*/Time_EW=B_SN;/45 Time_SN=EW; / 70 while(Time_EW0) NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=OFF;EW_GREEN=ON;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1(); /*东西黄灯亮5S，南北禁行*/ Time_EW=YEEL; while(Time_EW0) if(RGY_second%2=0) EW_YELLOW=ON; e

24、lse EW_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF; EW_RED=OFF;EW_GREEN=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1(); /NS EWYELLOW /*东西左转15S，南北禁行*/ Time_EW=B_L_WENS; while(Time_EW0) NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=ON; Display1();/

25、*东西黄灯亮5S。禁止左转*/ Time_EW=YEEL; while(Time_EW0) if(RGY_second%2=0) EW_YELLOW=ON; else EW_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=OFF;EW_GREEN=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1(); /*正常时段功能函数*/void normal() /*SN通行40S，EW禁行70S*/ Time_EW=EW;/70 Time_SN=N_SN;/40 while(Time_SN0) NS_GR

26、EEN=ON;NS_RED=OFF;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1();/*准备左转，黄灯闪5S，停止直行*/ Time_SN=YEEL; while(Time_SN0) if(RGY_second%2=0) NS_YELLOW=ON; else NS_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=OFF;LNS_GREEN=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF

27、; /SN黄闪灯5S，等待左转信号 Display1(); /*东西禁行70S，南北左转20S*/ Time_SN=N_L_WENS; /20 while(Time_SN0) NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=ON;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1();/*南北黄灯闪,禁止左转*/ Time_SN=YEEL;/5s while(Time_SN0) if(RGY_second%2=0) NS_YELLOW=ON; else NS_YELLOW=OFF

28、; NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;EW_RED=ON;EW_GREEN=OFF;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; /SN黄闪灯5S，等待左转信号 Display1(); /*东西直行40S，南北禁行70S*/ Time_EW=N_SN;/40 Time_SN=EW; / 70 while(Time_EW0) NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF;EW_RED=OFF;EW_GREEN=ON;EW_YELLOW=OFF;LEW_GREEN=OFF; Display1(); /*东西黄灯亮5S，南北禁行70S*/ Time_EW=YEEL; while(Time_EW0) if(RGY_second%2=0) EW_YELLOW=ON; else EW_YELLOW=OFF; NS_GREEN=OFF;NS_RED=ON;LNS_GREEN=OFF;NS_YELLOW=OFF; EW_RED=OFF;EW_GREEN=OFF;LEW_GREEN=O