單片機(jī)課程設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱： 交通信號(hào)燈設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓名： 學(xué) 號(hào)： 年 級(jí)： 任課教師： 2011年 7 月 8日目錄1、 摘要.1 2、 任務(wù)分析與設(shè)計(jì)思路.23、 總體設(shè)計(jì) .34、 詳細(xì)設(shè)計(jì).41、 設(shè)計(jì)電路.42、 交通燈連接電路.43、 倒計(jì)時(shí)電路.54、 仿真電路及效果圖.65、元件清單.76、軟件框圖.87、程序及其清單.9五、調(diào)試與運(yùn)行.11六、參考資料及參考文獻(xiàn).11七、心得體會(huì).12一、摘要在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個(gè)便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來(lái)決定是否前行，通行的時(shí)間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，

2、極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個(gè)完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個(gè)完善的交通燈程序會(huì)更有效的管理當(dāng)前道路中出現(xiàn)的實(shí)際情況，使車輛、行人的行進(jìn)變得更順暢、更和諧。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)機(jī)動(dòng)車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對(duì)滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)。如何利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個(gè)課題。目前，國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示器來(lái)控制行車。二、任務(wù)分析與設(shè)計(jì)思路1、任務(wù)分析：本次設(shè)計(jì)要求：運(yùn)用所學(xué)單片

3、機(jī)原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出一臺(tái)交通信號(hào)燈，模擬路口交通信號(hào)。交通燈要求如下： 1）交通信號(hào)燈能夠控制東西、南北兩個(gè)方向的交通，紅綠黃燈用對(duì)應(yīng)顏色的發(fā)光二極管代替； 2）用四個(gè)2位數(shù)碼管分別顯示東、南、西、北方向的通行時(shí)間，東西或南北通行時(shí)間為25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設(shè)實(shí)際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖： 東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈，而實(shí)際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯(cuò)亮滅來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，即可達(dá)到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上

4、分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實(shí)現(xiàn)控制，另外兩組對(duì)應(yīng)一致就行了。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求東西或者南北通行25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時(shí)間）25秒，黃燈亮（警告提醒時(shí)間）5秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，也為25秒。切換過程?hào)|西南北均為黃燈閃爍。2、設(shè)計(jì)思路基于完成以上任務(wù)分析，結(jié)合所學(xué)有關(guān)知識(shí)，尤其是本學(xué)期所學(xué)關(guān)于單片機(jī)的中斷系統(tǒng)和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用，我們知道對(duì)于紅、綠、黃兩組各三盞燈的控制，可以通過把這六盞燈分別接到單片機(jī)的六個(gè)輸出引腳，若用p1口進(jìn)行輸出，則分配如下： at89c51p1.0 p1.1 p1

5、.2 p1.3 p1.4 p1.5 l1 l2 l3 l4 l5 l6(東西紅) （東西黃） （東西綠） (南北紅) （南北黃） （南北綠） led顯示分布 通過對(duì)p1口p0p5編程從而實(shí)現(xiàn)控制。而時(shí)間的各盞燈的熄滅時(shí)間的延時(shí)情況，則用定時(shí)/計(jì)數(shù)和中斷結(jié)合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)控制。 而輸出的時(shí)間顯示則每個(gè)方向分別用兩個(gè)發(fā)光二極管顯示，十位接在p0口，個(gè)位接在p2口，對(duì)p0口p2口編程即可實(shí)現(xiàn)控制。三、總體設(shè)計(jì)1、單片機(jī)內(nèi)部資源分布圖：2、硬件原理框圖： 交 通 燈 at89c51時(shí) 鐘 電 路 led 數(shù) 碼 管振 蕩 電 路上 電 復(fù)位 電 路3、軟件結(jié)構(gòu)圖：3、軟件結(jié)構(gòu)框圖： 主 程 序顯示子程序調(diào)用

6、 實(shí)現(xiàn) 功能模塊 4、軟硬件分工 硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)物連接，軟件與硬件連接相對(duì)應(yīng)，通過編寫程序，使硬件實(shí)現(xiàn)期望的功能。說的形象些，軟件相當(dāng)于其內(nèi)在本質(zhì)功能，而硬件是將該功能表現(xiàn)出來(lái)，讓人們可見罷了。3、 詳細(xì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)為at89c51。at89c51是帶有4k字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與mcs-51 兼容 ·4k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·全靜態(tài)工作：0hz-24mhz ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·128×8位內(nèi)部ram ·32可編程i/o線

7、·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。1、設(shè)計(jì)電路： 設(shè)計(jì)電路主要由兩部分組成，一部分為p1口與十二個(gè)發(fā)光二極管連接電路，另一部分是p0、p2口與八個(gè)七段顯示器相連的電路，下面分別詳細(xì)說明。2、交通燈電路： 設(shè)計(jì)中采用發(fā)光二極管作為交通燈來(lái)使用，單片機(jī)的i/o接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機(jī)p1.0p1.5控制。單片機(jī)的i/o接口與交通燈電路的

8、具體連接方式為：p1.0p1.2分別接?xùn)|西方向的紅、黃、綠共6個(gè)放光二極管，p1.3p1.5分別接南北方向的紅、黃、綠共6個(gè)發(fā)光二極管。12個(gè)發(fā)光二極管采用了共陽(yáng)極的連接方式，因此i/o口輸出低電平時(shí)，與之相連的發(fā)光二極管會(huì)亮，i/o口輸出高電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管會(huì)滅。交通燈電路如圖所示 3、倒計(jì)時(shí)顯示電路： 該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來(lái)顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時(shí)間，根據(jù)控制要求，每個(gè)路口需要兩個(gè)數(shù)碼管，這樣四個(gè)路口就要求八個(gè)數(shù)碼管。有序at89c51單片機(jī)的i/o作為輸出時(shí)，具有較強(qiáng)吸收電流能力，因此我們可以選用共陽(yáng)型數(shù)碼管，這樣由單片機(jī)的i/o就可以直接驅(qū)動(dòng)，從而簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)。四個(gè)路口倒

9、計(jì)時(shí)顯示被置在同一時(shí)刻顯示相同的數(shù)字，期中p0口用來(lái)顯示時(shí)間的十位，p2口用來(lái)顯示時(shí)間的個(gè)位。電路如下圖所示4、仿真電路及效果圖：（1）仿真電路：（2）仿真效果：5、元件清單： 名稱 件數(shù) 參數(shù) 選擇理由 電阻810k 限流，以免燒壞數(shù)碼管 發(fā)光二極管123色便于仿真顯示 at89c5114k閃存低電壓，高性能八位微處理器七段顯示數(shù)碼管8常用數(shù)字顯示，便于仿真 開關(guān)3特殊情況使用6、軟件框圖（1）主程序流程圖： 開始初始化，全部為黃燈并按照初始化運(yùn)行東西紅燈亮，南北綠燈亮調(diào)用顯示程序，將時(shí)間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈爍調(diào)用顯示程序，將時(shí)間送顯示東西綠燈亮，南北紅燈亮調(diào)用顯示程序，將時(shí)間送顯示

10、東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍調(diào)用顯示程序，將時(shí)間送顯示（2）顯示子程序流程圖：提取倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的十位數(shù)調(diào)用延時(shí)子程序獲取十位數(shù)字型碼并送到p0口取倒計(jì)時(shí)數(shù)值獲取個(gè)位數(shù)字型碼并送到p2口提取倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的個(gè)位數(shù)開始返回7、程序及注釋 主程序: org 0000h ajmp stat org 0100hstat: setb ea setb ex0 setb it0 setb ex1 setb it1 mov sp,#60h mov r0, #0edh ;初始化，東西南北均為黃燈 mov p1, r0 ;顯示5秒 mov r7,#05 acall disp ;調(diào)顯示子程序a1: mov r0,#0deh

11、;東西紅燈亮，南北綠燈亮 mov p1,r0 ;顯示25秒 mov r7,#25 acall disp ;調(diào)顯示子程序shanhd: mov r7,#5hd: mov r0,#0edh ;點(diǎn)亮東西黃 燈，點(diǎn)亮南北黃燈 mov p1 ,r0 acall disp ;調(diào)顯示子程序 mov p1,#0ffh ;熄滅黃燈黃燈 acall disp djnz r7,hda2: mov r0, #0f3h ;東西綠燈亮，南北紅燈亮 mov p1,r0 mov r7,#25 ; 顯示25秒 acall disp ;調(diào)顯示子程序shanhd: mov r7,#5h: mov r0,#0edh ;點(diǎn)亮東西黃燈，

12、點(diǎn)亮南北黃燈 mov p1 ,r0 ;調(diào)顯示子程序 acall disp mov p1,#0ffh ;熄滅黃燈所有黃燈 acall disp djnz r7,h ajmp a1 ;子程序，時(shí)間顯示程序disp: mov 40h,r7next: 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 dely1s dec 40h mov a,40h cjne a,#00,nextdely1s: mov r5,#100 d2: mov r6,#20

13、d1: mov r7,#248 djnz r7,$ djnz r6,d1 djnz r5,d2 rettable: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h end五、調(diào)試與運(yùn)行1、按照硬件連接圖，相應(yīng)的，p1.0接紅燈,p1.1接黃燈,p1.2接綠燈,p1.3接紅燈,p1.4接黃燈,p1.5接綠燈2、從0100h單元開始連續(xù)運(yùn)行，觀察六個(gè)led燈是否與交通顯示情況對(duì)應(yīng)，如果有偏差，則單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試，直至滿足設(shè)計(jì)要求。3、調(diào)試完燈的顯示后，從0100h開始連續(xù)運(yùn)行，觀察數(shù)碼管顯示的是否正常，如果不正常，則運(yùn)用單步運(yùn)行或斷點(diǎn)運(yùn)行

14、進(jìn)行分析和調(diào)試，直至滿足要求。4、整體運(yùn)行，觀察燈顯示和時(shí)間顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿足要求。六、設(shè)計(jì)資料及參考文獻(xiàn)1高惠芳單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)科學(xué)出版社，2010.42胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社，20043吳飛青等單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)踐指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社 2009.24proteus幫助文檔5keil c51幫助文檔七、心得體會(huì)通過一個(gè)星期的交通燈課程設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)有了更深的了解。對(duì)于管腳及相關(guān)的控制寄存器，有了更進(jìn)一步的鞏固和了解，尤其是i/o口的實(shí)用及編程，相當(dāng)于重新細(xì)細(xì)溫習(xí)了一遍。特別對(duì)protues軟件畫電路圖及仿真的過程，我?guī)缀跏菑牧汩_始學(xué)習(xí)并使用的。說到這里，得感謝小組里同學(xué)們的指導(dǎo)，同時(shí)也幸好大家都很繁忙，讓我有更多的獨(dú)立探索學(xué)習(xí)和思考的空間，將這些東西變成自己的。這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是通過單片機(jī)的i/o口來(lái)控制交通燈。主要完成兩大項(xiàng)任務(wù)，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件功能。看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上需要過硬的知識(shí)作為基礎(chǔ)，平時(shí)看看書考試那樣的過程，是難以完成這樣的任務(wù)的。這次設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多棘手的問題，很多東西，動(dòng)起手來(lái)束手無(wú)策，大多都只得先通過查閱資料或者參考別人做類似課題，才能自己動(dòng)手設(shè)計(jì)畫圖，編程調(diào)試。過程中還錯(cuò)誤不少，就這個(gè)程序吧，我寫了改，改了寫，花了很長(zhǎng)時(shí)間。還有就是protues軟