基于單片機的交通燈顯示系統(tǒng)的設(shè)計及研究報告

1、-. z.學(xué)院課程設(shè)計課 程 單片機課程設(shè)計 題 目 交通燈系統(tǒng) 院 系 機電系 專業(yè)班級 學(xué)生* 學(xué)生* 指導(dǎo)教師 2016年 03月 20日目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc21529 摘要 PAGEREF _Toc21529 3 HYPERLINK l _Toc10411 引言 PAGEREF _Toc10411 3 HYPERLINK l _Toc181 1.設(shè)計目的 PAGEREF _Toc181 4 HYPERLINK l _Toc30536 2.設(shè)計要求 PAGEREF _Toc30536 4 HYPERLINK l _Toc22441 3.系統(tǒng)總體

2、方案硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc22441 4 HYPERLINK l _Toc27050 3.1設(shè)計思想及總體設(shè)計 PAGEREF _Toc27050 4 HYPERLINK l _Toc23529 3.2硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc23529 5 HYPERLINK l _Toc1877 3.3復(fù)位電路 PAGEREF _Toc1877 9 HYPERLINK l _Toc19909 3.4數(shù)碼管顯示 PAGEREF _Toc19909 9 HYPERLINK l _Toc29392 3.5 紅綠燈顯示 PAGEREF _Toc29392 10 HYPERLINK l _Toc

3、25422 3.6鍵盤：獨立鍵盤+中斷 PAGEREF _Toc25422 10 HYPERLINK l _Toc22754 3.7系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc22754 11 HYPERLINK l _Toc12589 4軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc12589 11 HYPERLINK l _Toc4777 4.1總體流程 PAGEREF _Toc4777 11 HYPERLINK l _Toc11984 4.2循環(huán)流程控制思路 PAGEREF _Toc11984 12 HYPERLINK l _Toc22904 4.3源程序 PAGEREF _Toc22904 12 HYPE

4、RLINK l _Toc22871 5調(diào)試運行 PAGEREF _Toc22871 17 HYPERLINK l _Toc8867 5.1正常運行狀態(tài) PAGEREF _Toc8867 17 HYPERLINK l _Toc21171 5.2左右行顯示 PAGEREF _Toc21171 18 HYPERLINK l _Toc10909 5.3黃燈閃爍顯示 PAGEREF _Toc10909 18 HYPERLINK l _Toc1731 6.設(shè)計心得體會 PAGEREF _Toc1731 19 HYPERLINK l _Toc12821 7參考文獻 PAGEREF _Toc12821 19摘

5、要交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是表達的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展強。本設(shè)計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示以及倒計時時間。本設(shè)計系統(tǒng)由單片機，交通燈狀態(tài)顯示系統(tǒng)、LED數(shù)碼顯示系統(tǒng)等幾大局部組成。系統(tǒng)除根本的交通燈功能外，還具有倒計時、緊急情況處理等功能，較好的模擬實現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的狀況。本系統(tǒng)采用單片機C語言編寫，主要編寫了主程序，LED數(shù)碼管顯示程序等?？傮w上

6、完成了軟件的編寫。關(guān)鍵詞：交通燈；控制；AT89C51；倒計時顯示引言近年來隨著科技的飛速開展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件構(gòu)造，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果交通信號燈在大多數(shù)城市得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用了電子線路和繼電器控制，構(gòu)造復(fù)雜，可靠性低，故障率高。本次設(shè)計是基于AT89C51單片機的交通燈控制系統(tǒng)

7、，東西南北的通行時間可調(diào)，倒計時顯示通行時間燈功能，該系統(tǒng)具有設(shè)計周期短、可靠性高維護方便、使用簡單等優(yōu)點。1.設(shè)計目的1.1穩(wěn)固和加深對單片機原理和接口技術(shù)知識的理解； 1.2培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊和文獻資料的能力； 1.3學(xué)會方案論證的比擬方法，拓寬知識，初步掌握工程設(shè)計的根本方法； 1.4掌握常用儀器、儀表的正確使用方法，學(xué)會軟、硬件的設(shè)計和調(diào)試方法；1.5能按課程設(shè)計的要求編寫課程設(shè)計報告，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能用計 算機繪制電路圖和流程圖。 2.設(shè)計要求 1東西干道和南北干道的通行分左行，右行，直行，其中左行，右行固定15秒；直行固定30秒。 2信號燈分綠燈，紅

8、燈，黃燈，每次綠燈換紅燈時，黃燈亮3秒。 3東西干道和南北干道交替控制，每次干道綠燈交替時，有3秒鐘所有干道的交通燈都是黃燈閃爍3秒鐘，提示已經(jīng)進入路口的車輛迅速通過。 4)當(dāng)遇到突發(fā)狀況時，各個方向靜止通行，顯示紅燈，并維持5秒倒計時。3.系統(tǒng)總體方案硬件設(shè)計3.1設(shè)計思想及總體設(shè)計 1分析目前交通路口的根本控制技術(shù)以及各種通行方案，并以此為根底提出自己的交通控制的初步方案。2確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)根本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示。3進展顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設(shè)計和各器

9、件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的根本功能要求。4進展軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用C語言編寫，對單片機部構(gòu)造和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的設(shè)計。中斷鍵盤 單片機LED數(shù)碼管顯示復(fù)位電路LED指示燈晶振電路圖1 系統(tǒng)框圖 3.2硬件設(shè)計 1單片機選型：AT89C51與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容，8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，1000次可檫寫周期，全靜態(tài)操作：0Hz33Hz,三級加密程序存儲器，32個可編程I/O口線，三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙

10、數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。功能特性描述:AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C51具有以下標(biāo)準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量

11、2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口， 片晶振及時鐘電路。另外，AT89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停頓工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停頓，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89C52 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫1時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有部上

12、拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫1時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入P1.0/T2和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2E*，具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能 P1.0 T2定時器/計數(shù)器T

13、2的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出 P1.1 T2E*定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制 P1.5 MOSI在系統(tǒng)編程用 P1.6 MISO在系統(tǒng)編程用 P1.7 SCK在系統(tǒng)編程用 P2 口：P2 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫1時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行MOV* DPTR 時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的部上拉發(fā)送1。在使用8位

14、地址如MOV* RI訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫1時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流IIL。 P3口亦作為AT89C51特殊功能第二功能使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能 P3.0 R*D(串行輸入口) P3.1 T*D(串行輸出口) P3.2 INT

15、O(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1) P3.4 TO(定時/計數(shù)器0) P3.5 T1(定時/計數(shù)器1) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個A

16、LE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PROG。如有必要，可通過對特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可制止ALE操作。該位置位后，只有一條MOV*和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE制止位無效。PSEN程序儲存允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器地址為0000H-FFFFH，EA端必須保

17、持低電平接地。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時部會鎖存EA端狀態(tài)如EA端為高電平接Vcc端，CPU則執(zhí)行部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 引腳圖如下：圖2 89C51引腳圖3.3復(fù)位電路 圖3 復(fù)位電路當(dāng)8051的ALE及/PSEN兩引腳輸出高電平，RST引腳高電平到時，單片機復(fù)位。RST/VPD端的高電平，假設(shè)直接由啟動瞬間產(chǎn)生，則為啟動復(fù)位，假設(shè)通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。圖中，上電時，接通電源，電容器C相當(dāng)于瞬間短路，+5V加到了RST/VPD端，該高電平使8051全機復(fù)

18、位。假設(shè)運行過程中，需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕S，則直接把+5V加到了RST/VPD端，從而復(fù)位。顯然，該電路即可以上電復(fù)位，也可以手動復(fù)位，是常用復(fù)位電路之一。3.4數(shù)碼管顯示圖4 數(shù)碼管顯示 此處采用的數(shù)碼管時共陰極數(shù)碼管，G、F、E、D、C、B、A七個端口是輸入端口，對其各位進展賦值，置位則亮，復(fù)位則滅，用此來顯示出相應(yīng)的數(shù)字；1、2兩端用來控制高位和低位的選通顯示，只要對端口置位，便可以選擇該端口，并對其所代表的位進展賦值，顯示。正常通行狀況下，數(shù)碼管從30秒開場倒計時，各個方向，對應(yīng)點亮紅綠黃燈。遇到突發(fā)狀況，數(shù)碼管從5秒開場倒計時，各方向制止通行，點亮紅燈。3.5 紅綠燈顯示圖

19、5 紅綠燈顯示每個路口都采用了3個LED燈來顯示，分別代表紅綠黃三種燈，來模擬路口交通的變換。其中D7和D8表示轉(zhuǎn)彎模塊。以南北方向舉例，正常狀況下，從30秒開場倒計時，南北方向可直行，即綠燈D6)亮起，東西方向制止通行，亮紅燈(D2)。當(dāng)顯示至15秒時，南北方向可直行和轉(zhuǎn)彎，即兩個綠燈(D6和D7)亮起，東西方向制止通行，亮紅燈D2)。當(dāng)顯示至3秒時，通知車輛快速通過，南北黃燈D5)閃爍，東西方向制止通行，亮紅燈D2)。3.6鍵盤：獨立鍵盤+中斷圖6 獨立鍵盤+中斷采用開關(guān)來控制進入中斷，可以在路口出現(xiàn)緊急情況時，拉動開關(guān)。使紅綠燈發(fā)生相應(yīng)的改變，已處理緊急情況下車輛通行。當(dāng)發(fā)生突發(fā)情況時，

20、如救護車通過，接通上面的按鍵，各個方向中止當(dāng)前狀態(tài)，即制止通行，各個方向點亮紅燈，并維持5秒倒計時。當(dāng)完畢5秒倒計時，各個方向恢復(fù)到中止前的狀態(tài)。3.7系統(tǒng)原理圖圖7 總電路圖開 始 4軟件設(shè)計4.1總體流程南北綠東西紅30s倒計時顯示黃燈亮3s南北紅東西綠30s倒計時顯示黃燈亮3s圖8 流程圖 4.2循環(huán)流程控制思路東西紅燈南北綠燈東西紅燈南北黃燈閃東西綠燈南北紅燈東西黃燈閃南北綠燈東西紅燈南北及轉(zhuǎn)彎綠燈東西及轉(zhuǎn)彎綠燈南北紅燈中斷圖9 流程控制圖4.3源程序#include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned c

21、har uchar temp,aa,nn; sbit rn=P20; sbit nb=P21; sbit gn=P22; sbit rw=P23; sbit d*=P24; sbit gw=P25; sbit shi=P36; sbit ge=P37; /*對要使用的單片機各個口進展定義*/ bit flag=0; ucharcodetable=0*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07,0*7f,0*6f,0*77,0*7c,0*39,0*5e,0*79,0*71; /*將數(shù)字0123456789的16進制數(shù)定義成數(shù)組用以顯示*/ void delay(u

22、int z); void disp(uint n); void nb_flash(void); void d*_flash(void); void *int0();void timer0(); void LED_ON(); void *int1(); void nanbei(); void dong*i();/*將所使用的子函數(shù)定義*/ void main() uint num; num=0; aa=0; TMOD=0*01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; E*0=1; IT0=0; E*1=

23、1; IT1=1; /*中斷初始化*/while(1) nanbei(); nb_flash(); dong*i(); void delay(uint z) uint *,y;for(*=z;*0;*-)for(y=110;y0;y-); void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;aa+; if(aa=9) aa=0; flag=1; void disp(uint n) /*顯示子函數(shù)*/ while(!flag) ge=0; P0=tablen%10; delay(50); shi=1;ge=1

24、; shi=0; P0=tablen/10; delay(50); shi=1;ge=1; if(flag=1) flag=0; void nanbei() /*南北方向的紅綠燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ uint num; num=30; disp(num); while(num15) num-; P2=0*f3; disp(num); while(num4) /*南北方向及轉(zhuǎn)彎的紅綠燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ num-; P2=0*b3; disp(num); void nb_flash(void) /*南北方向的黃燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ uint a; for(a=3;a0;a-) P2=0

25、*f5; nb=1; delay(100); nb=0; disp(a); void dong*i() /*東西方向的紅綠燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ uint num; num=30; while(num15) P2=0*de; disp(num); num-; while(num3) /*東西方向及轉(zhuǎn)彎的紅綠燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ num-; P2=0*5e; disp(num); while(num0) /*東西方向的黃燈和數(shù)碼管顯示子函數(shù)*/ P2=0*ee; d*=1; delay(100); d*=0; disp(num); num-; void *int0() interrupt

26、2 /*中斷定義*/ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; LED_ON(); void LED_ON() uint b; rn=0; rw=0; gn=1; gw=1; nb=1; d*=1; for(b=5;b0;b-) ge=0;shi=1; P0=tableb; delay(1000); ge=1;shi=1; return; 5調(diào)試運行5.1正常運行狀態(tài)圖10 正常運行狀態(tài)5.2左右行顯示圖11 左右行顯示 5.3黃燈閃爍顯示圖12 黃燈閃爍顯示6.設(shè)計心得體會一周的單片機課程設(shè)計很快就完畢了，在這一周當(dāng)中，雖然開場有點困難，但是

27、經(jīng)過我們們分工合作，合理地進展設(shè)計安排，再加上教師的耐心指導(dǎo)，我們們終于順利地完成了本次單片機課程設(shè)計，同時也學(xué)到了很多東西。在本次課程設(shè)計中，我們通過動手實踐操作，進一步學(xué)習(xí)和掌握了單片機原理的有關(guān)知識，特別是程序的編程方面，加深了對單片機原理及應(yīng)用技術(shù)的認識，進一步穩(wěn)固了對單片機知識的理解，掌握簡單單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、制作、調(diào)試的方法。在設(shè)計時根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)實驗條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，進展實驗。這次的單片機課程設(shè)計重點是通過實踐操作和理論相結(jié)合，提高動手實踐能力，提高科學(xué)的思維能力，更在一周的時間了解了更多的有關(guān)單片機的知識，使知識更加豐富，使自己更加充實。與此同時，我們也對團隊分工合作有了進一步的認識，只有通過合理的分工合作，我們們才能夠在短短一周的時間完成設(shè)計任務(wù)，相信這對以后在社會上工作和學(xué)習(xí)會有很多幫助，讓我們能更好的進入工作狀態(tài)。最重要的