基于51單片機做簡易的交通燈

.PAGE.目錄摘要……………1設計目的………2設計任務和要求………………2設計原理分析…………………2硬件模塊及功能………………31、個模塊功能……………………32、材料清單…………43、硬件圖………5軟件模塊及功能………………61、個模塊功能原理………………62、程序清單…………63、程序流程圖……………………9調試運行………10程序編譯………………10觀察模擬仿真………………11心得體會………12參考文獻………12致……………13..摘要：單片微型計算機(單片機)自問世以來,因其小巧靈活、本錢低、控制能力強、易于產品化等優(yōu)勢,在社會各領域中得到廣泛的應用。根據(jù)89C52單片機的特點及交通燈在實際控制中的特點，本文提出一種利用單片機自動控制交通燈及時間倒計時顯示的方法，將整個系統(tǒng)縮小在一塊小小的單片機上，大大提高了產品的經濟性和輕便性。設計過程包括硬件電路設計和程序設計兩大步驟。硬件電路其構造比擬簡單，主要包括核心器件單片機、12只二極管組成的模擬交通燈、復位電路、振蕩電路、顯示數(shù)碼管模塊。單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷開展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷開展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些部份組合在一起。本文就用Keil編程，相比硬件設計程序設計較為復雜，必需同時考慮燈控制、時間顯示、緊急開關等問題，并且具有一定的C語言根底和一定的思維能力及邏輯能力。本文對十字路口狀態(tài)預設為兩種，一種是正常狀態(tài)，即倒計時60秒，交通燈循環(huán)亮，另一種是故障或緊急狀態(tài)，即無論交通燈處于何種狀態(tài)只要按下緊急開關，就立即翻開相應的綠燈，另一方向那么亮紅燈，當再按起開關那么反向，并從60秒倒計時，恢復正常狀態(tài)，分別用黃、紅、綠色燈的不同組合來表示。本系統(tǒng)采用單片機AT89C52為核心器件來設計交通燈控制器，模擬現(xiàn)實中的交通燈控制方法，具有較強的實用性。關鍵詞：89C51單片機；交通燈；自動控制；時間顯示器；一、設計目的1、通過單片機課程設計，熟練掌握C語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。2、通過交通信號燈控制系統(tǒng)的設計，掌握定時/計數(shù)器、中斷的使用方法，和簡單程序的編寫，最終提高我們的邏輯抽象能力。二、設計任務和要求任務：設計一個能夠控制十二盞交通信號燈及顯示時間60秒倒計時的模擬系統(tǒng)要求：利用單片機的定時器定時和中斷功能，令十字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅，并用共陽極數(shù)碼管顯示倒計時間。三、設計原理分析紅黃綠紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠1、根據(jù)實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設一個十字路口如上圖所以，為東南西北走向。初始狀態(tài)1東西綠燈通車，南北紅燈亮。過一段時間后，轉狀態(tài)2，東西綠燈滅，黃燈閃幾下，南北還是紅燈。再轉狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。過一段時間后轉狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃幾個黃燈，東西還是為紅燈亮，一段時間后，又循環(huán)至狀態(tài)1。列出交通信號燈的狀態(tài)表如下：〔其中，1代表燈亮，0代表燈滅〕狀態(tài)北西南東綠黃紅綠黃紅綠黃紅綠黃紅10011000011002001010001010310000110000140100010100012、對于交通信號燈來說，應該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是一樣的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機部的I/O口上的P1口中的6個引腳即可來控制12個信號燈。3、通過編寫程序，實現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規(guī)律進展狀態(tài)轉換。4、通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統(tǒng)的根底上，增添其倒計時間的顯示功能，實現(xiàn)其功能的擴展。四、硬件模塊及功能主要用到的硬件：P1口、P3口、P2口、LED數(shù)碼管、發(fā)光二級管、定時器T0、外部中斷0和外部中斷1、復位開關1、個模塊功能：發(fā)光二極管電路：根據(jù)發(fā)光二極管的特性，將二極管的正極與電源相接〔+5V〕，其中與一個500歐姆的電阻串聯(lián)。而發(fā)光二極管的負極與單片機的P1的八個端口相接，這樣只要P1口的某個端口出現(xiàn)低電平，即二極管導通發(fā)光。復位電路：本電路采用的是按鍵電平復位，按復位鍵后復位端通過電阻與VCC電源接通，此時復位端由低電平變?yōu)榱烁唠娖?，從而到達復位的效果。復位電路關系到一個系統(tǒng)能否可靠地工作，一般由電阻、電容和門電路組成。晶振電路：80C51系列單片機部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘，外部需附加電路，引腳XTAL1是為反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入端，XATL2為反相放大器的輸入端。本電路是由一個12M晶振和兩個22pF的無極性電容組成。數(shù)碼管驅動顯示電路：由于數(shù)碼管是四位一體的，所以必須采用動態(tài)掃描方式，其根本原理是利用人眼的"視覺暫留〞效應。接口電路把所有顯示器的8個筆端a—b分別并聯(lián)在一起，本電路時接單片機的P2口。每一個顯示器的公共端各自獨立地受I/O線控制，本電路采用的是單片機P0.0、P0.1、P0.2、P0.3。CPU向字段輸出口送出字型碼時，所有的顯示器都能接收到，再利用循環(huán)掃描的方式分時選通個顯示器的公共極，是各個顯示器輪流導通。當掃描的速度到達一定程度時，人眼就分辨不出來了，認為各個顯示器同時發(fā)光了。緊急開關電路：緊急開關電路很簡單，只需要兩個開關。為了便于中斷想象的產生，開關一端接于P3.2P3.3口，因為其具有中斷的功能，另一端接地就行。當按鍵按下時相應的端口就會承受到低電平從而程序產生中斷。2、材料清單：STC89C52+40腳底座1個12MHz晶振1個四位共陽極數(shù)碼管+14腳底座1個PNP(9012)4個8X8按鍵1個LED發(fā)光二極管12個無極性電容22pF2個極性電容10uF1個4.7K電阻4個500歐電阻6個10K電阻3個自鎖按鍵2個3、硬件圖五、軟件模塊及功能1、各模塊功能及原理數(shù)碼管顯示：程序進入主程序后在顯示程序中一直循環(huán)，通過定時器中斷改變aa、bb的值，使得數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字。顯示程序利用動態(tài)掃描原理：首先將共陽極編碼送入P2口，同時翻開P0口的第一個數(shù)碼管關閉其他數(shù)碼管，然后將下一個編碼送入P2口，同時翻開P0口的第二個數(shù)碼管關閉其他數(shù)碼管，以此類推。讓人的視覺產生誤差，這樣就看到了四位數(shù)碼管同時顯示并且不斷變化。定時器中斷：本程序采用定時/計數(shù)器0，定時時間為50ms，讓它50ms產生一次中斷，進入中斷后把〔6000-5000〕/256賦給高八位，把〔6000-5000〕%256賦給底八位，然后shu加1，判斷shu的情況：如果shu等于1140即從開場到57s就將0XF5賦給P1口〔南北點亮黃燈，東西依然紅燈〕。如果shu等于1200即過了60s，將0xDE賦給P1口〔南北亮紅燈東西綠燈〕。如果shu等于2340即過了60+57s，就將0xEE賦給P1口〔東西亮黃燈，南北紅燈〕。如果shu等于2400即過了兩分鐘，就將0xF3賦給P1口〔點亮南北綠燈，東西紅燈〕，同時將shu、xianshi重新賦值并且進入下一階段定時中斷。外部中斷：本程序采用外部中斷0和外部中斷1，即P3.2和P3.3口，由于定時器中斷0比外部中斷2優(yōu)先級高，所以初始化程序中將PX1=1設定外部中斷1為高優(yōu)先級，這樣就可以到達緊急開關的作用，當按下緊急開關1時，即P3.2口由高電平變?yōu)榈碗娖?，程序立即進入中斷程序，將東西方向變?yōu)榫G燈，南北方向紅燈，同時在中斷程序中判斷P3.2口是否有低電平信號，如果有〔將開關按起〕即將東西方向點亮綠燈南北方向紅燈并且重新給shu、xianshi、aa、bb賦值，使得數(shù)碼管從60秒重新倒計時。緊急開關2與其相似。2、程序清單：#include<reg52.h>#define uintunsignedint#define ucharunsignedchar sbitP32=P3^2;sbitP33=P3^3;uintshu;ucharxianshi,xianshi2;ucharaa,bb;//帶小數(shù)點的共陽極數(shù)碼管的段編碼0--9ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};voidinit()//初始化函數(shù){ shu=0; xianshi=60; aa=6; bb=0; P0=0xff; P1=0; TMOD=0x01;//用定時器0方式1 EA=1;//翻開中斷 ET0=1; //翻開定時器0中斷 TL0=15536/256; TH0=15536%256; EX0=1;//外部中斷0 EX1=1;//外部中斷1 IT0=0;//外部中斷0電平觸發(fā) IT1=0;//外部中斷1電平觸發(fā) PX1=1;//設定外部中斷1為高優(yōu)先級}voidDelay(unsignedinti)//延時程序{unsignedintj; for(;i>0;i--) for(j=0;j<125;j++) {;}}voiddisplay(uchara,ucharb,ucharc,uchard){ P2=table[a];//北十位 P0=0xfe; Delay(2); P2=table[b];//北個位P0=0xfd; Delay(2); P2=table[c];//西十位P0=0xfb; Delay(2); P2=table[d];//西個位P0=0xf7; Delay(2);}voidmain(){ init(); TR0=1;//啟動定時器0 P1=0xff; P1=0xf3;//點亮南北綠燈，東西紅燈 while(1) { display(aa,bb,aa,bb); }}voidtimer0()interrupt1using1{ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; shu++; if(shu%20==0) { xianshi--; xianshi2--; aa=xianshi/10; bb=xianshi%10; } if(shu==1140) { P1=0xf5;//南北黃亮，東西依然紅燈 } if(shu==1200) { P1=0xDE;//南北亮紅燈，東西綠燈 xianshi=60; } if(shu==2340) { P1=0xee;//東西亮黃燈，南北紅燈 } if(shu==2400)//再過3s返回{ shu=0; xianshi=60; P1=0xf3;//點亮南北綠燈，東西紅燈 } }voidinter0()interrupt0using2//南北方向綠燈{ P0=0xff; P1=0xf3;//南北綠東西紅 while(P32==0){}; P1=0xDE; xianshi=60; shu=1200; aa=6; bb=0;}voidinter1()interrupt2using3 //東西方向綠燈{ P0=0xff; P1=0xDE;//東西綠南北紅 while(P33==0){}; P1=0xf3; xianshi=60; shu=0; aa=6; bb=0;}3、程序流程圖六、調試運行1、程序編譯程序完成后，確保無誤，然后進展編譯。編譯無錯并將程序生成.hex文件圖：2、觀察模擬仿真利用模擬仿真觀察現(xiàn)象，將外圍設備中P0、P1、P2、P3口翻開。程序正常運行：利用模擬仿真，模擬緊急開關作用，即在程序運行，將P3.2和P3.3口變?yōu)榈碗娖剑^察其現(xiàn)象。七、心得體會在一個多月的單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超