基于单片机的交通灯显示系统的设计及研究.doc

1、0萍乡学院课程设计2016 年 03 月 20 日课 程 单片机课程设计 题 目 交通灯系统 院 系 机电系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 1目录摘要 .3引言 .31.设计目的 .42.设计要求 .43.系统总体方案硬件设计 .43.1 设计思想及总体设计 .43.2 硬件设计 .53.3 复 位 电 路 .93.4 数码管显示 .93.5 红绿灯显示 .103.6 键盘：独立键盘+中断 .103.7 系统原理图 .114 软件设计 .114.1 总体流程 .114.2 循环流程控制思路 .124.3 源程序 .125 调试运行 .175.1 正常运行状态 .175.2 左右行显示

2、 .185.3 黄灯闪烁显示 .186.设计心得体会 .197 参考文献 .192摘要交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。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。本系统采用单片机 AT89C51 为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机，交通灯状态显示系统、LED 数码显示系统等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可

3、能出现的状况。本系统采用单片机 C 语言编写，主要编写了主程序，LED 数码管显示程序等。总体上完成了软件的编写。关键词：交通灯；控制；AT89C51；倒计时显示引言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。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交通信号灯在大多数城市得到了广泛的应用。传统的交通信号灯控制一般采用了电子线

4、路和继电器控制，结构复杂，可靠性低，故障率高。本次设计是基于 AT89C51 单片机的交通灯控制系统，东西南北的通行时间可调，倒计时显示通行时间灯功能，该系统具有设计周期短、可靠性高维护方便、使用简单等优点。31.设计目的1.1 巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；1.2 培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；1.3 学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；1.4 掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；1.5 能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用计 算机绘制电路图和流程图。 2.设计要求1）

5、东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）信号灯分绿灯，红灯，黄灯，每次绿灯换红灯时，黄灯亮 3 秒。3）东西干道和南北干道交替控制，每次干道绿灯交替时，有 3 秒钟所有干道的交通灯都是黄灯闪烁 3 秒钟，提示已经进入路口的车辆迅速通过。4)当遇到突发状况时，各个方向静止通行，显示红灯，并维持 5 秒倒计时。3.系统总体方案硬件设计3.1 设计思想及总体设计1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能

6、，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示。3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用 C 语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的设计。4图 1 系统框图 3.2 硬件设计1）单片机选型：AT89C51与 MCS-51 单片机产品兼容，8k 字节在系统可编程 Flash 存储器，1000 次可檫写周期，全静态操作：0Hz33Hz,三级加密程序存储器，32 个可编程 I/O 口线，三个 16

7、位定时器/计数器八个中断源、全双工 UART 串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。功 能 特 性 描 述 :AT89C51 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

8、 上 ， 拥 有 灵 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash， 使 得AT89C51 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 。 AT89C51 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 ， AT89C51 可

9、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 。 8 位 微 控 制 器 8K 字 节 在 系 统 可 编程 Flash AT89C52 P0 口 ： P0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 I/O 口 。

10、 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P0 端 口 写 “1”时 ， 引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 当 访 问 外 部 程 序 和 数 据 存 储 器 时 ， P0 口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。 在 这 种单片机中断键盘 复位电路晶振电路LED 数码管显示LED 指示灯5模 式 下 ， P0 具 有 内 部 上 拉 电 阻 。 在 flash 编 程 时 ， P0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 。 程序 校 验 时 ， 需 要 外 部 上 拉

11、 电 阻 。 P1 口 ： P1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p1 输 出 缓 冲 器 能驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流（ IIL） 。 此 外 ， P1.0 和 P1.2 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外 部 计 数 输 入 （ P1.0/T2） 和 时 器/

12、计 数 器 2 的 触 发 输 入 （ P1.1/T2EX） ， 具 体 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 接 收 低 8 位 地 址 字 节 。 引 脚 号 第 二 功 能 P1.0 T2（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 外 部 计 数 输 入 ） ， 时 钟 输 出 P1.1 T2EX（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） P1.5 MOSI（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.6 MISO（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.7 SCK（ 在 系 统 编 程 用 ） P2 口 ：

13、P2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 输 出 缓 冲 器 能驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流（ IIL） 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 （ 例 如 执 行 MOVX DPTR） 时 ， P2 口 送 出

14、 高 八 位 地 址 。 在 这 种 应 用 中 ， P2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送 1。 在 使用 8 位 地 址 （ 如 MOVX RI） 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 输 出 P2 锁 存 器 的 内 容 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P2 口 也 接 收 高 8 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， p2 输 出 缓 冲 器 能驱 动 4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P3 端 口 写 “1”时 ，

15、内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可以 作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输6出 电 流 （ IIL） 。 P3 口 亦 作 为 AT89C51 特 殊 功 能 （ 第 二 功 能 ） 使 用 ， 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P3 口 也 接 收 一 些 控 制 信 号 。 端 口 引 脚 第 二 功 能P3.0 RXD(串 行 输 入 口 )P3.1 TXD(串 行 输 出 口 )P3.2 INTO(外 中 断 0)P3.3

16、INT1(外 中 断 1)P3.4 TO(定 时 /计 数 器 0)P3.5 T1(定 时 /计 数 器 1)P3.6 WR(外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 )P3.7 RD(外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 )此 外 ， P3 口 还 接 收 一 些 用 于 FLASH 闪 存 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。RST复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， RST 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平 将 是单 片 机 复 位 。ALE/PROG当 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地

17、 址 锁 存 允 许 ） 输 出脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ALE 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出 固定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ： 每 当 访 问 外 部 数据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。对 FLASH 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ PROG） 。如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR） 区 中 的 8EH 单

18、 元 的 D0 位 置 位 ， 可 禁止 ALE 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 MOVX 和 MOVC 指 令 才 能 将 ALE 激 活 。 此 外 ， 该 引脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ALE 禁 止 位 无 效 。PSEN程 序 储 存 允 许 （ PSEN） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当AT89C52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 PSEN 有 效 ， 即输 出 两 个 脉 冲 ， 在 此

19、期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 PSEN 信 号 。EA/VPP外 部 访 问 允 许 ， 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000H-FFFFH） ， EA 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 编 程 ， 复位 时 内 部 会 锁 存 EA 端 状 态 如 EA 端 为 高 电 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 则 执 行 内 部 程 序 存 储器 的 指 令 。7FLASH 存 储 器 编 程 时 ， 该 引 脚 加 上 +12V

20、 的 编 程 允 许 电 源 Vpp， 当 然 这 必 须 是 该 器件 是 使 用 12V 编 程 电 压 Vpp。引 脚 图 如 下 ：图 2 89C51 引 脚 图83.3 复 位 电 路图 3 复 位 电 路当 8051 的 ALE 及/PSEN 两引脚输出高电平，RST 引脚高电平到时，单片机复位。RST/VPD 端的高电平，若直接由启动瞬间产生，则为启动复位，若通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。图中，上电时，接通电源，电容器 C 相当于瞬间短路，+5V 加到了RST/VPD 端，该高电平使 8051 全机复位。若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮 S，则直接把+5V 加

21、到了 RST/VPD 端，从而复位。显然，该电路即可以上电复位，也可以手动复位，是常用复位电路之一。3.4 数码管显示图 4 数码管显示此处采用的数码管时共阴极数码管，G、F、E、D、C、B、A 七个端口是输入端口，对其各位进行赋值，置位则亮，复位则灭，用此来显示出相应的数字；1、2 两端用来控制高位和低位的选通显示，只要对端口置位，便可以选择该端口，并对其所代表的位进行赋值，显示。正常通行状况下，数码管从 30 秒开始倒计时，各个方向，对应点亮红绿黄灯。9遇到突发状况，数码管从 5 秒开始倒计时，各方向禁止通行，点亮红灯。3.5 红绿灯显示图 5 红绿灯显示每个路口都采用了 3 个 LED

22、灯来显示，分别代表红绿黄三种灯，来模拟路口交通的变换。其中 D7 和 D8 表示转弯模块。以南北方向举例，正常状况下，从 30 秒开始倒计时，南北方向可直行，即绿灯（D6)亮起，东西方向禁止通行，亮红灯(D2)。当显示至 15 秒时，南北方向可直行和转弯，即两个绿灯(D6 和 D7)亮起，东西方向禁止通行，亮红灯（D2)。当显示至 3 秒时，通知车辆快速通过，南北黄灯（D5)闪烁，东西方向禁止通行，亮红灯（D2)。3.6 键盘：独立键盘+中断图 6 独立键盘+中断采用开关来控制进入中断，可以在路口出现紧急情况时，拉动开关。使红绿灯发生相应的改变，已处理紧急情况下车辆通行。当发生突发情况时，如救护车通过，接通上面的按键，各个方向中止当前状态，即禁