1、单片机交通灯课程设计单片机课程设计报告单片机控制的交通灯控制系统姓 名：学 号：专业班级：指导老师：所在学院： 2010年5月20日摘要当今时代是一个自动化时代，随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。红绿灯控制是智能交通系统的一个重要部分，本设计给出了一个用单片机控制的简易交通红绿灯自动控制系统。该系统采用AT89S52系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89S52芯片的P1口设置红、绿灯点亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过P0口输
2、出，显示时间直接通过P1口输出至双位数码管）。 在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较窄而车辆通行较多，主干道，支干道的车辆通行时间不等，并设有单双道限行，同时设有道路应急控制。具体的情况是：在正常的情况下，南北主干道通行时间为30秒，东西支干道通行时间为20秒，并且能够在人工监控状态下，如果一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能通过人工控制立即让有车道放行，而且有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。本设计的意义在于通过具体的控制系统的设计，掌握单片机机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。
3、使大家能在实践教学环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。关键词 交通灯控制、AT89S52、人工监控、数码管显示目录 1 概述 311 课题名称 312 设计要求 313 课程设计的意义 32 系统总体方案设计 421 芯片的选择与简单介绍 422系统方框图 523 工作原理 524 电路原理图 63 硬件设计 731 电源电路 732 单片机最小系统 733 显示电路 83.4 信号灯电路 94 软件设计 1041 系统分析 1042 参数计算 1043 程序流程图 115 实验仿真 1251 系统仿真电路图 1252 仿真结果分析 126课程设计体会 13参考文献 1
4、4附1源程序代码 15附2系统原理图 211 概述11 课题名称单片机控制的交通灯控制系统12 设计要求设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具体要求如下： 1）用红、黄、绿三色发光二极管作信号灯。主干道为南北向，有红、黄、绿三个灯两组；支干道为东西向，也有红、黄、绿三个灯两组。绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外；红灯亮禁止通行。 2）由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行30s，支干道每次放行20s，时间可设置修改。在每次由
5、亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要求黄灯先闪亮5s作为过渡，然后才能变换车道运行，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。 3）能实现正常的、即时显示功能，用实验箱上的4个七段数码管作为到计时显示器，分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯亮的时间。4）一道有车二另一道无车(实验时用开关K0和K1控制)，交通灯控制系统能立即让有车道放行。用K0开关模拟主干道有车，支干道无车；K1开关模拟支干道有车，主干道无车。 5）能实现特殊状态的功能显示，有紧急车辆通过时，系统要能禁止普通车辆通行。紧急车辆由K2开关模拟，当K2=1即K2开关闭合时，进入特殊状态。当K2=0时，退出特殊状态。按K2后，能实现
6、特殊状态功能： （1） 显示器闪烁； （2） 计数器停止计数并保持在原来的数据； （3） 东西、南北路口均显示红灯状态； （4） 特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。6）能实现控制器总清零功能 按下复位键R后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。13 课程设计的意义 单片机原理及应用技术是一门理论和实践性很强的课程,只依靠课堂教学,而学生不亲自动手去做,学生只能略懂一些肤浅的理论知识，这样，课堂教学就没收到预期的效果。通过课程设计综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，我们获得初步的应用经验。当我们遇到问题，就通过查书、上网找资料，或与老师和同学
7、交流加以解决。在发现问题和解决问题中，我们加深了对所学电子电路、单片机软硬知识的理解，并可以窥见项目开发的冰山一角，而且对我们的毕业设计也进行了预热，为我们将来走出校门从事电子设计的相关工作打下基础。 2 系统总体方案设计21 芯片的选择与简单介绍 主控芯片采用AT89S52单片机。单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了，纵观生活的各个领域，从导弹
8、的导航装置，到讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子 宠物等，这些都离不开单片机飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通。（ ( 图1)与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、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。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flas
9、h 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。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。AT89S52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，AT89S52 可降至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
10、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 AT89S52其以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。 22系统方框图 23 工作原理 由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行30秒，东西方向通行20秒，数码管采用动态显示，P1口送字形码，P
11、2口送字位选通信号，通过单片机的P0口控制各种信号灯的点亮与熄灭。采用中断方式实现按键的功能。24 电路原理图（图 2）3 硬件设计31 电源电路 采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图所示 （图 3） 电源电路220V电压经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。32 单片机最小系统 (图 4)单片机最小系统以89C51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89C51单片机系列
12、是MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30pF。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。33 显示电路因为系统要求南北
13、和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间。数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。 （图 5） 3.4 信号灯电路本设计利用单片机的p2口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管,如下图所示。 （图 6） 4 软件设计41 系统分析 总体流程图（实现各种状态间的转换）：42 参数计算 T0的计数初值：X=21
14、6-12*50*1000/12=15536=3CB0H43 程序流程图5 实验仿真51 系统仿真电路图 （图 7）52 仿真结果分析 仿真实验能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换，可以准确显示每个状态所剩余的时间，按下禁行普通车辆键，东西南北方向都亮红灯；按下南北放行键，南北绿灯亮，东西红灯亮；按下东西放行键，东西绿灯亮，南北红灯亮；任何时候按下返回键，此系统都将回到初始状态，实现了课程设计的要求。6课程设计体会本系统就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引角。系统统采用MSC-52系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口控制红、黄、绿灯的燃亮与熄灭；
15、P0口外接数码管来显示各个信号灯的时间。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位子以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。参考文献1余发山编著.单片机原理及应用技术 . 江苏：中国矿业大学出版社，2003.122付家才. 单片机控制工程实践技术. 北京：化学工业出版社，2004.53潘新民.微型计算机控制技术 M.北京：人民邮电出版社，1999.94余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术M.陕西:西安电子科技大学出版社,2000.7 5孙育才等编著.ATMEL新型AT89S52系列单片机
16、及其应用.北京：清华大学出版社，2005 .1附1源程序代码ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0013H LJMP INT1 ORG 001BH LJMP INT2 ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#60H MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FFH MOV R0,#00H MOV A,#0DBH MOV P2,A NOPSTAR: SETB EA SETB EX0 SETB EX1 SETB ET1 SETB ET0 SETB TR1 SETB PX1 CLR IT0 CLR IT1 M
17、OV R7,#19H MOV R0,#1EHLOOP1: MOV A,#0DEH MOV P2,A SETB P2.1 LCALL DELAY1 DEC R0 DJNZ R7,LOOP1 MOV R7,#05HLOOP2: MOV A,#0DDH MOV P2,A LCALL DELAY MOV A,#0DFH MOV P2,A LCALL DELAY DEC R0 DJNZ R7,LOOP2 MOV R7,#14H MOV R0,#0FHLOOP3: MOV A,#0F3H MOV P2,A LCALL DELAY1 DEC R0 DEC R7 MOV A,R0 CJNE A,#00H,LO
18、OP3 MOV R0,#05HLOOP4: MOV A,#0EBH MOV P2,A LCALL DELAY MOV A,#0FBH MOV P2,A LCALL DELAY DEC R0 DJNZ R7,LOOP4 LJMP STARINT0: SETB RS0 PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV R0,#05H MOV R7,#05HINT01: MOV A,#0EBH MOV P2,A LCALL DELAY MOV A,#0FBH MOV P2,A LCALL DELAY DEC R0 DEC R7 MOV A,R0 CJNE A,#00H,INT01 MOV
19、 R7,#14H MOV R0,#19HINT02: MOV A,#0DEH MOV P2,A LCALL DELAY1 DEC R0 DJNZ R7,INT02 MOV R7,#05HINT1: PUSH PSW SETB RS1 PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV R7,#0AH MOV R0,#0AHINT11: MOV A,#0DBH MOV P2,A LCALL DELAY1 DEC R0 DJNZ R7,INT11 CLR IT1 POP DPL POP DPH POP ACC CLR RS1 POP PSW RETIINT2: SETB RS0 PUSH
20、 ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV R0,#05H MOV R7,#05HINT21: MOV A,#0DDH MOV P2,A LCALL DELAY DEC R7 DJNZ R0,INT21 MOV R7,#19H MOV R0,#14HINT22: MOV A,#0F3H MOV P2,A LCALL DELAY1 DEC R7 DJNZ R0,INT22 MOV R0,#05HIDELAY: MOV R5,#01H SJMP DELAY2DELAY1: MOV R5,#02HDELAY2: MOV A,R0 MOV B,#0AH DIV AB MOV DPTR,#TA
21、BLE MOVC A,A+DPTR MOV R1,A MOV A,B MOV DPTR,#TABLE MOV R2,A MOV A,R7 MOV B,#0AH DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R3,A MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV R4,ADELAY3: MOV R6,#0CEHDELAY4: MOV A,R1 CLR P1.1 LCALL DISP SETB P1.1 MOV A,R2 CLR P1.0 MOV A,R3 CLR P1.5 LCALL DISP SETB P1.5 MOV A,R4 CLR P1.4 LCALL DISP SETB P1.4 DJNZ R6,DELAY4 DJNZ R5,DELAY3 RETITABLE: DB 3FH DB 06H DB 5BH DB 4FH DB 66H DB 6DH DB 7DH DB 07H DB 7FH DB 6FH RETDISP: MOV 2BH,#0A1HDISP1: MOV P0,A NOP DJNZ 2BH,DISP1 RET 附2系统原理图
