2022年单片机交通灯控制器方案设计书.docx

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1、精品学习资源重庆科技学院课程设计报告同学姓名 :贾瑞楠学 号:2021630943设计地点（单位） I506 _ 设计题目 :单片机交通灯掌握器设计完成日期： 2021 年 9 月 12 日指导老师评语 : _成 绩 （ 五 级 记 分 制 ） : 指导老师（签字） : 院（系） :电气与信息工程学院专业班级 : 电自专 09 级 2 班摘要欢迎下载精品学习资源随着生活水平的提高，汽车越来越普及；因此，红绿灯安装在各个道口上，也慢慢成为了疏导交通车辆最常见和最有效的手段；信号灯的显现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行才能，削减交通事故有明显成效；本系统采纳80C51 单片机为

2、中心器件来设计交通灯掌握器，实现了实时显示当前通行剩余时间；按东西道红灯和南北道绿灯亮22 秒后东西道、南北道黄灯闪耀 3 秒，再东西道绿灯和南北道红灯亮27 秒，之后黄灯闪耀 3 秒的规律掌握东西和南北方向的交通灯；能手动设置通行方向3 种功能； 4 位数码管显示剩余通行时间， 2 位显示东西方向通行剩余时间，2 位显示南北方向通行剩余时间；本系统有用性强、操作简洁、扩展功能强；关键词： 单片机交通灯动态扫描自动掌握手动设置1 交通灯掌握器的功能规划欢迎下载精品学习资源本次设计的交通灯掌握器有2 种工作模式，分别是正常状态下的自动掌握模式和紧急情形下的手动掌握模式；自动掌握模式是在单片机的掌

3、握下实现东西道与南北道红绿灯循环点亮，倒计时剩 3 秒时黄灯闪耀警示，并且实时显示当前通行剩余时间；手动掌握模式是在有按键按下的时候相应的通道置于绿灯，另外一个通道置于红灯，直到有返回键按下之后自动返回到自动掌握模式；2 方案设计欢迎下载精品学习资源2.1 硬件方案设计本次课程设计所使用的单片机为 STC89C51，STC89C51 是一个低电压， 高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序储备器和 128 bytes的随机存取数据储备器（ RAM ），器件采纳 STCMEL 公司的高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统

4、，片内置通用 8 位中心处理器和 Flash 储备单元，内置功能强大的微型运算机的 STC89C51 供应了高性价比的解决方案；STC89C51 主要功能特性：1、兼容 MCS 51 指令系统， 4k 可反复擦写 1000 次） Flash ROM2、32 个双向 I/O 口，可编程 UARL 通道3、两个 16 位可编程定时 /计数器，全静态操作 0-24MHz4、1 个串行中断， 128x8bit 内部 RAM5、两个外部中断源，共6 个中断源6、可直接驱动 LED ，3 级加密位7、低功耗闲暇和掉电模式晶振采纳 11.0592MHZ 供应定时脉冲；复位电路：上电复位，按键复位；本次设计的

5、交通灯掌握器涉及的硬件主要有按键、数码管、单片机、LED 、串口，等其它附加设备，其连接关系图如下由于硬件的缘由，黄灯的连接省略 ：P0.0-P0.7P2.3-P2.6数码管单片机按键P2.0P2.1P2.2P1.0 P1.1 P1.2 P1.3SNEWBACKLED 灯图 1 交通灯硬件连接图欢迎下载精品学习资源2.2 软件方案设计2.2.1 程序实现的基本功能1) 实时显示当前通行剩余时间（ 4 位数码管显示， 2 位显示东西方向通行剩余时间， 2 位显示南北方向通行剩余时间）；2) 按以下规律掌握东西和南北方向的交通灯22S3S27S3S东西道 EW红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道 SN绿

6、灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮3) 能手动设置通行方向；2.2.2 程序结构本程序主要分为 2 大块，主程序和定时器 0 的中断程序；主程序包括了定时器 0 和串口的初始化程序；定时器0 的中断程序包括了LED 灯的掌握，剩余时间的运算以及按键的扫描，计时和刷新显示程序，在定时器0 的中断程序中每 50ms 调用一次；欢迎下载精品学习资源主程序 定 时 器 0 和 串 口 的初 始 化 程序定时器 0 的中断程序LED 灯的掌握剩 余 时 间 的运算按键的扫描计时刷新显示程序欢迎下载精品学习资源图 2 掌握程序的结构图3 硬件电路设计与分析欢迎下载精品学习资源3.1 CPU 时钟与复位电路图 3 单片

7、机复位电路单片机在正常工作时， RST 应保持低电平；当RST 为高电平并且保持10ms 以上时间就能实现复位；当手动复位按下K1 时，电容瞬时充电，使RST 为高电平，而放电要经受肯定时间，这段时间大于10ms，从而实现复位操作；3.2 数码管显示电路数码管主要是用于数字的显示；数码管有共阴和共阳的区分，单片机都可以进行驱动，但是驱动的方法却不同；四位数码管循环电路是由 1K 的电阻、 IN4148 二极管和数码管组成，电源 +5V 通过 560 的电阻直接给数码管的 7 个段位供电， P0.0-P0.7 对应了接数码管的 A,B,C,D,E,F,G 和小数点位， P1.0， P1.1，P1

8、.2， P1.3接位选码；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源g f GND a b表 1 8 段 LED 段码欢迎下载精品学习资源显示字符共阴极段码显示字符共阴极段码03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH欢迎下载精品学习资源c d GND e dp466H96FH图 4 8 段 LED 形状及引脚欢迎下载精品学习资源本设计采纳四位共阴极的七段数码管，显示当前通行剩余时间；采纳动态 显示方式， P0 口送段选码， P1 口的低四位送位选码；当相应的端口变成高电平常，驱动相应的 PNPS8550 三极管会导通， +5V 通过 IN4148 二极管和驱动三极管给数码管

9、相应的位供电，这时只要P0 口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示需要的数字；图 5 数码管电路图3.3 按键接口电路由于本设计能手动设置成东西道EW 通行或南北道 SN通行以及返回自欢迎下载精品学习资源动掌握模式，故共需要 3 个按键；主要是留意按键的去抖动处理，软件法去抖动的实质是软件延时，即检测到某一键状态变化后延时一段时间，再检测该按键的状态是否保持着，如是就作为按键处理，否就，视为抖动，不予理会；去抖动的延时时间一般参考资料多描述为20ms 左右，在实际应用中应大于20ms；否就，会导致按一次多处理，影响程序正常执行；图 6 按键接口电3.4 LED 指示电路由于所采纳的板子共有8

10、 个六个共阳极的发光二极管，而2 个方向只需要6 个发光二极管来分别代表红绿灯；故挑选左边三个从左到右依次为东西道EW 的红、黄、绿灯，右边三个从右到左依次为南北道SN的绿、黄、红灯；中间 2 个废弃不用；图 7 LED 指示灯电路欢迎下载精品学习资源4 软件设计4.1 掌握程序的结构及模块划分本程序主要分为 2 块，主程序和定时器 0 的中断程序；4.2 主程序主程序是主体部分；包括了定时器0 和串口的初始化程序；开头变量、数组、端口初始化函数初始化定时器 T0 、串口 初始化主循环： while1 的死循环图 8 主程序流程图对变量、数组、端口的初始化有段码的赋值，数码管显示初值以及各标志

11、位的初始化；函数的初始化包括了定时器T0 的触发方式，中断的打开；定时器的计数初值为 TH0=0xee,TL0=0x00,即定时器定时 5ms 产生一次中断， 200欢迎下载精品学习资源次中断即为 1 秒，便利运算；4.3 定时器 0 中断服务程序定时器 0 中断服务程序主要是数码管刷新显示程序，用来倒计时显示；进入中断后，程序又把初值设置成系统初始化时所设定的值，数码管位选标志位 自加 1，当标志位等于 4 时，位选标志位又重新赋值0；数码管采纳动态扫描原理，采纳switch语句编写，在每次扫描以前要先关闭全部的位选，然后再 送由剩余时间运算函数所运算出的剩余时间值的对应的段码，最终再开由位

12、选 标志位所对应的位码，如此便实现了数码管的动态扫描；由于动态扫描程序是写在定时器内的，而定时器定时为5ms，即每 5ms 扫描一位数码管， 4 位数码管，故 20ms 循环一次；写入定时器初值 5ms调用剩余时间运算函数数码管输出中断返回图 9 定时器 0 流程图4.4 LED 显示程序采纳的为共阴极 LED ，本设计将 LED 的显示程序写在了定时器 0 中断程序内，采纳是的 switch语句，用 operation_type来作标志，程序未涉及到黄灯的闪耀，只设计的先是南北道通60s，后是东西道通 60s，所以在南北道和东西道分别通的时候只需要 case语句就可以了，即case 1: R

13、_EW = 0；G_EW = 1；R_SN = 1；G_SN = 0；if+time_count = 12000 time_count = 0；operation_type = 2；return；i=1；j=0 ；欢迎下载精品学习资源break；case 2: R_EW = 1；G_EW = 0；R_SN = 0；G_SN = 1；if+time_count = 12000time_count = 0；operation_type = 1；return； i=0；j=1 ；break；4.5 数码管显示程序在程序开头定义了一个数组：unsigned char Data_Buffer4=0,0,

14、0,0 ；前 2 位分别用来存放南北方向剩余通行时间的十位和个位，后2 位分别用来存放东西方向剩余通行时间的十位和个位；为了便于运算，利用 count-5的值来运算剩余通行时间，算出十位与个位即可，可写成Data_Buffer0=count-5/10 ；Data_Buffer1=count-5%10 ；Data_Buffer2=count-5/10 ；Data_Buffer3=count-5%10 ；再由动态扫描程序输出对应的段码，数码管就能实时的显示当前通行剩余时间了；LED 显示程序和数码管显示程序都应当写到while1 死循环内；4.6 按键扫描及处理程序手动模式可以设置为南北通和东西通

15、以及返回到自动模式，所以共需3个按键；本设计将南北通 SN和东西通 EW2 个按键分别接 P2.0 和 P2.1，返回按键 BACK 接到了 P2.2 口，采纳扫描法来检测键盘是否按下；由于按键采纳的是扫描法，故需要留意消抖的处理，在此用软件法去抖动即可；软件法去抖动的实质是软件延时，即检测到某一键状态变化后延时一段时间，再检测该按键的状态是否保持着，如是就作为按键处理，否就，视为抖动，不予理会；去抖动的延时时间一般参考资料多描述为20ms 左右，在实际应用中应大于 20ms；否就，会导致按一次多处理，影响程序正常执行；欢迎下载精品学习资源5 调试与测试在程序的最初编写中，由于对time_co

16、unt 的值运算纷乱，从而导致了LED 的点亮与数码管倒计时不一样，经过认真的验算，调整对time_count 的算法，最终使 LED 的点亮、黄灯的闪耀能够与倒计时一样了；在定时器的运用上，由于开头没有对TR0 和 EA 置 1，虽然启动了定时器，但是 CPU 并没有响应中断，导致不能正常计数，从而使程序不能正常运行；在发觉问题并对 TR0 和 EA 进行置 1 后，问题便迎刃而解；动态扫描过程由于是写在定时器内的，所以是每5ms 扫描一个数码管，20ms 循环 1 次，因此时间很短暂，由于数码管的余晖和人眼的视觉暂留作用，造成 4 位同时亮的假象，达到同时显示的成效；在对TR0 和 EA

17、置 1 后数码管扫描便正常显示了；在按键上， EW 按键、 SN 按键和 BACK 按键采纳的是扫描法，之前并没有进行去抖动处理，所以导致对按键的扫描不精确；发觉这一错误后，在检测 到某一键状态变化后加上一个延时程序，再次检测该按键的状态是否保持着， 如是就作为按键处理，否就，视为抖动，不予理会，即软件法去抖动；在添加 了延时程序后按键便能正常的工作了；欢迎下载精品学习资源6 技术小结本次设计以 STC89C51 单片机平台采纳 C 语言编写交通灯掌握程序，运用到了 LED 、数码管、按键等基本元件；在主程序的循环扫描中，包含了LED 灯循环点亮程序、数码管示值运算程序以及键盘扫描程序等；使用

18、定时器 0 来定时计数，为数码管的扫描以及总的程序供应时间基础；2 个外部中断分别用来接收按键产生的信号，使程序进入相应的模式；设计主要包括了交通灯各方向通行状态的显示和数码管对当前通行剩余 时间的实时显示，以及手动操作南北或东西方向的通行；而在程序设计和编写 的过程中也遇到许很多多的问题，例如LED 灯与数码管数值显示的不一样， 按键由于没消抖而产生的纷乱等等；经过不断查找和修改，这些问题也都得到 了很好的解决，最终实现了题目要求的功能；欢迎下载精品学习资源7 交通灯掌握器使用说明本交通灯掌握器分为自动掌握模式和手动掌握模式；按下电源开关后，系统进入自动掌握模式，南北方向与东西方向在通行时间

19、终止后自动切换，同时数码管实时显示当前通行剩余时间；东西方向和南北方向交通灯是切换规律控如下表所示，其中的黄灯为闪耀成效；22S3S27S3S东西道 EW红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道 SN绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮手动掌握模式：上电后，只要按下EW 键或是 SN 键便进入到手动掌握模式； EW 键：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，即东西方向通行；SN 键： 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，即南北方向通行，无论是按下EW 键仍是 SN 键，数码管显示的通行剩余时间均停止；BACK 键：按下之后返回到自动掌握模式，数码管连续计时；欢迎下载精品学习资源参考文献1 张毅刚 .新编 MSC 51 单片机

20、应用设计 .哈尔滨：哈尔滨工业高校出版社，20032 李 广 弟 . 单 片 机 基 础 . 北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， 19923 何立民 .MCS 51 单片机应用系统设计 .北京：北京航空航天高校出版社，19904 何立民 .单片机应用技术选编 .北京：北京航空航天高校出版社，19965 王毅.单片机器件应用手册 .北京：人民邮电出版社，19956 房小翠 .单片机使用系统设计技术.北京：国防工业出版社，19997 张毅刚 .单片机原理及应用.北京：高等训练出版社，2021欢迎下载精品学习资源附录 1 原理图附录 2 源程序欢迎下载精品学习资源#inclu

21、de #define THC0 0xee #define TLC0 0x00unsignedcharcodeDuan=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F；unsigned char Data_Buffer4=0,0,0,0 ；static int count=0,a=0,b=0,c=0,d=0,i=0；sbit P10=P10；/四个数码管的位码口定义sbit P11=P11；sbit P12=P12；sbit P13=P13；sbit key=P34；static unsigned char wei=0；void delayin

22、t iwhilei i- ；void mainIT0=1；EX0=1；/使能外部中断 0 IT1=1；EX1=1；/使能外部中断 1TMOD=0x01 ；TH0=THC0 ；TL0=TLC0 ；TR0=1；欢迎下载精品学习资源ET0=1；EA=1；while1ifcount=100count=0；ifd=0switchacase 0:P2=0x7e；break；case 44:P2=0xbd；break；case 45:P2=0xff；break；case 46:P2=0xbd；break；case 47:P2=0xff；break；case 48:P2=0xbd；break；case 49:

23、P2=0xff；break；case 50:P2=0xbd；break；case 51:P2=0xff；break；case 52:P2=0xdb；break；case 106:P2=0xbd；break；case 107:P2=0xff；break；case 108:P2=0xbd；break；case 109:P2=0xff；break；case 110:P2=0xbd；break；case 111:P2=0xf；fbreak；case 112:P2=0xbd；break；欢迎下载精品学习资源case 113:P2=0xff；break；default : break；c=a/2；ifc=

24、26 b=56-c ；else b=25-c；a+；ifa=114a=0；b=0；ifd=1P2=0x7e；a-；ifd=2P2=0xdb；a-；if key=0 delay5；if key=0 d=0；Data_Buffer0=b/10 ；欢迎下载精品学习资源Data_Buffer1=b%10 ；Data_Buffer2=b/10 ；Data_Buffer3=b%10 ；void timer0_ISRvoid interrupt 1TL0=TLC0 ；TH0=THC0 ；count+；wei+ ；ifwei=4wei=0 ；P1|=0xff；/ 先关位码P0=DuanData_Bufferw

25、ei ；/开段码/ifwei=1 P0=DuanData_Bufferwei|0x80 ；switchwei/送位码case 0: P10=0；break； case 1: P11=0；break； case 2: P12=0；break； case 3: P13=0；break；void int0 interrupt 0 / 外部中断 0 程序入口d=1；欢迎下载精品学习资源void int1 interrupt 2 / 外部中断 1 程序入口d=2；目 录1. 交通灯掌握器的功能规划12. 方案设计 错误！未定义书签；2.1 硬件方案设计 32.2 软件方案设计 43 硬件电路设计与分析43.1 CPU 时钟与复位电路 53.2 数码管显示电路 5欢迎下载精品学习资源3.3 按键接口电路 63.4 LED 指示电路 74 软件设计 错误！未定义书签；4.1 掌握程序的结构及模块划分84.2 主程序 84.3 定时器 0 中断服务程序 94.4 LED 显示程序 94.5 数码管显示程序 104.6 按键扫描及处理程序105 调试与测试 错误！未定义书签；6 技术小结 错误！未定义书签；7 交通灯掌握器使用说明错误！未定义书签；8 参考文献 错误！未定义书签；附录 1 原理图 15附录 2 源程序 15欢迎下载