单片机原理及应用课程设计(共28页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上成绩 课程设计报告 题 目 十字路口交通灯控制系统设计课 程 名 称 单片机原理及接口技术 院 部 名 称 龙蟠学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 M09电气工程及其自动化II班 学 生 姓 名 李泓昆 学 号 课程设计地点 C314 课程设计学时 16 指 导 教 师 姜玉东 金陵科技学院教务处制专心-专注-专业目录1 绪 论随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中

2、最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。目前，有一种“自动控制”控制交通灯的方法。利用事先编制好的程序输入单片机，再利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。2课程设计目的和要求2.1 课程设计目的单片机原理及应用课程设计

3、的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。2.2课程设计要求1、认真查阅资料；2、遵守课程设计时间安排；3、认真保质保量完成设计要求；4、认真书写报告。2.3课程设计实验设备、环境伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统、微型计算机

4、等。3课程设计思路3.1基本要求设计一个单片机控制的十字路口交通灯控制系统。系统功能要求：此十字路口交通灯控制系统，分东西道和南北道，设南北道为A道，东西道为B道。规定：首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始25s倒计时，以7段数码管显示时间。25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2s时，南北路口黄灯亮。完成1次这样的循环需要30s。30s结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。若有紧急车辆要求通过时，此系统应能禁止普通车辆，而让紧急车辆通过。3.2系统方案设计根据总的设计方案，由于单片机应用系统具有硬软件结合的特点，可以对硬件功

5、能模块的调试往往需要在相应软件的支持下才能进行，通常在总体方案设计时，就须提出各硬件功能模块的调试方法。1、本设计以单片机为控制核心，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、状态显示、特种车辆检测和倒计时模块等。a.单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。 b.行车状态指示采用LED发光管，排列成十字路口形状，可有三种颜色指示通行、禁止与准备，形象更加直观。c.特种车辆处理，当有特种车辆到来时，可手动采取措施（通行与禁止），非常可靠。d.当到深夜里时，又应对交通灯采取一定的措施，即黄灯一直闪烁，数码管显示“-”。2、交通灯方

6、案设计：基于上面的基本要求设计了十字路口交通灯控制系统方案，具体方案如下：A、B两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为A、B两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案设计见图3-1和表3.1。A东A西图3-1方案设计框图如上图所示：设东西道为A道，南北道为B道。详细规定：首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始30s倒计时，以7段数码管显示时间。25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2s时，南北路口黄灯亮。完成1次这样的循环需要30

7、s。30s结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。表3.1指示灯控制方案及时间显示过程P1.7空P1.6空P1.5空P1.4空P1.3空P1.2绿灯P1.1黄灯P1.0红灯控制码状态说明时间显示0000010004HA线放行，B线禁止25秒0000001002HA线警告，B线禁止5秒0000000101HA线禁止，B线放行25秒0000001002HA线放行，B线禁止5秒4系统硬件设计十字路口交通灯控制系统设计硬件总框图如图2所示：89C51单片机芯片单片机最小系统显示时间交通灯图4-1硬件系统总框图4.1设计方案 AT89C51芯片一片,74LS04一片,共阳极

8、的七段数码管两个,红、黄、绿发光二极管各4个,开关键盘、连线若干、电容和晶振等。4.1.1单片机最小系统原理本设计采用8位AT89C51单片机，已接时钟电路和复位电路成为最小系统。 图4-2 单片机最小系统4.1.2交通灯（LED发光二极管）由89C51单片机的定时器每秒钟通过P2口输送交通信号信息,显示红、绿、黄灯的燃亮情况如图4-3所示.图4-3 LED发光二极管 4.1.3 数码显示管显示数码管由数码管1、数码管2组成，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当

9、单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。如图4所示：图4 数码显示管4.1.4外部中断由

10、四个按钮组成，2、3、4、分别来控制YELLOW、RED、GREEN灯，1是RESET按钮。 图4-4 外部中断电路4.1.5 89C51单片机芯片简介P2口控制信号P0口接VCC接地端时钟端P3口P1口复位端图4-5 89C51单片机引脚图89C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。89C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输

11、入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。4.2系统工作原理1、编程设置好交通灯初始时间,通过编程器写入89C51单片机系统。2、由89C51单片机的定时器每秒钟通过P1口输送交通信号信息,显示红、绿、黄灯的燃亮情况;由P0、P2口显示每个灯的燃亮时间。3、通过

12、89C51单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值,为0就对系统进行初始化,为1系统就开始工作;通过89C51单片机的P3.2,P3.3位来控制系统东西、南北方向切换,当P3.2为0切换东西方向为绿灯,P3.3为0切换南北方向为绿灯。（a）利用P1口驱动LED起始南北方向为绿灯，东西方向为红灯。（b）利用P0口驱动数码管从30秒递减显示到0秒，循环下去。（c）利用P2.0、P2.1口和数码管的位选通端连接动态显示数码管。（d）利用P3.2口和按键连接当有紧急车辆要求通过时，按键能改变通行方向。4.3系统工作电路总图图4-6系统工作总图5系统软件设计系统软件的设置主要包含延迟时间设计、显示

13、程序设计以及中断切换程序设计。单片机应用系统软件设计一般应从软件总框图的设计开始，总框图主要应用于表现单片机应用系统软件功能模块的划分以及各软件功能模块之间的关系，接下来的软件设计则是各软件功能模块的编程实现。对较为复杂的软件功能模块，还需要画出更详细的框图或流程图，作为编写源程序的依据编写。5.1主程序框图 开始初始化东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮延时25秒南北路口的绿灯闪烁延时3秒南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮南北路口黄灯亮延时2秒延时25秒南北路口的绿灯闪烁延时3秒南北路口黄灯亮延时2秒 图5-1 主程序流程图5.2中断程序框图开始中断初始化判断是否中断调用中断显示不调用中断状态返回图5

14、-2子程序流程图6课程设计结果及分析本次设计分为两部分：一是交通灯的正常工作；二是紧急情况的通行。设计结果如下所示：1、按下复位键时，数码管以及LED灯全部亮，左边数码管灯接P1口；右边数码管接P0口，须接上拉电阻，若不接上拉电阻，则数码管可能无法驱动，；LED接P1口 。如图6-1：图6-1复位情况2、数码管显示，当正常运行时，数码管接收到P1，P0口的输出，有电平变化，驱动数码管显示。如图6-2：图6-2 正常运行下数码管显示3、键盘按钮由1、2、3、4四个按钮构成：YELLOW按钮的一段接P3.2口，由P3.2口 ，另一端接地；复位键RESET由P2.7输出，另一端接地；RED按键(东西

15、方向长久通行，南北方向禁行)一端接P3.5接口，由其输出，另一端接地；GREEN按键(南北方向长久通行，东西方向禁行)一端接P3.3口，由P3.3口输出，另一端接地。图6-3：图6-3 按键设置4、按钮“YELLOW”连接单片机芯片，用来控制使得双向的黄灯同时闪烁，以示警告或提示夜间模式，并暂停计时。当按下YELLOW键时，P2.2以及P2.5输出高低电平，当为低电平时，通过反相器后为高电平 ，发光二极管无法显示，当输出为高电平时，经过反相器后为低电平，发光二极管显示；所以当交替输出高低电平时，发光二极管交替闪烁，这种情况为夜间模式。图6-4：图6-4 夜间模式5、按钮“RED”连接单片机芯片

16、，用来控制使得系统,使得东西方向长久通行，南北方向禁行，并暂停计时。当南北路紧急车辆通过时，由P3.5口控制如图6-5：图6-5 南北路紧急车辆通过6、当有特殊车辆来时，采取紧急措施使其通行与禁止，当东西路紧急车辆通过时，由P3.3口控制如图6-6：图6-6 紧急车辆通过7、按钮“RESET”连接单片机芯片，用来控制使得系统复位，即南北方向亮绿灯，恢复正常通行状态，开始倒计时。如图6-7：图6-7 “RESET”情况8、十字路口交通灯控制系统程序截图，如图6-8：图6-8 程序截图9、正常情况下的交通灯显示状况（南北方向绿灯通行，东西方向红灯禁行）：东西方向的红灯（发光二极管）左端由P2.3输

17、出的高电平， 经过反相器后为低电平，右端为VCC输出的高电平，则红灯亮；南北方向的绿灯（发光二极管）上端由P2.4输出的高电平，经反相器后为低电平，下端接VCC输出的高电平，则绿灯亮。如图6-9： 图6-9 正常情况东西通行，南北禁行10、正常情况下的交通灯显示状况（南北方向红灯禁行，东西方向绿灯通行）：东西方向的绿灯（发光二极管）左端由P2.1输出的高电平， 经过反相器后为低电平，右端为VCC输出的高电平，则绿灯亮；南北方向的红灯（发光二极管）上端由P2.6输出的高电平，经反相器后为低电平，下端接VCC输出的高电平。则红灯亮。如图6-10：图6-10正常情况南北通行，东西禁行7课程设计总结通

18、过这次的毕业设计，让我受益匪浅，也让我了解和掌握了一些编程思想和对I/O口的使用和应用的条件的思考，对单片机的各个管脚功能的理解和掌握。实现了软件和硬件的有效结合，缺一不可。设计让我把单片机的理论知识用在实践中，实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论的是实践的基础，实践有能检验理论的正确性，更激发了我对专业知识的渴求，这些对我以后参加工作或者继续学习都会有很大的帮助和影响。一个小小的单片机居然涵盖了如此之多，输入输出端口不说，还有显示部分，用到中断，串行口。更使我对单片机的基本原理、单片机应用系统、开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下

19、良好的基础。在对交通灯的设计中，要多些姜玉东老师的指导和同学们的大力帮助！而作为一位学生，因知识和经验的不足，且第一次做这么系统化的设计，故只能通过模仿其它的编程思路，再加上一些自己的思想去完成这个设计，因此在各个方面都会有一些不足，敬请指正。但自己会在以后的学习中逐渐去完善、巩固自己的单片机知识。 8参考文献1 胡汉才.单片机原理及其接口技术 M.清华大学出版，19962 蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用.高等教育出版社 2004.23 付家才.单片机控制工程实践技术M.化学工业出版社，2004.54 潘新民.微型计算机控制技术 M.人民邮电出版社，1999.95 余锡存.单片机原

20、理及接口技术M.西安电子科技大学出版社,2000.7附录 程序清单SECOND1EQU30H;东西路口计时寄存器 ;南北路口计时寄存器 DBUFEQU40H;显示码缓冲区1 ;显示码缓冲区2LED_G1BITP2.0;东西路口绿灯LED_Y1BITP2.1;东西路口黄灯LED_R1BITP2.2;东西路口红灯LED_G2BITP2.3;南北路口绿灯LED_Y2BITP2.4;南北路口黄灯LED_R2BITP2.5;南北路口红灯ORG0000H AJMP MAINORG 0003H LJMP INSER2 ORG 0013H LJMP INSER1 ORG 001BH LJMP INSER OR

21、G 0030HMAIN: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB IT1 SETB ET1 ORG 0090H LJMP START ORG0100HSTART: MOVTMOD,#61H;置T0为工作方式1 MOVTH0,#3CH;置T0定时初值50ms MOVTL0,#0B0H MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FFH CLR TF1 CLRTF0 SETBTR0 SETB TR1;启动T0 CLR A MOV P1,A;关闭不相关的LED MOV P0,ALOOP:MOVR2,#20;置1s计数初值,50ms*20=1sMOVR3,#

22、25;红灯亮20sMOVSECOND1,#30;东西路口计时显示初值25s ;南北路口计时显示初值25sLCALLDISPLAYLCALLSTATE1;调用状态1WAIT1:JNBTF0,WAIT1 ;查询50ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值50msMOVTL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT1 ;判断1s到否？未到继续状态1MOVR2,#20;置50ms计数初值 DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南北路口显示时间减1sLCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT1 ;状态1维持20sMOVR2,#5;置50ms计数初值5*4=20MOVR3,

23、#3;绿灯闪3sMOVR4,#4;闪烁间隔200msMOVSECOND1,#5;东西路口计时显示初值5s ;南北路口计时显示初值5sLCALLDISPLAYWAIT2:LCALLSTATE2;调用状态2JNBTF0,WAIT2 ;查询50ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值50msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT2 ;判断200ms到否？未到继续状态2CPLLED_G1;东西绿灯闪MOVR4,#4;闪烁间隔200msDJNZR2,WAIT2 ;判1s到否？未到继续状态2MOVR2,#5;置50ms计数初值DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南

24、北路口显示时间减1sLCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT2 ;状态2维持3sMOVR2,#20;置50ms计数初值MOVR3,#2;黄灯闪2sMOVSECOND1,#2;东西路口计时显示初值2s ;南北路口计时显示初值2sLCALLDISPLAYWAIT3:LCALLSTATE3;调用状态3JNBTF0,WAIT3 ;查询100ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值100msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT3 ;判断1s到否？未到继续状态3MOVR2,#20;置100ms计数初值DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南北路口显示时间减1

25、sLCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT3 ;状态3维持2sMOVR2,#20;置50ms计数初值MOVR3,#25;红灯闪20sMOVSECOND1,#30;东西路口计时显示初值25s ;南北路口计时显示初值25sLCALLDISPLAYWAIT4: LCALLSTATE4;调用状态4JNBTF0,WAIT4 ;查询100ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值100msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT4 ;判断1s到否？未到继续状态4MOVR2,#20;置100ms计数初值DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南北路口显示时间减1sLC

26、ALLDISPLAYDJNZR3,WAIT4 ;状态4维持20sMOVR2,#5;置50ms计数初值MOVR4,#4;红灯闪20msMOVR3,#3;绿灯闪3sMOVSECOND1,#5;东西路口计时显示初值5s ;南北路口计时显示初值5sLCALLDISPLAYWAIT5: LCALLSTATE5 ;调用状态5JNBTF0,WAIT5 ;查询100ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值100msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT5 ;判断200ms到否？未到继续状态5CPLLED_G2;南北绿灯闪MOVR4,#4;闪烁200msDJNZR2,WAIT5 ;

27、判断1s到否？未到继续状态5MOVR2,#5;置100ms计数初值DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南北路口显示时间减1sLCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT5 ;状态5维持3sMOVR2,#20;置50ms计数初值MOVR3,#2;红灯闪2sMOVSECOND1,#2;东西路口计时显示初值2s ;南北路口计时显示初值2sLCALLDISPLAYWAIT6: LCALLSTATE6 ;调用状态6JNBTF0,WAIT6 ;查询100ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值100msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT6 ;判断1s到否？未

28、到继续状态6MOVR2,#20;置100ms计数初值DECSECOND1;东西路口显示时间减1s ;南北路口显示时间减1sLCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT6 ;状态6维持2sLJMPLOOP ;大循环STATE1: ;状态1SETBLED_G1 ;东西路口绿灯亮CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2CLRLED_Y2SETBLED_R2 ;南北路口红灯亮RETSTATE2: ;状态2CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2CLRLED_Y2SETBLED_R2 ;南北路口红灯亮RETSTATE3: ;状态3CLRLED_G1CLRLED_R1CLRL

29、ED_G2CLRLED_Y2SETBLED_R2 ;南北路口红灯亮SETBLED_Y1 ;东西路口绿灯亮RETSTATE4: ;状态4CLRLED_G1CLRLED_Y1SETBLED_R1 ;东西路口红灯亮SETBLED_G2;南北路口绿灯亮CLRLED_Y2CLRLED_R2RETSTATE5:;状态5CLRLED_G1CLRLED_Y1SETBLED_R1;东西路口红灯亮CLRLED_Y2CLRLED_R2RETSTATE6:;状态6CLRLED_G1CLRLED_Y1SETBLED_R1;东西路口红灯亮CLRLED_G2CLRLED_R2SETBLED_Y2;南北路口红灯亮RETDIS

30、PLAY:;数码显示MOVA,SECOND1;东西路口计时寄存器MOVB,#10;16进制数拆成两个10进制数DIVABMOVDBUF+1,AMOVA,BMOVDBUF,A ;南北路口计时寄存器 ;16进制数拆成两个10进制数Loop1: MOV A,DBUFACALL DP10MOVA,DBUF+1ACALL DP11RETDP10:MOVDPTR,#LEDMAPMOVCA,A+DPTRMOVP0,ARETDP11:MOVDPTR,#LEDMAPMOVCA,A+DPTRMOVP1,ARETINSER: PUSH PSW PUSH ACC SETBLED_G1 CLRLED_Y1 CLRLED

31、_R1 CLRLED_G2 CLRLED_Y2 SETBLED_R2 MOVDPTR,#LEDMAP MOV A,#17 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,#17 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A JB P2.7, INSER POP ACC POP PSW RETIINSER1: PUSH PSW PUSH ACC SETBLED_G2 CLRLED_Y1 CLRLED_R2 CLRLED_G1 CLRLED_Y2 SETBLED_R1 MOVDPTR,#LEDMAP MOV A,#17 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,#17 M

32、OVC A,A+DPTR MOV P1,A JB P2.7, INSER1 POP ACC POP PSW RETIINSER2: PUSH PSW PUSH ACC MOVDPTR,#LEDMAP MOV A,#17 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,#17 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A MOVR4,#4 MOVR2,#2 CLRTF0 MOVTMOD,#01H MOVTH0,#3CH MOVTL0,#0B0HDANG1: SETBLED_Y2 CLRLED_R1 CLRLED_R2 CLRLED_G1 CLRLED_G2 SETBLED_Y1DANG: JNB TF0,DANG CLR TF0 MOVTH0,#3CH MOVTL0,#0B0H DJNZR4, DANG MOV R4, #4 CPLLED_Y1 CPLLED_Y2 DJNZR2, DANG JB P2.7, INSER2 POP ACC POP PSW RETILEDMAP:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;0，1，2，3，4，5DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH;6，7，8，9，A，BDB58H,5EH,7BH,71H,0,40H;C，D，E，F， ，-END