基于单片机交通灯显示系统设计与研究课程设计.docx

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1、基于单片机交通灯显示系统设计与研究课程设计 XX学院课程设计 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 指导老师 2016年 X月 X日 书目 摘要 3 引言 3 1.设计目的 4 2.设计要求 4 3.系统总体方案硬件设计 4 3.1设计思想及总体设计 4 3.2硬件设计 5 3.3复位电路 9 3.4数码管显示 9 3.5 红绿灯显示 10 3.6键盘：独立键盘+中断 10 3.7系统原理图 11 4软件设计 11 4.1总体流程 11 4.2循环流程限制思路 12 4.3源程序 12 5调试运行 17 5.1正常运行状态 17 5.2左右行

2、显示 18 5.3黄灯闪耀显示 18 6.设计心得体会 19 7参考文献 19 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、提高道路通行实力，削减交通事故有明显效果。本系统采纳单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯限制器，系统好用性强、操作简洁、扩展强。本设计就是采纳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、紧急状况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出

3、现的状况。本系统采纳单片机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；限制；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化，同时带动传统限制检测日新月益更新。在实时检测和自动限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运用，仅单片机方面学问是不够的，还应依据详细硬件结构，以及针对详细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、提高道路通行实力，削减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。传统的交通信号灯限制一般采纳了电子线路和

4、继电器限制，结构困难，牢靠性低，故障率高。本次设计是基于AT89C51单片机的交通灯限制系统，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、牢靠性高维护便利、运用简洁等优点。 1.设计目的 1.1巩固和加深对单片机原理和接口技术学问的理解； 1.2培育依据课题须要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的实力； 1.3学会方案论证的比较方法，拓宽学问，初步驾驭工程设计的基本方法； 1.4驾驭常用仪器、仪表的正确运用方法，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，能正确反映设计和试验成果，能用计 算机绘制电路图和流程图。 2.设计要求 1）东西干

5、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限制，每次干道绿灯交替时，有3秒钟全部干道的交通灯都是黄灯闪耀3秒钟，提示已经进入路口的车辆快速通过。 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限制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通限制的初步方案。 2）确定系统交通限制的总体设计，包括，十字路口详细的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计

6、除了有信号灯状态限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，大体安排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，本人采纳C语言编写，对单片机内部结构和工作状况做了足够的探讨，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的设计。 中断键盘 单片机 LED数码管显示 复位电路 LED指示灯 晶振电路 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

7、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。 功能特性描述: AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微限制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。运用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，拥有灵活的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式限制应用系统提 供高敏捷、超有效的解决方案。AT89C51具有以下标准功

8、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， 片内晶振刚好钟电路。另外，AT89C51 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 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断接着工 作。掉电爱护方式下，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 位微限制器 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。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻

9、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，须要外部上拉电阻。 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运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，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

10、）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），详细如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号其次功能 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的捕获/重载触发信号和方向限制） 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：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运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于

11、内部电阻的缘由，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 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口运用很强的内部上拉发送1。在运用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位地址字节和一些限制信号。 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，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电

12、流（IIL）。 P3口亦作为AT89C51特别功能（其次功能）运用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些限制信号。 端口引脚 其次功能 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 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限制信号。 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/PRO

13、G当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般状况下，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。要留意的是：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，可通过对特别功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的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

14、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端必需保持低电平（接地）。需留意的是：假如加密位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。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必需是该器件是运用12V编程电压Vpp。 引脚图如下： 图2 89C51引脚图 3.3复位电路 图3 复位电路 当8051

15、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，若干脆由启动瞬间产生，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，须要程序从头执行，只需按动按钮S，则干脆把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。明显，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 此处采纳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

16、显示出相应的数字；1、2两端用来限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秒起先倒计时，各个方向，对应点亮红绿黄灯。遇到突发状况，数码管从5秒起先倒计时，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 每个路口都采纳了3个LED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秒起先倒计时，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

17、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)闪耀，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 采纳开关来限制进入中断，可以在路口出现紧急状况时，拉动开关。使红绿灯发生相应的变更，已处理紧急状况下车辆通行。当发生突发状况时，如救援车通过，接通上面的按键，各个方向中止当前状态，即禁止通行，各个方向点亮红灯，并维持5秒倒计时。当结束5秒倒计时，各个方向复原到中止前的状态。 3.7系统原理图 图7 总电路图 开 始 4软件设计 4.1总体流程 南北绿东西红 30s倒计时显示 黄灯亮3s 南北红东西绿 30s倒计时显示 黄灯亮3

18、s 图8 流程图 4.2循环流程限制思路 东西红灯 南北绿灯 东西红灯 南北黄灯闪 东西绿灯 南北红灯 东西黄灯闪 南北绿灯 东西红灯 南北及转弯绿灯 东西及转弯绿灯 南北红灯 中断 图9 流程限制图 4.3源程序 #include<reg52.h> #include<intrins.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar temp,aa,nn; sbit rn=P20; sbit nb=P21; sbit gn=P22; sbit rw=P23; sbit dx=P24; sbit

19、gw=P25; sbit shi=P36; sbit ge=P37; /*对要运用的单片机各个口进行定义*/ bit flag=0; ucharcodetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /*将数字0123456789的16进制数定义成数组用以显示*/ void delay(uint z); void disp(uint n); void nb_flash(void); void dx_flash(void); void xint0(); void time

20、r0(); void LED_ON(); void xint1(); void nanbei(); void dongxi();/*将所运用的子函数定义*/ void main() uint num; num=0; aa=0; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; EX0=1; IT0=0; EX1=1; IT1=1; /*中断初始化*/ while(1) nanbei(); nb_flash(); dongxi(); void delay(uint z) uint x,y; f

21、or(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; aa+; if(aa=9) aa=0; flag=1; void disp(uint n) /*显示子函数*/ while(!flag) ge=0; P0=tablen%10; delay(50); shi=1;ge=1; shi=0; P0=tablen/10; delay(50); shi=1;ge=1; if(flag=1) flag=0; void nanbei()

22、 /*南北方向的红绿灯和数码管显示子函数*/ uint num; num=30; disp(num); while(num<=30num>15) num-; P2=0xf3; disp(num); while(num<=15num>4) /*南北方向及转弯的红绿灯和数码管显示子函数*/ num-; P2=0xb3; disp(num); void nb_flash(void) /*南北方向的黄灯和数码管显示子函数*/ uint a; for(a=3;a>0;a-) P2=0xf5; nb=1; delay(100); nb=0; disp(a); void don

23、gxi() /*东西方向的红绿灯和数码管显示子函数*/ uint num; num=30; while(num<=30num>15) P2=0xde; disp(num); num-; while(num<=15num>3) /*东西方向及转弯的红绿灯和数码管显示子函数*/ num-; P2=0x5e; disp(num); while(num<=3num>0) /*东西方向的黄灯和数码管显示子函数*/ P2=0xee; dx=1; delay(100); dx=0; disp(num); num-; void xint0() interrupt 2 /*中

24、断定义*/ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; LED_ON(); void LED_ON() uint b; rn=0; rw=0; gn=1; gw=1; nb=1; dx=1; for(b=5;b>0;b-) ge=0;shi=1; P0=tableb; delay(1000); ge=1;shi=1; return; 5调试运行 5.1正常运行状态 图10 正常运行状态 5.2左右行显示 图11 左右行显示 5.3黄灯闪耀显示 图12 黄灯闪耀显示 6.设计心得体会 一周的单片机课程设计很快就结束了，在这一周当中，虽然起先有

25、点困难，但是经过我们们分工合作，合理地进行设计支配，再加上老师的耐性指导，我们们最终顺当地完成了本次单片机课程设计，同时也学到了许多东西。在本次课程设计中，我们通过动手实践操作，进一步学习和驾驭了单片机原理的有关学问，特殊是程序的编程方面，加深了对单片机原理及应用技术的相识，进一步巩固了对单片机学问的理解，驾驭简洁单片机应用系统的设计、制作、调试的方法。在设计时依据课题要求，复习相关的学问，查询相关的资料。依据试验条件，找到适合的方案，找到须要的元器件及工具，进行试验。 这次的单片机课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践实力，提高科学的思维实力，更在一周的时间了解了更多的有关单片

26、机的学问，使学问更加丰富，使自己更加充溢。与此同时，我们也对团队分工合作有了进一步的相识，只有通过合理的分工合作，我们们才能够在短短一周的时间内完成设计任务，信任这对以后在社会上工作和学习会有许多帮助，让我们能更好的进入工作状态。最重要的是，这次课程设计也增加了我们对问题的探讨和探讨，们以后的学习中会有更多的帮助。单片机为我们的主要专业课之一，但要做好一个课程设计，就必需做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清楚的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注

27、释程序的好习惯，一个程序的完备与否不仅仅是实现功能，而应当让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和沟通供应了便利；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们们应当将每次遇到的问题记录下来，并分析清晰，以免下次再遇到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的学问会让我们受益终身。在完成单片机课程设计后,我们们发觉我们们还有很多不足,所学到的学问还远远不够,以至于还有一些功能不能被动完成。但通过学习这一次实践,增加了我们们的动手实力,提高和巩固了单片机方面的学问,特殊是软件方面。从中增加了我们的团队合作精神,并让我们们相识到把理论应用到实践中去是多么重要。 7参考文献 1李全利.单片机原理及

28、应用（C51）高等教化出版 2刘海宽.包建华.张兴奎.南京东南高校出版社.2009.1 3郭天祥.新概念51单片机C语言教程北京：电子工业出版社2009.1 4 张洪润.单片机原理及应用系统. 北京：机械工业出版社，2004.2 5 胡雪梅.单片机原理及应用. 北京：清华高校出版社，2009.5 6 穆兰.单片机原理及接口技术. 北京：机械工业出版社，2006.5 附件1评价表 XX学院课程设计成果评价表 课程名称 题目名称 学生姓名 学号 指导老师姓名 序号 评价项目 指 标 满分 评分 1 工作量、工作看法和出勤率 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，擅长与他人合作。 20 2 课程设计质量 课程设计选题合理，计算过程简练精确，分析问题思路清楚，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。60 3 仿真实践 设计的硬件和程序在proteus能仿真运行，效果良好。20 总分 评语： 指导老师： 年 月 日 附件2 任务书 XX学院课程设计任务书 课程 题目 专业 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 完成期限 指导老师 专业负责人 年 月 日