单片机设计十字路口交通灯设计.docx

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1、单片机课程设计题 目：十字路口交通灯设计班 级：姓 名：评语：成绩学 号： 指导教师： 设计时间：目 录摘要 .- 1 -1.引 言 .- 2 -1.1 课程设计背景. - 2 -1.2 本文设计任务. - 2 -1.3 本课程设计目的. - 2 -2.系统方案设计与原理 .- 3 -2.1 设计思路. - 3 -2.2 设计系统的运行过程. - 3 -3.硬件设计 .- 5 -3.1 十字路口交通灯掌握系统的硬件电路设计图 . - 5 -3.2 硬件的功能分析. - 6 -4.软件设计 .- 7 -4.1 主流程图. - 7 -4.2 倒计时显示流程图. - 8 -4.3 状态地址安排. -

2、 9 -4.4 LED 的字形代码表 . - 9 -4.5 程序清单. - 10 -5.运行与调试 .- 13 -6.心得体会 .- 15 -参考文献 .- 17 -基于单片机的十字路口交通灯设计摘要随着社会经济的进展，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，已成为交通治理部门需要解决的重要问题之一。城市交通掌握系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯掌握与交通疏导的计算机综合治理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成局部。探究城市交通进展中存在问题的缘由，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本缘由在于城市交通系统的治理机制不适应。城市交通掌握系统是现代城市智能交通

3、系统的组成之一，主要用于城市道路交通的掌握与治理。当今时代是一个自动化时代，交通灯掌握等很多行业的设备都与计算机亲热相关。因此，一个好的交通灯掌握系统，将给道路拥挤、违章掌握等方面赐予技术革。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统，信号灯的出 现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行力量削减交通事故有明显效果。传统的交通信号灯掌握电路一般由数字电路构成, 电路简单、体积大、本钱高。承受单片机掌握交通信号,可以简化电路构造、降低本钱、减小体积, 现在有很多方法可以实现交通信号灯掌握，本文承受AT89C5

4、1单片机为中心器件来设计交通灯掌握系统。各种交通掌握方案，最终都要由路口信号掌握器来实现。交通信号灯掌握方式很多，我们可由AT89C51 单片机的定时器每秒钟通过P0 口输送交通信号信息，在我们的系统中我们承受的是共阳极发光二极管，所以当 P0 口的各引脚输出为低电寻常，显示红、绿、黄灯的燃亮状况，由Pl、P2 口用 LED 显示每个灯的燃亮的倒计时时间。通过 AT89C51 单片机的 RESET 位来掌握系统是工作或设置初值，当复位信号为 1 时就对系统进展初始化，系统就开头工作。关键词：AT89C51；LED显示；交通灯- 10 -1. 引 言1.1 课程设计背景随着世界范围内城市化和机动

5、化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通根底设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和群众的迫切呼声。为了确保十字路口的行人和车辆顺当、畅通地通过,往往承受电子掌握的交通信号来进展指挥。1.2 本文设计任务设计一个能够掌握十二盏交通信号灯的模拟系统。利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用 LED 灯显示倒计时间。假设一个十字路口为东南西北

6、走向。初始状态 0 为东西南北都红灯亮。然后转状态 1 南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后，转状态 2，南北绿灯灭， 黄灯闪几下，东西还是红灯。再转状态 3，南北红灯亮，东西绿灯通车。过一段时间后转状态 4，东西绿灯灭，闪几个黄灯，南北还是为红灯亮，一段时间后， 又循环至状态 1。 通过对发光二极管的掌握，来模拟交通信号灯的治理。每延时一段时间，灯的显示状况都会按交通灯的显示规律进展状态转换，并增加其倒计时间的显示功能。1.3 本课程设计目的（1） 把握十字路口交通灯掌握的设计原理，并能够运用VHDL编程语言编写出试验程序，进一步对所学的学问进展把握与实际应用。（2） 学会在MAX+plu

7、s软件环境中仿真，生疏软件的根本操作和运行环境。（3） 熬炼自己猎取信息的力量，以及能够独立自主的思考和解决问题的力量。2. 系统方案设计与原理2.1 设计思路在交通灯掌握系统中，东西南北四个方向各有红黄绿三种颜色的指示灯各一盏，共计 12 盏指示灯，用以来指挥车辆和行人安全通行。当红色指示灯亮的时候表示制止该方向的车辆和行人通行，当绿色指示灯亮的时候表示允许该方向的车辆和行人通行，当黄色指示灯亮的时候提示人们红、绿灯的状态马上切换。并且黄灯燃亮时为东西和南北两干道的公共停车时间。初始状态 0 为东西南北都红灯亮。然后转为状态 1 南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后，转为状态 2，南北绿灯

8、灭，黄灯闪几下，东西还是红灯。再转为状态 3，南北红灯亮，东西绿灯通车。过一段时间后转为状态 4，东西绿灯灭，闪几个黄灯，南北还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态 1。为了到达上述设计要求，可以用一片 AT89C51 单片机实现。可以用一个AT89C51 的 P0 口(P0.0P0.5)分别接上垂直两个道口的 6 盏信号灯，由 AT89C51 单片机的定时器每秒钟通过 P0 口输送交通信号信息，在我的这个系统中承受的是共阳极发光二极管，所以当 P0 口的各引脚输出为低电寻常，显示红、绿、黄灯的燃亮状况。用AT89C51 的 Pl、P2 口显示每个灯的燃亮的倒计时时间，时间由定时器来掌握，由

9、P1 口的输出作为倒计时时间的十位数码，P2 口输出作为倒计时时间的个位数码，用四个数码管的显示用动态显示的方法实现。P3 口用来接应急开关 K2、K3，用来实现对特别状况的处理，当按下开关时交通显示灯全变为红灯，是特别车辆通过。2.2 设计系统的运行过程一般十字路口的交通灯掌握系统的工作过程如下：（1） 图中南北车道绿灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上的车辆允许通行，东西车道制止通行。绿灯亮足25S 时，掌握器发出状态信号，转到下一工作状态。（2） 南北车道黄灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆连续通行，东西车道制止通行。黄灯亮足 5S 时， 掌握

10、器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3） 南北车道红灯亮，东西车道绿灯亮。表示南北车道制止通行，东西车道上的车辆允许通行绿灯亮足 25S 时，掌握器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4） 南北车道红灯亮，东西车道黄灯亮。表示南北车道制止通行，东西车道上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆连续通行。黄灯亮足 5S 时， 掌握器发出状态转换信号，系统又转换到第1种工作状态，就这样一次循环的进展运行。在实际中，东西和南北两方向车道交通灯的 4 种运行状态的具体显示，如图状态 2南北黄灯亮状态 1南北绿灯亮2-1 所示。状态 3东西绿灯亮状态 4东西黄灯亮四个状态图 2-1四种状态的交通

11、灯显示3. 硬件设计3.1 十字路口交通灯掌握系统的硬件电路设计图依据以上的设计思路分析，可以得到十字路口交通灯掌握系统的硬件电路设计图如 3-1 所示。南北东西+5V红黄绿红黄绿19XTAL118XTAL29RST复位键K1P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7AT89C51南北应急功能键K229R1PSEN3031AL/EPROGEA/VppP3.2/东西应急功能键K3P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6P1.7P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A1

12、0 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A15图 3-1十字路口交通灯掌握系统的硬件电路设计图3.2 硬件的功能分析AT89C51单片机是交通灯掌握系统的核心，主要用来驱动数码显示管、实现晶振电路和发光二极管等部件的掌握，本设计中用到了P0，P1和P2口，用89C51 的P0口(P0.0P0.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯，P1口输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的个位数码,所以其实现了对整个系统的掌握。十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求为：当某方向绿灯亮时，置定时器为某一个数值，然后

13、以每秒减 1 的计数方式工作，直至减到数为 0，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环完毕，进入另一个方向的工作循环。数码显示管就是用来显示东西和南北两个道口的红黄绿三种颜色的灯的倒计时时间。通过89C5l单片机的RESET位来掌握系统是工作或设置初值，当复位信号为1 时就对系统进展初始化，系统就开头工作，复位开关K1就是用来实现对整个系统的初始化和复位工作。在东西和南北两方向垂直的十字路口上，共有12盏交通灯，但有东西整个道上的分析一样，南北整个道上的分析一样，所以在设计时可用6盏灯来完成整个道路的设计，所以用3盏灯来显示南北方向的红黄绿，用3盏灯来显示东西方向的红黄绿。应急开关K2、K3借用P

14、3口，用来实现对特别状况的处理，当按下开关时交通显示灯全变为红灯，是特别车辆通过。整个设计满足了任务的要求，即完成了四个状态的转换，完成了倒计时数码管的显示，所以这个系统的设计足以掌握十字路口的交通灯正常变换，保证各道车辆的畅通运行。4. 软件设计4.1 主流程图通过设计思路的分析，得到主流程图如图 4-1 所示。初始化东西红南北绿绿灯倒计时25s是否完毕否是东西红南北黄红灯倒计时30s是否完毕否是东西绿南北红绿灯倒计时25s是否完毕否是东西黄南北红红灯倒计时30s是否完毕否是东西红南北绿图 4-1主程序流程图4.2 倒计时显示流程图在整个交通灯的设计过程中，LED 显示是主要设计的内容之一，

15、在这个系统中，用到 30S 和 25S 两个时间段，用定时器 0 的工作方式 1 的时候，其最大设定时间只能为 131ms (216 - 0) 2 10-6 = 131072 10-6 (s) 131ms 的时间，所开头定时 125ms125ms 是否计满否是重复 8次，即 1s8次是否计满否是R6 或R7 的值减 1R6 或R7 的值是否为0否是倒计时完毕以我用到了定时器和计数来完成这一功能，为了计算的便利，选择定时时间为125ms，即计满 8 次为 1s，依此循环使其计够 30s 或 25s，其中R6 和 R7 就是存储 30s 和 25s 的倒计时时间的存放器，整个运行过程是个比较简单的

16、内容，故将其流程图列画如以下图所示。图 4-2倒计时显示流程图4.3 状态地址安排设计任务中描述了十字路口交通灯的四种不同的状态，在整个的运行过程中要求四个状态进展切换，因此在程序设计中必需给四个状态安排不同的地址来进展驱动，由于P0 上的灯用低电平“0”来驱动点亮，所以其具体点的状态地址安排如表 4-1 所示。P0.7P0.6P0.5东西绿P0.4东西黄P0.3东西红P0.2南北绿P0.1南北黄P0.0南北红状态地址11110011F3H11110101F5H11011110DEH11101110EEH表 4-1 状态地址安排表4.4 LED 的字形代码表LED 显示器中的发光二极管用共阴极

17、连接时，其十六进制数字形代码表如表 4-2 所示。字型D7D6D5D4D3D2D1D0共阴极代码0111100113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH灭0000000000H表 4-2LED 的字形代码表4.5 程序清单ORG 0000HMOV P0,#00H;确保 P0 为低电位lJMP MAIN0 ORG 0030HMAIN0: MOV 30H,#08HMOV R6,#00H MOV R7,#00HMOV

18、DPTR,#TABLE;取数码管的译码MOV TMOD,#01H;设计定时方式为定时器 0 的方 1； MOV TL0,#0CDH;定时时间为 125msMOV TH0,#0BHSETB TR0;启动定时器SETB EA;开总中断SETB EX0;允许外部中断 0 SETB EX1CLR IT0MAIN: MOV P0,#0F3H;南北绿灯，东西红灯MOV R6,#1EH;红灯 30s 倒计时MOV R7,#19H;绿灯 25s 倒计时MAIN1:CALL DELAY;1S 延时子程序CJNE R7,#00H,MAIN1;推断绿灯 25s 是否倒计完MOV P0,#0F5H;南北黄灯，东西红灯

19、MAIN2:CALL DELAYMOV R7,#00H;红灯连续倒计时，黄灯闪耀CPL P0.1;黄灯闪耀CJNE R6,#00H,MAIN2;推断红灯是否倒计时完MOV P0,#0DEH;南北红灯，东西绿灯MOV R7,#1EHMOV R6,#19H MAIN3:CALL DELAYCJNE R6,#00H,MAIN3 MOV P0,#0EEH MAIN4:CALL DELAY MOV R7,#00HCPL P0.4CJNE R6,#00H,MAIN4 JMP MAINDELAY:MOV A,R6MOV B,#0AH DIV AB;进展南北方向倒计时时间的十进制调整MOVC A,A+DPTR

20、;找寻相应的数码管代码MOV P1,A MOV R4,#4LOOP2:MOV R3,#125 LOOP3:DJNZ R3,LOOP3DJNZ R4,LOOP2 MOV A,BMOVC A,A+DPTR MOV P2,AMOV R4,#4 LOOP4:MOV R3,#125 LOOP5:DJNZ R3,LOOP5DJNZ R4,LOOP4 MOV A,R7 MOV B,#0AH DIV ABMOVC A,A+DPTR MOV P1,AMOV R4,#4 LOOP6:MOV R3,#125 LOOP7:DJNZ R3,LOOP7;输出个位;降低动态显示频率;输出十位;进展东西方向倒计时时间的十进制

21、整DJNZ R4,LOOP6 MOV A,BMOVC A,A+DPTR MOV P2,AMOV R4,#4 LOOP8:MOV R3,#125 LOOP9:DJNZ R3,LOOP9DJNZ R4,LOOP8JBC TF0,LOOP;推断是否计满 125ms AJMP DELAYLOOP: MOV TL0,#0CDH;计满 125ms 重给定时器赋值MOV TH0,#0BH MOV A,30H DEC AMOV 30H,AJNZ DELAY;推断是否计满 8 次 125ms，即 1sDEC R6;计满 1s，东西倒计时减 1，南北倒计 1 DEC R7MOV 30H,#08H;重 1s 次数，

22、重计时RETTABLE:DB 03FH,06H,05BH,04FH,66H ;相应数值的数码管代码DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00HEND基于单片机的十字路口交通灯设计5. 运行与调试在单片机仿真软件 Proteus.Professional.7.1.SP2中进展仿真，在初始状态下的状况如图5-1所示。图5-1 十字路口初始状态的交通灯图经过编译后，得到状态1东西红，南北绿状况下的仿真结果如图5-2所示。图5-2 状态1状况下的仿真结果- 13 -基于单片机的十字路口交通灯设计经过编译后，运行一段时间后，我们得到状态3东西绿，南北红状况下 的仿真结果如图5-2所示。图5-3状

23、态3状况下的仿真结果设计完成后，由于各种缘由，我们在试验室的硬件上未能正确的完成模拟， 但在单片机仿真软件 Proteus.Professional.7.1.SP2上我们通过画外部接线图，装载程序等步骤进展了仿真，最终仿真结果能依据我们设计的四种状态依次循环的进展运行，当按下复位键时其重开头仿真，当按下应急键时南北东西的红灯全亮， 制止车辆运行，仿真结果令人满足，让人有种苦尽甘来的感觉。- 14 -基于单片机的十字路口交通灯设计6. 心得体会本周课程设计的任务是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机学问完成一个单片机应用系统设计，并且要在试验室连接硬件调试实现。该课程设计的主要任务是通过

24、解决一、两个实际的问题，稳固和加深单片机原理与应用课程中所学的理论学问和试验力量，根本把握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和试验力量，加深对单片机软硬学问的理解，获得初步的应用阅历，为以后工作打下肯定的根底。在今日，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。交通信号灯的消灭，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行力量，削减交通事故有明显效果。通过这个星期的学习，我对单片机的构造和功能已有了大体的了解和生疏。单片机在交通掌握中起到了举足轻重的作 用，把握了单片机的工作原理也就根本了解了交通灯的运做原理。为了更好地把握单片机的构造和功能，为了进一

25、步加强自己的实践力量，学院给我们的这次课设时机让我确实受益匪浅。在做课程设计的过程中，我通过图书和上网查阅资料，不仅了解了很多单片机的学问，而且熬炼了我自学和独立思考的力量。我们先通过题目的要求构思出大体的思路，画出主程序的流程图和细节的简单过程的流程图，如倒计时显示的流程图，然后依据四个不同的状态逐个编写程序，在编程时参加了适当的注释， 以防止长时间遗忘，或者防止别人看不懂，同时也可以在调试的过程中程序出错时便于检查。依据所设计的程序，画出外部硬件的接线图是主要完成的内容之一， 开头时教师要求我们在Protel软件中画出这个图，但最终由于安装的问题未能用到这个软件，所以我只能在visio里面

26、画了接线图，我们还在最终就是论文的编写。值得一提的是我接触了以前从来未用到的单片机仿真软件Proteus，刚开头拿 到这个软件的时候我连安装都消灭这样那样的问题，通过上网查阅问题，费了好大的劲才安装好，接下来就是使用软件了，初次用它，真有点无处下手的感觉， 通过同学的教导和查阅书籍，我渐渐的摸索才渐渐的生疏了里面的内容，硬件电路图搭建完成后，就是装载程序仿真了，在这里消灭了很多的问题，有时候不显示，有时候显示不是我们期望的结果，经过我们不断的修改，不断的仿真，最终才完成了准确的仿真，可谓艰辛啊，但是，收获真的是巨大的，无论是从学问的- 17 -把握上还是实践阅历的积存上都给了我们很大的鼓舞。这

27、一系列的过程听起来可能比较的简洁，但做起来并非如此，它要求我们有格外拘谨和认真的态度，所以课设不仅教会了我们很多的学习上的学问，还教会了我们很多生活和做人的道理。顺当完成这次课程设计给了我很大的信念，但我感到了自己很多的缺乏和对学问理解的不全面，但我始终信任觉察问题，面对问题，才有可能解决问题。今后的学习中，我将更加的努力，使自己更上一层楼。信任凡事踏踏实实做好做扎实，我们肯定会随后收获很多，由于“千里之行，始于足下”是至高无上的真理。参考文献1 李华，王思明.单片机原理及应用M.兰州：兰州大学出版社,2023.52 陈宁.单片机技术工程教程M. 南京：南京东南大学出版社,2023.43 胡辉.单片机原理及应用设计M.中国水利水电出版社,2023.64 何立民.单片机高级教程M.北京：北京航空航天大学出版社, 2023.