基于51单片机的智能交通灯课程设计-学位论文.doc

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1、武汉理工大学基础强化拓展训练说明书目录摘 要11 系统硬件设计21.1 80C51单片机引脚图及引脚功能介绍21.2 74LS245引脚图及功能41.3 八段LED数码管51.4 硬件系统总控制电路61.5各模块控制电路81.5.1 交通灯控制电路81.5.2 倒计时显示电路91.5.3 紧急通行电路121.5.4 声音警示装置132 系统程序设计142.1 主程序流程图142.2 显示子程序流程图153 心得体会16参考文献17附录 源程序18摘 要 近年来随着科技的飞速发展，一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。计算机技术作为三者之一，怎样与实际应用更有效的结

2、合并发挥其作用。单片机作为计算机技术的一个分支，正在不断的应用到实际生活中，同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件使用，针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现交通的井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统，来实现交通的井然有序。交通信号灯控制方式很多。本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT80S51，以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过AT89S51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能，输出设置显示时间。交通灯的点亮采用发光二极管实现，时间的显示采用

3、七段数码管实现。单片机系统采用的直流供电。关键词：AT89S51单片机；智能交通灯控制系统；基于51单片机智能交通灯设计1 系统硬件设计1.1 80C51单片机引脚图及引脚功能介绍80C51系列中，用CHMOS工艺制造的单片机都采用双列直插式（DIP）40脚封装，引脚信号完全相同。图1-1为引脚图图1-1 80C51引脚图这40根引脚大致可分为：电源（VCC、VSS、VPP、VPD）、时钟（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0P3）、地址总线（P0口、P2口）和控制总线（ALE、RST、 、 、 ）等几部分。它们的功能简述如下：1电源 Vcc（引脚号40），芯片电源，接+5V；Vss（引脚

4、号20），电源接地端。2时钟 XTAL1（引脚号18）内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2（引脚号19）内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶振的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3. 控制总线（1）ALE/ （引脚号30）: 正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），用来把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的1/6）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟信号或用于定时。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL电路

5、。在8751单片机EPROM编程期间，此引脚接编程脉冲（ 功能）。（2） （引脚号29）：外部程序存储器读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间， 在每个机器周期内两次有效。 可以驱动8个LSTTL电路。（3）RST/VPD（引脚号9）：复位信号输入端。振荡器工作时，该引脚上持续2个机器周期的高电平可实现复位操作。此引脚还可接上备用电源。在Vcc掉电期间，由 向内部RAM提供电源，以保持内部RAM中的数据。（4） /Vpp（引脚号31）： 为内部程序存储器和外部程序存储器的选择端。当 为高电平时，访问内部程序存储器（PC值小于4K）；当 为低电平时，访问外部程序存储器。对于87C51

6、单片机，在EPROM编程期间，此端为21V编程电源输入端。4. I/O线 （1）P0口（引脚号3239）：单片机的双向数据总线和低8位地址总线。在访问外部存储器时实现分时操作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为数据总线。它也可以用作双向输入/输出口。P0口能驱动8个LSTTL负载。（2）P1口（引脚号18）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。（3）P2口（引脚号2128）：准双向输入/输出口。在访问外部存储器时，用作高8位地址总线。P2口能驱动4个LSTTL负载。（4）P3口（引脚号1017）：准双向输入/输出口，它能驱动4个LSTTL负载。P3口的每一

7、引脚还有另外一种功能：P3.0RXD：串行口输入端P3.1TXD：串行口输出端P3.2 ：外部中断0中断请求输入端P3.3 ：外部中断1中断请求输入端P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6 ：外部数据存储器写选通信号P3.7 ：外部数据存储器读选通信号1.2 74LS245引脚图及功能74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。它的功能引脚图如图1-2所示。图1-2 74LS245引脚图74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载

8、达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD且PSEN有效时，74LS245输入（P0.1D1），其它时间处于输出（P0.1D1）。1.3 八段LED数码管LED显示屏作为大型显示设备的一种，

9、具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示dP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图1-3所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见，本文主要讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。图1-3 八段共阳管示意图LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为，采用共阳极连

10、接驱动代码，代码表如表1所示。表1 驱动代码表显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。四个方位上总共用4个LED接在单片机的IO口上。虽然路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的

11、，所以两边连接的IO口是对称的。1.4 硬件系统总控制电路本系统以单片机为核心，系统硬件电路由状态灯，LED显示，按键，组成。其具体的硬件电路总原理图如图1-4所示。其中P0用于送显四片LED数码管，P2用于控制红绿黄发光二极管，P1.0,P1.1,与P1.1和P1.2对数码管进行片选，P3口为紧急情况处理按键，既根据车流量控制红绿黄发光二极管通断时间。系统上电或手动复位之后，系统先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P2口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0口，在此同时用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断

12、及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，当然，还要开启三个外部中断，其一为全部路口紧急情况处理中断，一旦信号有效，即按键为低电平时进入中断服务子程序，东西南北路口的状态禁止通行。其二为东西方向或南北方向禁止通行，一旦信号有效将进入相应中断服务子程序，某一方向状态禁止通行。其三为通行时间调整中断，若按键有效，进入相应的中断子程序，对时间进行调整，可延长或减少某一路段的通行时间，此后再按确定键则中断结束返回。图1-4 控制系统总原理图1.5各模块控制电路1.5.1 交通灯控制电路这里我们采用发光二极管作为交通灯来使用，单片机的I/O接口直接和交通灯（发光二极管）连接。在十字路口的四组红、黄、

13、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色的灯也彼此连接在，控制受单片机P2.1P2.6控制。单片机的I/O接口与交通灯电路的具体连接方式为：P2.1P2.3分别接东西方向的红、黄、绿共6个放光二极管，P2.4P2.6分别接南北方向的红、黄、绿共6个发光二极管。12个发光二极管采用了共阴极的连接方式，因此I/O口输出高电平时，与之相连的发光二极管会亮，I/O口输出低电平是，相应的发光二极管会灭。初始东西绿灯亮，南北红灯亮，东西路口车通行，时隔20s，黄灯闪烁5次。之后，南北绿灯亮，东西红灯亮，方向开始通车，时隔20s，南北黄灯闪烁5次，然后又切换成东西方向通

14、车，如此重复。当某一方向发生交通意外或者需要停止方向通行是，这一方向亮红灯。处理完之后，按下确定键，重新按上述方式工作。当发生交通意外(中断产生)时，全部亮红灯，进行交通事故的处理。当事故处理完毕，按下确定键，重新按上述方式工作。当南北路口的流量大时，可以增加南北路口亮绿灯的时间，当东西路口的流量大时，可以增加东西路口亮绿灯的时间，结束后调回正常状态。交通灯电路如图1-5所示。图1-5 交通灯电路1.5.2 倒计时显示电路倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口

15、更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。四个路口的计时显示都是由P0口控制，又P1口的P1.0P1.2片选这些显示管,而东西两个方向的显示时间一样,南北方向时间也一样,片选信号能控制东西也南北显示不同的时间。当某一方向为绿灯时，在绿灯倒计时结束后会再显示一个5S的倒计时，以供黄灯显示使用。显示管连接图如图1-5所示。在单片机与显示器之间加了一个8*4.7k的排阻与一个74LS245芯片，排阻的作用是上拉电阻，防止电流过高烧掉显示管，起到保护显示管的作用，其连接图如

16、图1-6所示。74LS245的作用是驱动显示管点亮。其连接图如图1-7所示。图1-5 显示管连接图图1-6 排阻连接图图1-7 74LS245驱动芯片连接图1.5.3 紧急通行电路该电路为紧急情况和根据车流量调节红绿灯时间长度控制电路。通过单片机的P3.1P3.7口的七个接口来控制。在紧急情况下，需要停止所有方向上的车的行驶，按下P3.1接口上的开关，接低电平，使其发生作用，发出令所有路口的红灯点亮的脉冲，禁止所有车辆通行。当需要禁止东西方向或者南北方向通行时，按下P3.2或者P3.3可以使其方向上的红灯亮起，禁止该方向车辆通行，而另一方向上则绿灯常量，车辆通行。例如，按下P3.2上的开关，此

17、时南北方向上的红灯常亮，而东西方向上绿灯常亮，这就起到了南北禁止东西通行的效果，按下P3.3上的开关则与之相反。有时候某个方向上的车流量比较大，另一个方向上的车流量比较少，这就需要调整通行时间，P3.5是加时间端口，P3.6为减时间端口，按下一次开关则会增加或者减少1S，P3.7接的是切换方向开关，按下开关可以切换方向时间的调整，例如现在切换开关是东西方向，而东西方向车流量比较少，南北方向车流量比较大，这就需要增加南北方向通行时间，减少东西方向通行时间。首先通过P3.6口减少东西方向通行时间，然后按下切换方向键，这就切换到了南北方向时间调整状态，这是按下P3.5，可以增加通行时间。P3.4为确

18、定键，也可以称之为复位键，要解除禁止时，按下确认键就可回到正常工作状态，当时间调整结束后，也可以通过确认键回到工作状态。控制电路图如图1-8所示。图1-6 按键电路控制电路图1.5.4 声音警示装置当发生紧急情况需要全面停止通行时，需要声音警示装置来提醒车辆，这个警示装置由P3.0口控制，其电路图如图1-7所示。图1-7声音警示控制电路2 系统程序设计 2.1 主程序流程图开始东西亮绿灯，南北亮红灯东西准行，南北禁行显示子程序系统初始化扫描键盘键按下有调用键盘子程序东西亮绿灯，南北亮红灯同时黄灯进行闪烁调用键盘子程序扫描键盘显示子程序东西准行，南北禁行东西，南北方向换向有键按下YNY图2-1主

19、程序路程图2.2 显示子程序流程图开始取倒计时数值从P1.0到P1.3取各个方向控制十位个位从P0口获取数码显示值返回图2-2 显示子程序流程图3 心得体会这次课程设计，我们小组做的智能交通等控制系统。如往常每一次实训，我获得了很大的收获。首先，我要说说我学到的团队精神，这次课设需要多人协作完成，我有幸找到三位认真负责且乐于交流讨论的队友。这次选交通灯为题目来做课设一是经验不足，二是信心不足。通过这次课设，我既积累了经验，也获取了信心，今后会找寻机会再做一些与拖动相关的电子设计，因为我们自动化专业和电机是息息相关的，很大程度研究的是电机的拖动问题。通过这两周的单片机课程设计，我们运用所学的知识

20、，利用单片机控制原理设计了一个交通灯控制系统，我们对单片机有了更深的体会。我们了解和掌握了一些简单的编程思想和对I/O口的使用。这次课设通过单片机的I/O口来控制交通灯。实现一些具体的功能和对特殊情况的处理。通过这次的实践，我们对单片机的I/O口的使用的条件有更深的理解，对单片机的各个管脚功能的理解也加深了，以及在常用编程设计思路技巧，特别是汇编语言的掌握方面都能向前迈了一大步。这次的课程设计让我们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，从中更懂得理论是实践的基础，实践有着能检验理论的正确性，让我们受益非浅，对我们以后参加工作或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。在课设过程中遇到

21、的硬件和软件问题都通过询问老师、同学和去图书馆、上网得到了解决。参考文献1陈大钦 电子技术基础实验 M.北京：高等教育出版社 20042陈梓城 电子技术实训 M.北京：机械工业出版社 20033吴黎明 单片机原理及应用技术M.北京：科学出版社 20034李学海 标准80C51单片机基础教程M.北京： 北京航空航天大学出版社 20065刘乐善 微型计算机接口技术及应用M.北京： 华中科技大学出版社 20046 陈炳权 曾庆六 EDA技术实用教程M.北京： 湘潭大学出版社 20107 先锋工作室. 单片机程序实例M.北京：清华大学出版社,2002.8 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设

22、计M.北京：电子工业出版社，2004.9 吴洪潭，肖艳萍，赵伟国.单片机原理及应用系统设计M.北京：国防工业出版社，2005.10 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术 M . 北京: 科学出版社,2005.附录 源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar data buf4;uchar data sec_dx=20;/东西数默认uchar data sec_nb=30;/南北默认值uchar data set_timedx=20;uchar data set_timenb=30

23、;int n;uchar data countt0;/定时器0中断次数/定义5组开关sbit k4=P37; /切换方向sbit k1=P35;/时间加sbit k2=P36;/时间减sbit k3=P34;/确认sbit k5=P31;/禁止/ P32/只允许东西方向通行,中断0/ P33/只允许南北方向通行，中断1sbit Yellow_nb=P25;/南北黄灯标志sbit Yellow_dx=P22;/东西黄灯标志sbit Green_nb=P24;sbit Green_dx=P21;sbit Buzz=P30;bit Buzzer_Indicate;bit time=0;/灯状态循环标

24、志bit set=1;/调时方向切换键标志uchar code table11=/共阴极字型码0x3f, /-00x06, /-10x5b, /-20x4f, /-30x66, /-40x6d, /-50x7d, /-60x07, /-70x7f, /-80x6f, /-90x00 /-NULL;/函数的声明部分void delay(int ms);/延时子程序void key();/按键扫描子程序void key_to1();/键处理子程序void key_to2();void key_to3();void display();/显示子程序void logo(); /开机LOGOvoid B

25、uzzer();/主程序void main()TMOD=0X11; /定时器设置TH0=0X3C;/定时器0置初值 0.05STL0=0XB0;EA=1;/开总中断ET0=1;/定时器0中断开启TR0=1;/启动定时0EX0=1;/开外部中断0EX1=1;/开外部中断1 logo();P2=0Xc3;/ 开始默认状态，东西绿灯，南北黄灯 sec_nb=sec_dx+5; /默认南北通行时间比东西多5秒while(1) key(); /调用按键扫描程序display(); /调用显示程序Buzzer();/函数的定义部分void key()/按键扫描子程序 if(k1!=1)/时间加按下时del

26、ay(10);/延时消抖if(k1!=1)while(k1!=1)/当按键未弹起时，一直执行 key_to1();/调用按键1功能 for(n=0;n40;n+)/调用40次显示，用于延时 display(); if(k2!=1)/当K2按键按下时delay(10);/延时消抖if(k2!=1)while(k2!=1)/按键按下未弹起时一直执行 key_to2();/调用key2功能 for(n=0;n40;n+)/调用40次显示，用于延时 display();if(k3!=1)/当K3（确认）键按下时TR0=1; /启动定时器Buzzer_Indicate=0;sec_nb=set_time

27、nb;/从中断回复，仍显示设置过的数值sec_dx=set_timedx;/显示设置过的时间if(set=1)/时间倒时到0时 /P2=0X99;/东西红灯，南北绿灯sec_nb=sec_dx+5; /回到初值else /P2=0xC3;/东西绿灯，南北红灯sec_dx=sec_nb+5; if(k4!=1)/当K4（切换）键按下 delay(5);/延时消抖if(k4!=1) while(k4!=1);set=!set;/取反set标志位，以切换调节方向 if(k5!=1)/当K5（禁止）键按下时 delay(5);/延时消抖 if(k5!=1) while(k5!=1) key_to3()

28、; void display() /显示子程序buf1=sec_dx/10; /第1位 东西秒十位buf2=sec_dx%10; /第2位 东西秒个位buf3=sec_nb/10; /第3位 南北秒十位buf0=sec_nb%10; /第4位 南北秒个位 P1=0xff; / 初始灯为灭的 P0=0x00; P1=0xfe; /片选LED1 P0=tablebuf1;/送东西时间十位的数码管编码delay(1);/延时 P1=0xff;/关显示 P0=0x00; P1=0xfd; /片选LED2 P0=tablebuf2; delay(1); P1=0xff; P0=0x00; P1=0Xfb

29、; /片选LED3P0=tablebuf3; delay(1);P1=0xff; P0=0x00;P1=0Xf7;P0=tablebuf0;/片选LED4 delay(1);void time0(void) interrupt 1 using 1 /定时中断子程序TH0=0X3C;/重赋初值TL0=0XB0;TR0=1;/重新启动定时器countt0+;/软件计数加1if(countt0=20) / 定时器中断次数=20时（即1秒时）countt0=0;/清零计数器sec_dx-;/东西时间减1sec_nb-;/南北时间减1if(sec_nb=5&time=0) /东西黄灯闪 Green_dx

30、=0;Yellow_dx=!Yellow_dx; if(sec_dx=5&time=1) /南北黄灯闪 Green_nb=0;Yellow_nb=!Yellow_nb; if(sec_dx=0&sec_nb=5) /当东西倒计时到0时，重置5秒，用于黄灯闪烁时间sec_dx=5;if(sec_nb=0&sec_dx=5)/当南北倒计时到0时，重置5秒，用于黄灯闪烁时间sec_nb=5;if(time=0&sec_nb=0)/当黄灯闪烁时间倒计时到0时， P2=0x99;/重置东西南背方向的红绿灯time=!time;sec_nb=set_timenb;/重赋南北方向的起始值sec_dx=set

31、_timenb+5;/重赋东西方向的起始值if(time=1&sec_dx=0)/当黄灯闪烁时间到P2=0Xc3;/重置东西南北的红绿灯状态time=!time;sec_dx=set_timedx;/重赋东西方向的起始值sec_nb=set_timedx+5;/重赋南北方向的起始值void key_to1()/键盘处理子程序之+TR0=0; /关定时器if(set=0)set_timenb+; /南北加1Selseset_timedx+; /东西加1Sif(set_timenb=100)set_timenb=1;if(set_timedx=100)set_timedx=1; /加到100置1s

32、ec_nb=set_timenb ; /设置的数值赋给东西南北sec_dx=set_timedx;/void key_to2() /键盘处理子程序之-TR0=0; /关定时器if(set=0)set_timenb-; /南北减1Selseset_timedx-; /东西减1Sif(set_timenb=0)set_timenb=99;if(set_timedx=0 )set_timedx=99; /减到1重置99sec_nb=set_timenb ; /设置的数值赋给东西南北sec_dx=set_timedx;void key_to3() /键盘处理之紧急车通行 TR0=0;/关定时器 P2=

33、0Xc9;/全部置红灯 sec_dx=00;/四个方向的时间都为00 sec_nb=00; Buzzer_Indicate=1;/外部中断0void int0(void) interrupt 0 using 1 /只允许东西通行TR0=0;/关定时器P2=0Xc3;/东西方向置绿灯Buzzer_Indicate=0;sec_dx=00;/四个方向的时间都为00sec_nb=00;/外部中断1void int1(void) interrupt 2 using 1 /只允许南北通行 TR0=0;/关定时器P2=0X99;/置南北方向为绿灯Buzzer_Indicate=0;sec_nb=00;/四个方向的时间都为00sec_dx=00;void logo()/开机的Logo - - - - for(n=0;n50;n+) P0=0x40; P1=0xfe;delay(1); P1=0xfd;delay(1);P1=0Xfb;delay(1);P1=0Xf7;delay(1); P1 = 0xff;void Buzzer() if(Buzzer_Indicate=1) Buzz=!Buzz; else Buzz=0;void delay(int ms)/延时子程序uint j,k;for(j=0;jms;j+)/延时ms for(k=0;k124;k+);/大约1毫秒的延时27