单片机交通灯控制系统设计.doc

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1、 前言本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。本设计是单片机控制的交通灯控制系统。单片机即单片微型计算机。由RAM，ROM，CPU，相关接口构成，其集定时、计数和多种接口与一体的微控制器。它体积小、成本低、功能强，广泛的应用于只能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各类单片机中最为典型和富有代表性的一种。 在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较窄而车流量较大，主干道，支干道的车辆通行时间不等，同时设有道路应急控制。具体的情况是

2、：在正常的情况下，东西支干道通行时间为20秒，南北主干道通行时间为30秒，每个方向在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。该系统适用于十字路口，并对放行和禁行时间进行倒计时显示（秒）。并且能够在人工监控状态下，如果一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。而且有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行。本设计的意义在于通过具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。关键字：单片机 红绿灯 AT8951 Proteus仿真uVision调试 目录1 .课程设计目的2.概述 2.1课题名称4 2.2设计要求4 2.

3、3设计意义43 系统总体方案及硬件设计 3.1芯片的选择与简单介绍53.2系统方框图73.3工作原理73.4电路原理图83.5单片机最小系统93.6时间显示电路 103.7交通灯电路 104 软件设计4.1整体系统分析 11 4.2相关参数计算 11 4.3程序流程图 125 Proteus软件仿真 5.1系统仿真电路图 13 5.2仿真结果分析 156课程设计体会参考文献附1：源程序代码附2：系统原理图1. 课程设计目的单片机应用是一门实践性很强的计算机专业基础课程，除了课堂理论学习之外，还必须有强有力的实验环节相配合，否则学习效果就会受到很大影响。所以配合该课程内容，学生已经在“开放式微机

4、教学实验系统”（西安唐都科教仪器公司产品）上做了数码转换编程、运算类编程、分支程序设计、循环程序设计、子程序设计等纯汇编语言编程实验。为了使学生不但掌握单片机原理及接口技术的基本原理、基本分析及设计方法和技术，而且能够较熟练地加以综合运用，特安排本综合实验，以加强对学生接口电路硬件、软件的分析与设计能力的训练，进一步加深对课程内容的理解。通过综合实验的实践，使学生了解单片机工作的原理及应用技术，掌握根据硬件电路设计软件的方法，使学生了解设计过程中的各个基本环节，也为今后的实际应用奠定基础。 2. 概述2.1课题名称交通灯控制系统设计2.2设计要求1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车

5、道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改；2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）；5）一道有车而另一道无车（实验时用开关 K0 和 K1 控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行； 6）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。2.3交通管理的方案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

6、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。设A道比B道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2-1-1。B线绿灯B线黄灯B线红灯A线绿灯A线黄灯A线红灯 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0说明：（1）红绿灯为共阳极接法，故低电平有效。当B线通行时即红灯亮，A线通行亮绿灯。 （2）当B线绿灯快亮时，A线黄灯警告。时间表3秒。（3）当B线绿灯，B道车辆通行； A为红灯，A道车辆禁止通过，行人通行。时间为5秒。 A道车流大 通行时间长（4）

7、B线快要通行时，黄灯示警。 （5）出现紧急情况是，A，B道都为红灯禁止通行。2.4 设计意义交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1 两车道的车辆轮流放行时间相同且固定。 在十字路口，经常主干道与副车道车辆数不同，应该根据实际情况，设置为不同的通行时间，车辆较多，放行时间应该长些 2没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施。臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。基于传统交通灯控制系统设计，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通交叉

8、路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。3 系统总体方案及硬件设计3.1单片机认识（图）AT89S51单片机作为主控芯片（其管脚图如图所示）。单片机，亦称单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机以体积小、功能全、性价比高，性能稳定等诸多优点而独具特色，在工业控制、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。MCS-51单片机是指由美国INTEL公司（大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一

9、系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能修改改进而来的，人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。8051单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线构成3.1.1.中央处理器（CPU）中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作。他决定了单片机的主要功能特性，有运算部件和控制部件两部分构成，运算

10、部件以ALU为核心，再加上ACC，寄存器B和暂存器和程序状态字PSW部件构成，控制部件一般为布尔处理机。3.1.2.数据存储器（RAM）8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，用于存放临时性文件，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表，分为工作寄存器区，位寻址区，数据缓冲区。3.1.3程序存储器(内部ROM)：程序存储器又称只读存储器，用于存放程序和表格等。在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。 3.1.4定时/计数器： 定时/计数器用于定时和计数功能，还可实现程序转向，AT89S51共有2个16位定时/计

11、数器，有四种工作方式。3.1.5并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。都可作为准双向口使用，P3, P2口有第二功能，每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。3.1.6全双工串行口：A89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。3.1.7时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。3.1.8中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。3.

12、2工作原理P0口输出七段显示码，P2口输出选通信号，其中东西向时间显示保持一致，南北道时间显示一致。由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行30秒，东西方向通行20秒，数码管采用动态显示，通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭。采用中断方式实现按键的功能。东西方向 EW G Y R 南北方向 NS G Y R 系统控制 电路 车辆检测 紧急转换 3.3系统整体结构图 3.4硬件电路原理图（图2）3.5单片机最小系统（单片机，复位电路，时钟电路）（图-3）单片机最小系统以80S51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,符合本设计的所有要求。89C51单片机系列是当前8位单片机的典型代表

13、,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30pF。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R1来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。3.6时间显示（图4）由于系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间(如图-4所示)。数码管使

14、用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管约为10mA电流。3.7时钟和震荡电路3.8红绿灯电路设计示意图本系统用p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在这里只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管，发光二极管采用共阳极接法（如图-5所示）（图-5） 4.软件设计4.1总体流程图（实现各种状态间的转换）东西绿灯南北红灯东西黄灯闪南北红灯亮东西红灯南北绿灯东西红灯亮南北黄灯闪 4.2相关参数计算 T0的计数初值：X=216-12*50*1000/12=15536=3CB0H4.3程序流程图4.4软件调试过程5 Prot

15、eus软件仿真5.1系统仿真电路图 画好电路图后，当确保无误后，将在uVIsion界面中将编好的C程序编译连接后得到的HEX文件导入，,编译的软件为KEILC51，就可以开始调试了，并且根据调试验证系统的功能。5.1.1交通灯控制系统正常运行时仿真图（见图-7）。（图-7）5.1.2.交通灯南北方向绿灯向红灯转变，黄灯闪烁时仿真图（见图-8）。图-8紧急时全部亮红灯5.2仿真结果分析仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行，南北方向（主干道）每次通行时间设为30秒、东西方向通行时间设为20秒，时间可以在程序中修改。同时能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换，红绿灯转换时间为5

16、秒，转黄期间黄灯亮。可以准确显示每个状态所剩余的时间，按下禁行普通车辆键，东西南北方向都亮红灯；按下南北放行键，南北绿灯亮，东西红灯亮；按下东西放行键，东西绿灯亮，南北红灯亮；任何时候按下返回键，此系统都将回到初始状态，当紧急状况出现时，按下紧急开关，可实现主干道和支干道全部禁止通行，允许紧急车辆安全通行，实现了课程设计的要求。6.设计创新6.1模块化编程，模块化接线，再编译总原理图，思路比较清楚解容易。6.2亮灯时间不一，分主次干道。6.3紧急事件控制开关。6.4、有的模块可以供其它任务通用。7.课程设计体会本系统就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引角。系统统采用MSC-51系列单片机

17、为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P1口控制红、黄、绿灯的燃亮与熄灭；P0口外接数码管来显示各个信号灯的时间。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间，没有设置人行道红绿灯及时间显示。通过这周紧张而充实的课程设计，我学到了很多东西，让我重新认识自己，收益匪浅，并对我以后所要做的毕业设计有了一个初步的了解。做好一个课程设计或毕业设计不仅要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进行复习，实在搞不明白的地方要向老师或同学请教，这样才可能做出一个比较不错

18、的课程设计。在这里我要感谢我们的指导老师，非常感谢老师的指导和帮助。希望以后还能参加这样的课程设计。我想我会做的更好的。 这次课程设计，尽管有别人的做好的程序，但是我还是仔细看了程序并且在原来的程序上进行了修改，其中就有将2条原来亮灯一样的路分为主次干道等等，其中出现过问题，但是在通过看书和问其他人后都解决了，因为别人的程序没有顶层文件，就把EDA教材关于模块化设计的又看了一遍，发现其实模块化设计不是那么难的，后来也在修改多次后，成功编好，感觉印象特深，真正的把它学会了，感觉通过这次课程设计，加强了自己的动手思考和解决问题的能力。由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，

19、所以本设计的性能指标还是有待改善的。然本设计只是说明设计思想及思路 参考文献1 李军等 51单片机高级实例开发指南 北京航空航天大学出版社 20042 皮大能，南光群， 刘金华 单片机课程设计指导书M 北京理工大学出版社 20103 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 2004.4 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设计M.北京：电子工业出版社，2004.5李建忠, 余新栓，王宽仁 王桂棠, 等. 单片机原理及应用技术 M . 西安电子科技大学出版社，2008. 程序代码： ;-;程序实现功能;西南北路口直行与转弯交替通行，数码管显示直行通行倒计时，红绿黄

20、灯显示包括人行道在内的道路交通状态。;某一方向道路拥挤时，可以人工控制调节东西南北方向通行时间。;紧急情况时，各路口交通灯显示红灯，数码管保持数据不变。;工作寄存器及存储单元分配;1.工作寄存器;R2设置为定时器定时中断次数,R6、R7用于延时程序中的寄存器;2.片内存储单元;30H、31H作为两组数码管显示数据存储单元;32H、33H作为交通灯初始状态存储单元;40H、41H作为交通灯显示数据存储单元;3.标志位;00H：南北通行标志位 ; 01H：东西通行标志位;02H：紧急事件标志位 ;-SNF EQU 00H ;南北通行标志位EWF EQU 01H ;东西通行标志位URF EQU 02

21、H ;紧急事件标志位ORG 0000HLJMP MAIN ;上电转主程序ORG 000BH ;定时中断入口LJMP DSZD ORG 0003H ;紧急中断入口LJMP URZDORG 0030H MAIN: LCALL INIT ;调用初始化子程序LOOP: LCALL DIS ;循环执行显示子程序 AJMP LOOP;/初始化程序INIT: SETB SNF SETB EWF SETB URF MOV R2,#20 ;定时器中断20次为1s MOV TMOD,#01H ;初始化定时器 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB EA ;开定时中断与紧急中断 SETB E

22、T0 SETB TR0 SETB EX0 SETB IT0 ;设置中断程控方式 MOV DPTR,#TAB ;数值首地址放入DPTR中 MOV 40H,#40 ;东南西北通行时间设置 MOV 41H,#40 MOV 30H,#40 ;通行时间初始化 MOV 31H,#60 MOV P0,#4CH ;初始化时南北通行并把交通灯状态分别放在32H和33H中 MOV 32H,#4CH MOV P2,#15H MOV 33H,#15H RET;/显示子程序DIS: MOV P3,#0DFH ;选中南北方向的十位数码管 MOV A,30H ;把显示数据送人数码管显示 MOV B,#10 DIV AB M

23、OVC A,A+DPTR MOV P1,A ; LCALL D1MS MOV P3,#0EFH ;选中南北方向的个位数码管 MOV A,B ;送入数码管显示 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL D1MS MOV P3,#7FH ;选中第东西方向的十位数码管 MOV A,31H ;送入数码管显示 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL D1MS MOV P3,#0BFH ;选中第东西方向的个位数码管 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL D1MS SETB P3.0 SETB P3.1

24、JNB P3.0,DIS_S ;查询是否第一个按键按下 JNB P3.1,DIS_E ;查询是否第二个按键按下 AJMP DIS_R ;没有键按下则返回DIS_S:LCALL D5MS ;按键去抖 JNB P3.0,DIS_SN AJMP DIS_R DIS_SN:MOV 40H,#50 ;对通行时间从新分配，南北通行时间加长 MOV 41H,#30 AJMP DIS_RDIS_E:LCALL D5MS ;按键去抖 JNB P3.1,DIS_EW AJMP DIS_RDIS_EW:MOV 40H,#30 ;东西通行时间加长 MOV 41H,#50DIS_R:RET ;/定时中断处理程序DS_C

25、: LJMP DS_R ;接力跳转DSZD: PUSH ACC ;保护现场 PUSH PSW CLR TR0 ;关定时器及中断标志位并重新赋值 CLR TF0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ R2,DS_C ;判断1m时间是否到达 MOV R2,#20 ;到达重新赋值 DEC 30H ;南北方向通行时间减一 MOV A,30H ;把减一后的时间送入显示存储单元;南北通行到达最后4秒时黄灯闪烁DS_10:CJNE A,#4,DS_11 ;如果通行时间剩余4秒 JNB SNF,DS_11 ;判断是否是南北通行 MOV P0,#8AH MOV 32H, #8AH ;把

26、交通灯状态存入存储单元（后面类似）DS_11:CJNE A,#3,DS_12 ;不是剩余3秒，返回 JNB SNF,DS_12 ;不是南北通行时间，返回 MOV P0,#88H MOV 32H, #88HDS_12:CJNE A,#2,DS_13 JNB SNF,DS_13 MOV P0,#8AH MOV 32H, #8AH DS_13:CJNE A,#1,DS_14 JNB SNF,DS_14 MOV P0,#88H MOV 32H, #88H;-DS_14:JNZ DS_NE ;通行时间没有结束转向改变东西方向的数码管 CPL SNF ;如果通行时间结束则对标志位取反 JNB SNF,DS

27、_1 ;判断是否南北通行 MOV 30H,40H ;是，点亮相应的交通灯 MOV P0,#4CH MOV 32H,#4CH ;存储交通灯状态 MOV P2,#15H MOV 33H, #15H ;存储交通灯状态DS_NE:DEC 31H ;东西方向通行时间减一 MOV A,31H ;把通行剩余时间送入显示存储单元;东西方向通行时间剩余4秒钟黄灯闪烁（程序注释与南北方向类似 略）DS_20:CJNE A,#4,DS_21 JB EWF,DS_21 MOV P0,#51H MOV 32H, #51HDS_21:CJNE A,#3,DS_22 JB EWF,DS_22 MOV P0,#41H MOV

28、 32H, #41HDS_22:CJNE A,#2,DS_23 JB EWF,DS_23 MOV P0,#51H MOV 32H, #51HDS_23:CJNE A,#1,DS_24 JB EWF,DS_24 MOV P0,#41H MOV 32H, #41H;-DS_24:JNZ DS_R ;东西方向时间没有结束，返回 CPL EWF ;对通行状态取反 JNB EWF,DS_2 ;东西方向通行时间到来，跳转 MOV 31H,#80 ;东西方向通行结束，重新显示时间 MOV P0,#89H ;点亮相应的交通灯 MOV 32H, #89H MOV P2,#29H MOV 33H, #29H AJ

29、MP DS_R DS_1: MOV 30H,#80 ;南北通行时间结束，重新对显示存储单元赋值 MOV P0,#89H ;执行转弯状态1 MOV 32H, #89H MOV P2,#26H MOV 33H, #26H AJMP DS_NE DS_2: MOV 31H,41H ;东西方向开始通行，赋值予显示存储单元 MOV P0,#61H ;点亮相应的交通灯 MOV 32H, #61H MOV P2,#15H MOV 33H, #15HDS_R: SETB TR0 POP PSW ;恢复现场 POP ACC RETI;/紧急中断处理程序URZD: PUSH ACC ;保护现场 PUSH PSW

30、CLR IE0 ;清除中断标志位 CLR TR0 ;关定时器 CPL URF ;紧急事件标志位 JB URF,UR_CON ;紧急结束；跳转 MOV P0,#49H ;各路口灯全显示红灯亮 MOV P2,#15H AJMP UR_RUR_CON:SETB TR0 ;恢复正常交通 MOV A,32H MOV P0,A MOV A,33H MOV P2,AUR_R: POP PSW ;恢复现场 POP ACC RETI ;/查表指令0,1,2,3,4,5,6,7,8,9TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH;/延时5ms与1msD5MS: MOV R7,#5D1MS: MOV R7,#10 MOV R6,#50 L1: DJNZ R6,$ DJNZ R7,L1 RET END- 25 -