交通燈課程設(shè)計交通信號燈控制的設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目 交通信號燈控制的設(shè)計二、設(shè)計目的1 鞏固單片機技術(shù)課程所學(xué)的有關(guān)知識。2 通過硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，使學(xué)生掌握用單片機組成應(yīng)用系統(tǒng)的方法，提高軟件設(shè)計能力。3 掌握單片機用于各種功能控制的方法。4 學(xué)會產(chǎn)品設(shè)計方法。三、設(shè)計要求1. 繪出仿真原理圖、編寫出源程序并調(diào)試。2. 要求實現(xiàn)綠燈亮20s放行后，黃燈閃爍4s警告，然后依次按北、西、南、東向轉(zhuǎn)換。四、設(shè)計步驟 1. 按要求畫出硬件連線圖。 2畫出程序流程圖。3編寫源程序。4進行軟件調(diào)試，檢查功能是否完善。 5. 完成proteus仿真。5、 提高部分 1. 保證車輛在一定時間內(nèi)可以向三個方向行駛。 2. 人行道也

2、給出紅綠燈指示。第一章 設(shè)計任務(wù)分析和系統(tǒng)方案論證1.1 交通燈變化規(guī)律的分析按照常規(guī)我們假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)為狀態(tài)1，南北方向綠燈通車，東西方向紅燈。經(jīng)過一段時間（假定60s）轉(zhuǎn)換狀態(tài)2，南北方向綠燈熄滅轉(zhuǎn)亮黃燈，延時3s，東西方向仍然紅燈。再轉(zhuǎn)換到狀態(tài)3，東西方向綠燈通車，南北方向紅燈。過一段時間（30s）轉(zhuǎn)換到狀態(tài)4，東西方向綠燈熄滅轉(zhuǎn)亮黃等燈，延時3s，南北方向仍然紅燈。最后循環(huán)至南北綠燈，東西紅燈。在這些狀態(tài)下有時鐘倒計時供行人和司機查看時間。在實際生活中，根據(jù)不同交通道路的通車情況有不同的變化規(guī)律。比如有的路口是三叉路口，有的道路分主干道與次干道等。不同的路況有

3、不同的通車情況，需設(shè)計者根據(jù)實際情況來設(shè)計交通燈的亮和滅?？紤]到實際情況，本次設(shè)計對設(shè)計任務(wù)做了適當?shù)臄U充來滿足更高的要求。1.2 系統(tǒng)的方案論證 1.2.1 設(shè)計任務(wù)交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計利用單片機的定時器定時，令十字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅，并且用數(shù)碼管顯示時間。用8051做輸出口，控制十二個發(fā)光二極管燃滅，模擬交通燈管理。設(shè)計框圖如圖2-1。 圖2-1 設(shè)計框圖 1.2.2 方案介紹本系統(tǒng)是交通燈的控制設(shè)計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西紅燈，南北綠燈通車。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)2南北綠燈滅，黃燈閃爍幾次

4、，東西仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西綠燈滅，閃幾次黃燈，南北仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1。本系統(tǒng)就是利用了at89c51芯片的i/o引腳。系統(tǒng)采用美國atmel公司生產(chǎn)的單片機at89c51，以及其它芯片來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅燈亮60秒,綠燈50秒，黃燈閃爍10秒。p1輸出口設(shè)置紅、綠燈燃亮的功能和p2輸出口設(shè)置實現(xiàn)在七段數(shù)碼管上的時間顯示。簡單的來說，就是用單片機控制二極管的閃滅亮和顯示時間。第二章 交通燈系統(tǒng)硬件的設(shè)計2.1 單片機介紹2.1.1系統(tǒng)框圖復(fù)位電路時鐘電路51單片機紅綠燈顯示1位led數(shù)碼管顯示電路電源電路按鍵輸入電路圖2-1 硬件

5、系統(tǒng)框圖單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過幾代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。以下是對at89c51單片機介紹：at89c51是mcs-51系列單片機的典型產(chǎn)品，其包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram

6、)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。mcs-51單片機基本結(jié)構(gòu)示意圖3-1。時鐘電路sfr和ramromcpu定時/計數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線時鐘源t0 t1p0 p1 p2 p3txd rxd int0 int1圖2-2 單片機基本結(jié)構(gòu)2.1.2 電源電路圖2-3 電源電路2.2 時鐘與復(fù)位電路的設(shè)計 圖2-4 復(fù)位與時鐘電路圖單片機本身是一個復(fù)雜的同步時序系統(tǒng)，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，單片機必須有時鐘信號以使其系統(tǒng)在時鐘信號的控制下按時序協(xié)調(diào)工作。單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。振蕩電路是通過輸入引

7、腳xtal1和輸出引腳xtal2在芯片外并接石英晶體和兩只電容組成的。石英晶體為一感性元件，與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的相移條件，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振頻率范圍為1.2-33mhz，我們選擇12mhz晶振。電容范圍為30pf左右，我們選擇33pf。振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號并不直接為單片機所用，而要經(jīng)過分頻電路的分頻后再使用。二分頻后為系統(tǒng)的時鐘信號，再三分頻產(chǎn)生ale信號，在二分頻的基礎(chǔ)上再六分頻得到機器周期信號。復(fù)位是單片機的硬件初始化操作。經(jīng)復(fù)位后，單片機系統(tǒng)才能開始正常工作。復(fù)位方式有加電復(fù)位和手動復(fù)位，復(fù)位電路又有上電復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位

8、3種。大家可以根據(jù)實際情況采用不同的復(fù)位方式，圖2-1所示為我們設(shè)計的時鐘（上圖）與復(fù)位電路（下圖）仿真圖。2.2.1發(fā)光二極管指示燈電路該電路部分是交通信號燈的主要顯示部分。采用發(fā)光二極管構(gòu)成，按交通規(guī)劃分紅、黃、綠三種顏色。發(fā)光二極管直接與單片機的i/o端口相連，綠燈和黃燈控制器還有紅燈控制器的控制信號都是由秒脈沖發(fā)生器給出的。如圖35所示。 圖2-5 發(fā)光二極管電路2.3 單片機定時器/計數(shù)器的應(yīng)用 2.3.1定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器是單片機中最常用、最重要的功能模塊之一。89s52單片機中有兩個16位定時器/計數(shù)器，分別為t0和t1。因為單片機為8位，所以要把16位定時器分解為4個

9、8位定時器，依次為tl0、tl1、th0、th1。本次設(shè)計只用到定時器，計數(shù)脈沖來自單片機內(nèi)部，采用12mhz晶振，即每微妙計數(shù)器加一。2.3.2定時器/計數(shù)器的相關(guān)寄存器 與定時器/計數(shù)器相關(guān)的寄存器有定時器/計數(shù)器工作方式寄存（tmod）、定時器/計數(shù)器控制寄存器（tcon）。tcon在本次設(shè)計中不是重點，故只將其簡單列出，如表2-1所示。重點介紹tmod，位定義及位地址表示如表2-2所示。 表2-1 tcon寄存器的位定義及位地址分配位地址8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h位符號tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0 表2-2 tmod寄存器的位定義及位地址分配b

10、7hb6hb5hb4hb3hb2hb1hb0hgatec/m1m0gatec/m1m0gate：門控位。gate0，僅由運行控制位trx1來啟動定時器/計數(shù)器運行；gate1，由trx1和外部中斷引腳上的高電平共同來啟動定時器/計數(shù)器運行。c/t：定時器模式和計數(shù)器模式選擇位。c/t0，為定時器模式；c/t1，為計數(shù)器模式。m1m0：工作方式選擇位(在后面介紹)。2.3.3 定時器/計數(shù)器的4種工作方式定時器/計數(shù)器的4種工作方式下的邏輯結(jié)構(gòu)如表2-3所示。表2-3 定時器/計數(shù)器的4種工作方式下的邏輯結(jié)構(gòu)表 m1m2工作方式00方式0，為13位定時器/計數(shù)器01方式1，為16位定時器/計數(shù)器

11、10方式2，為初值自動重裝的8位定時器/計數(shù)器11方式3，僅t0有效，將t0分為兩個8位定時器/計數(shù)器此次設(shè)計采用定時器0工作方式1，故在此詳述。方式1是16位計數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，計數(shù)器由th0的全部8位和tl0的全部8位構(gòu)成，計數(shù)范圍是1-65536。定時時間計算公式為：2.4 其他元器件的應(yīng)用 在交通燈控制系統(tǒng)中，還用到了以下幾個器件：74ls04與非門，共陽極led顯示管，排阻。與非門主要用在人行道紅綠燈中用于減少口的使用，顯示管用于顯示倒計時，排阻用于拉高p0口。這樣，硬件方面的設(shè)計就到此結(jié)束，整個系統(tǒng)的電路圖在附錄a，下一章將介紹軟件的設(shè)計。第三章 交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計3.1 主程序

12、流程圖程序流程圖是描述程序運行流程的一種圖表。用它描述算法，直觀形象，能較清晰地表達各處理之間的關(guān)系。它不僅描繪程序從頭到尾的運行順序，也描述程序運行過程中的所有可能發(fā)生的狀況。 開 始初始化變量 主干道綠開始亮，次干道紅燈亮，延遲60秒。主干道繼續(xù)紅燈，次干道綠燈開始變黃燈，延遲2秒。主干道黃燈開始亮，次干道繼續(xù)亮紅燈，延遲2秒。主干道繼續(xù)紅燈，次干道黃燈開始閃亮3秒。主干道開始變成綠燈，次干道變成紅燈主干道黃燈閃亮3s，次干道繼續(xù)紅燈，延遲3秒。主干道紅燈，次干道綠燈，延遲30秒。有應(yīng)急車經(jīng)過，全部紅燈，等待10秒鐘讓應(yīng)急車輛通過圖3-1 主程序流程圖主程序的編寫比較簡單，因而其流程圖也不

13、會很復(fù)雜，圖3-1所示即為主程序流程圖3.2 int0中斷服務(wù)程序框圖 開 始是否 結(jié) 束1s次數(shù)（ones_counter）加一，50ms次數(shù)（fifms_counter）清零。50ms次數(shù)（fifms_counter）是否到20次 中斷程序主要就是完成1s的計數(shù)和定時器的初始化問題，其流程圖如圖3-2所示：重賦計數(shù)初值，50ms次數(shù)（fifms_counter）加1。圖3-2 中斷程序流程圖定時器初始化程序如下：定時器t0設(shè)定為工作方式1，初始值為th0=0x3ch，tl0=0xb0h。每一秒顯示一次，中斷服務(wù)程序如下：org000bhzdfw:pushpswsetbrs1setbrs0i

14、ncr3clrtr0movth0,#3chmovtl0,#0b0hsetbtr0cjner3, #9,exitsetb22h.0exit:poppswreti3.2.1按鍵掃描處理子程序的設(shè)計圖3-3 按鍵掃描子程序流程圖程序如下：;鍵掃描子程序區(qū)key:lcallksjnzlk1ljmpbblk1:lcalldisplcalldisplcallksjnzlk2lcalldispljmpbblk2:movb,20hlk3:lcallksjzlk4lcalldispljmplk3lk4:lcalldisplcalldisplcallksjzlk5ljmplk4lk5:mov 20h,bbb:re

15、t第四章 proteus仿真調(diào)試4.1設(shè)計完成原理圖 在電路連接完成后，將寫好的程序放入單片機，運行可以清楚且非常明顯的顯示出跟主程序一樣的效果。參考文獻1 劉高轈.單片機實用技術(shù)m.北京：清華大學(xué)出版社,2004.2 麗鳳.單片機原理及接口技術(shù)m.北京：北京交通大學(xué)出版社,2004.3 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)大全m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1994.4 張毅坤.單片微型計算機原理及應(yīng)用m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1998.5 吳金戎,沈慶陽.8051單片機實踐與應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社, 2003.6 余錫存.單片機原理及接口技術(shù)m.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7

16、 雷麗文.微機原理與接口技術(shù)m.北京：電子工業(yè)出版社,1997.8 李華.mcs-51系列單片機實用接口技術(shù)m.北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,19939 周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)m.北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,1991.10 何立民 mcs-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 1995. 附錄a 交通燈控制系統(tǒng)原理圖附錄b pcb圖附錄 c 總程序清單;*:;堆棧棧底7fh;*;led數(shù)碼管顯示器設(shè)定;p0.7-p0.0段控線，接led的顯示段dp,g,f,e,d,c,b,a;p2.7-p2.0位控線,從左至右(led7,led6,led5,led4,le

17、d3,led2,led1,led0);顯示緩沖區(qū)設(shè)定從左至右依次為7fh,7eh,7dh,7ch,7bh,7ah,79h,78h(led7,led6,led5,led4,led3,led2,led1,led0);*;獨立式鍵盤設(shè)定;8個按鍵s2至s9分別依次接在p1.0至p1.7口線; ;*; ;子程序;disp（數(shù)碼管顯示子程序）;dl(1毫秒延時子程序,晶振頻率12mhz);*;常數(shù)表格;tab(共陽數(shù)碼管字型代碼表);disbh(系統(tǒng)提示符p.字型代碼序號表);*;中斷服務(wù)程序;*;鍵功能程序;*;數(shù)據(jù)存儲器變量及常量單元定義;*;偽指令定義區(qū) ;*;系統(tǒng)起始程序區(qū) org0000hst

18、art: ljmp mainorg 000bhljmp zdfworg0030hmain: movsp,#7fhmovpsw, #00hmovr0,#20hmovr2,#96ml:movr0, #00hincr0djnz r2,ml ;初始化以及清零/ml0: movr1,#08hmovdptr,#disph0movr0,#78hml1: mova,#00hmovca,a+dptrmovr0,aincr0incdptrdjnzr1,ml1 loopa: lcalldisp ;顯示“p.”字符 lcallkey ;調(diào)用鍵掃程序jb20h.0, s2gn ;如果20h.0為1（也即按下了按鍵s2）

19、則轉(zhuǎn)移到鍵功能程序s2gnljmploopa/biaozhiequ 39hsecge equ40h;將40h單元用常量secge定義表示個位secshi equ41h;將41h單元用常量secshi定義表示十位;*;鍵功能程序區(qū)s2gn:clr rs1;寄存器為第1組setbrs0mov 39h,#1t10:mov77h,#60 movp3,#11011110b;主干道綠開始亮，次干道紅燈亮mov7dh,#10hmov7ch,#10hmov secge,#9movsecshi,#5aa1: mov7fh,secgemov7eh,secshit11: lcalldelay2lcalldelay2

20、lcall sjchuli djnz 77h, aa1/mov 39h,#2movr0,#2movp3,#11011101b;主干道黃燈開始亮，次干道繼續(xù)亮紅燈movsecge,#5movsecshi,#0aa2:mov7fh,secgemov7eh,secshimov7dh,#10hmov7ch,#10hlcallsjchulit2:lcalldelay2lcalldelay2djnzr0,aa2 ;延時2s/movr0,#3mov 39h, #3t3:movp3,#11011111b;主干道黃燈閃亮3s，次干道繼續(xù)紅燈lcalldelay2mov 39h, #4movp3,#1101110

21、1blcalldelay2mov78h,secgemov79h,secshimov7ah,#10hmov7bh,#10hlcallsjchulidjnzr0,t3;延時3s/movr0,#30mov 39h, #5movp3, #11110011b ;主干道紅燈，次干道綠燈movsecge,#9movsecshi,#2mov7fh,#10hmov7eh,#10haa3: mov7dh,secgemov7ch, secshit4:lcalldelay2lcalldelay2lcallsjchulidjnzr0,aa3;延時30s/movr0,#2mov39h,#6 movp3,#11101011

22、b ;主干道紅燈，次干道黃燈movsecge,#5movsecshi,#0aa4: mov7fh,secgemov7eh,secshit5:lcalldelay2lcalldelay2djnzr0, aa4 ;延時2s/movr0,#3 ;主干道紅燈，次干道黃燈閃3smov 39h,#7t6:movp3,#11111011blcalldelay2mov 39h,#8movp3,#11101011blcalldelay2lcallsjchulimov7dh,secgemov7ch,secshidjnzr0,t6 ;延時3sljmp s2gnsjchuli: push psw;堆棧保護 pusha

23、cc setbrs1;使用第二組寄存器 clrrs0 movr0,secge mova,secshi swapa orla,r0 ;到此處實現(xiàn)合字功能 subba,#01h;實現(xiàn)減一功能 movr0,a anla,#0fh;屏蔽掉高四位 movsecge,a ;將底四位送給個位secge mova,r0 swapa ;高低字節(jié)交換 anla,#0fh ;屏蔽功能 movsecshi,a ;給十位送數(shù) lcallpand ;調(diào)用判斷 popacc poppsw ret/判斷子程序，判斷數(shù)字的合法性/pand: pushacc ;堆棧保護 clrcy ;進位清零 mova,secge subba,

24、#09h ;個位的數(shù)與9作差 jbccy,k2 ;如果出現(xiàn)借位（數(shù)據(jù)合法）則轉(zhuǎn)向k2，沒有（數(shù)據(jù)非法）則循序執(zhí)行k1: mova,secge subba, #06h ;對非法數(shù)據(jù)進行減6，得到合法數(shù)據(jù) movsecge,a k2: mova,secshi clrcy subba,#10;十位的數(shù)與10作差 jbccy,k4 ;如果出現(xiàn)借位（數(shù)據(jù)合法）則轉(zhuǎn)向k2，沒有（數(shù)據(jù)非法）則循序執(zhí)行 k3: mova,secshi subba, #06h ;對非法數(shù)據(jù)進行減6，得到合法數(shù)據(jù) movsecshi,a k4: popacc ret;*;表格區(qū)disph0: db10h,10h,10h,10h,

25、10h,10h,10h,11h;字符“p.”序號表tab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h ;0-8 db 90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0ch ;9,a,b,c,d,e,f,滅,“p.”;*;鍵掃描子程序區(qū)key:lcallksjnzlk1ljmpbblk1:lcalldisplcalldisplcallksjnzlk2lcalldispljmpbblk2:movb,20hlk3:lcallksjzlk4lcalldispljmplk3lk4:lcalldisplcalldisplcallksjz

26、lk5ljmplk4lk5:mov 20h,bbb:ret;*;鍵處理子程序ks:pushpswclrrs1setbrs0movp1,#0ffhmova,p1cplamov20h,aclrrs1clrrs0poppswret/;顯示子程序;disp: pushacc;壓入堆棧pushdphpushdplpushpswclrrs1setb rs0movdptr,#tab;顯示字符代碼首地址送往dptrmovr1,#78hmovr2,#08h;循環(huán)次數(shù)，即驅(qū)動管的個數(shù)movr3,#0feh;位控代碼（從右往左顯示）disp1: mova,r1 movca,a+dptrmovp0,a;送段空碼incr1movp2,r3;送位控碼lcalldelay ;延時調(diào)用mova,r3rlamovr3,adjnzr2, disp1;循環(huán)判斷disp2:popdph ;出棧popdplpopaccpoppswret/;延時1ms子程序(晶振頻率12mhz)dldelay: movr5,#02hmovr6,0ffhloop1:djnzr6,loop1loop2:djnzr5,loop