單片機課程設計交通信號燈設計

1、課程設計課程名稱： 交通信號燈設計 學 院： 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓名： 學 號： 年 級： 任課教師： 2011年 7 月 8日目錄1、 摘要.1 2、 任務分析與設計思路.23、 總體設計 .34、 詳細設計.41、 設計電路.42、 交通燈連接電路.43、 倒計時電路.54、 仿真電路及效果圖.65、元件清單.76、軟件框圖.87、程序及其清單.9五、調(diào)試與運行.11六、參考資料及參考文獻.11七、心得體會.12一、摘要在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，

2、極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當今計算機和自動控制技術(shù)，有效地疏導交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。二、任務分析與設計思路1、任務分析：本次設計要求：運用所學單片

3、機原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識，設計出一臺交通信號燈，模擬路口交通信號。交通燈要求如下： 1）交通信號燈能夠控制東西、南北兩個方向的交通，紅綠黃燈用對應顏色的發(fā)光二極管代替； 2）用四個2位數(shù)碼管分別顯示東、南、西、北方向的通行時間，東西或南北通行時間為25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設實際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖： 東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈，而實際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯亮滅來設計控制系統(tǒng)，即可達到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上

4、分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實現(xiàn)控制，另外兩組對應一致就行了。根據(jù)設計要求，要求東西或者南北通行25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時間）25秒，黃燈亮（警告提醒時間）5秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡化設計，也為25秒。切換過程東西南北均為黃燈閃爍。2、設計思路基于完成以上任務分析，結(jié)合所學有關(guān)知識，尤其是本學期所學關(guān)于單片機的中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器的相關(guān)知識及應用，我們知道對于紅、綠、黃兩組各三盞燈的控制，可以通過把這六盞燈分別接到單片機的六個輸出引腳，若用p1口進行輸出，則分配如下： at89c51p1.0 p1.1 p1

5、.2 p1.3 p1.4 p1.5 l1 l2 l3 l4 l5 l6(東西紅) （東西黃） （東西綠） (南北紅) （南北黃） （南北綠） led顯示分布 通過對p1口p0p5編程從而實現(xiàn)控制。而時間的各盞燈的熄滅時間的延時情況，則用定時/計數(shù)和中斷結(jié)合應用實現(xiàn)控制。 而輸出的時間顯示則每個方向分別用兩個發(fā)光二極管顯示，十位接在p0口，個位接在p2口，對p0口p2口編程即可實現(xiàn)控制。三、總體設計1、單片機內(nèi)部資源分布圖：2、硬件原理框圖： 交 通 燈 at89c51時 鐘 電 路 led 數(shù) 碼 管振 蕩 電 路上 電 復位 電 路3、軟件結(jié)構(gòu)圖：3、軟件結(jié)構(gòu)框圖： 主 程 序顯示子程序調(diào)用

6、 實現(xiàn) 功能模塊 4、軟硬件分工 硬件實現(xiàn)實物連接，軟件與硬件連接相對應，通過編寫程序，使硬件實現(xiàn)期望的功能。說的形象些，軟件相當于其內(nèi)在本質(zhì)功能，而硬件是將該功能表現(xiàn)出來，讓人們可見罷了。3、 詳細設計本設計使用的單片機為at89c51。at89c51是帶有4k字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與mcs-51 兼容 ·4k字節(jié)可編程flash存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·全靜態(tài)工作：0hz-24mhz ·三級程序存儲器鎖定 ·128×8位內(nèi)部ram ·32可編程i/o線

7、·兩個16位定時器/計數(shù)器 ·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。1、設計電路： 設計電路主要由兩部分組成，一部分為p1口與十二個發(fā)光二極管連接電路，另一部分是p0、p2口與八個七段顯示器相連的電路，下面分別詳細說明。2、交通燈電路： 設計中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機的i/o接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機p1.0p1.5控制。單片機的i/o接口與交通燈電路的

8、具體連接方式為：p1.0p1.2分別接東西方向的紅、黃、綠共6個放光二極管，p1.3p1.5分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發(fā)光二極管。12個發(fā)光二極管采用了共陽極的連接方式，因此i/o口輸出低電平時，與之相連的發(fā)光二極管會亮，i/o口輸出高電平時，相應的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖所示 3、倒計時顯示電路： 該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)控制要求，每個路口需要兩個數(shù)碼管，這樣四個路口就要求八個數(shù)碼管。有序at89c51單片機的i/o作為輸出時，具有較強吸收電流能力，因此我們可以選用共陽型數(shù)碼管，這樣由單片機的i/o就可以直接驅(qū)動，從而簡化硬件電路的設計。四個路口倒

9、計時顯示被置在同一時刻顯示相同的數(shù)字，期中p0口用來顯示時間的十位，p2口用來顯示時間的個位。電路如下圖所示4、仿真電路及效果圖：（1）仿真電路：（2）仿真效果：5、元件清單： 名稱 件數(shù) 參數(shù) 選擇理由 電阻810k 限流，以免燒壞數(shù)碼管 發(fā)光二極管123色便于仿真顯示 at89c5114k閃存低電壓，高性能八位微處理器七段顯示數(shù)碼管8常用數(shù)字顯示，便于仿真 開關(guān)3特殊情況使用6、軟件框圖（1）主程序流程圖： 開始初始化，全部為黃燈并按照初始化運行東西紅燈亮，南北綠燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西綠燈亮，南北紅燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示

10、東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示（2）顯示子程序流程圖：提取倒計時數(shù)據(jù)的十位數(shù)調(diào)用延時子程序獲取十位數(shù)字型碼并送到p0口取倒計時數(shù)值獲取個位數(shù)字型碼并送到p2口提取倒計時數(shù)據(jù)的個位數(shù)開始返回7、程序及注釋 主程序: org 0000h ajmp stat org 0100hstat: setb ea setb ex0 setb it0 setb ex1 setb it1 mov sp,#60h mov r0, #0edh ;初始化，東西南北均為黃燈 mov p1, r0 ;顯示5秒 mov r7,#05 acall disp ;調(diào)顯示子程序a1: mov r0,#0deh

11、;東西紅燈亮，南北綠燈亮 mov p1,r0 ;顯示25秒 mov r7,#25 acall disp ;調(diào)顯示子程序shanhd: mov r7,#5hd: mov r0,#0edh ;點亮東西黃 燈，點亮南北黃燈 mov p1 ,r0 acall disp ;調(diào)顯示子程序 mov p1,#0ffh ;熄滅黃燈黃燈 acall disp djnz r7,hda2: mov r0, #0f3h ;東西綠燈亮，南北紅燈亮 mov p1,r0 mov r7,#25 ; 顯示25秒 acall disp ;調(diào)顯示子程序shanhd: mov r7,#5h: mov r0,#0edh ;點亮東西黃燈，

12、點亮南北黃燈 mov p1 ,r0 ;調(diào)顯示子程序 acall disp mov p1,#0ffh ;熄滅黃燈所有黃燈 acall disp djnz r7,h ajmp a1 ;子程序，時間顯示程序disp: mov 40h,r7next: mov a,40h mov b,#10 div ab mov dptr,#table movc a,a+dptr mov p0,a mov a,b movc a,a+dptr mov p2,a acall dely1s dec 40h mov a,40h cjne a,#00,nextdely1s: mov r5,#100 d2: mov r6,#20

13、d1: mov r7,#248 djnz r7,$ djnz r6,d1 djnz r5,d2 rettable: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h end五、調(diào)試與運行1、按照硬件連接圖，相應的，p1.0接紅燈,p1.1接黃燈,p1.2接綠燈,p1.3接紅燈,p1.4接黃燈,p1.5接綠燈2、從0100h單元開始連續(xù)運行，觀察六個led燈是否與交通顯示情況對應，如果有偏差，則單步運行或斷點運行，進行調(diào)試，直至滿足設計要求。3、調(diào)試完燈的顯示后，從0100h開始連續(xù)運行，觀察數(shù)碼管顯示的是否正常，如果不正常，則運用單步運行或斷點運行

14、進行分析和調(diào)試，直至滿足要求。4、整體運行，觀察燈顯示和時間顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿足要求。六、設計資料及參考文獻1高惠芳單片機原理與應用技術(shù)科學出版社，2010.42胡漢才單片機原理及其接口技術(shù)清華大學出版社，20043吳飛青等單片機原理與應用實踐指導機械工業(yè)出版社 2009.24proteus幫助文檔5keil c51幫助文檔七、心得體會通過一個星期的交通燈課程設計，我對單片機相關(guān)知識有了更深的了解。對于管腳及相關(guān)的控制寄存器，有了更進一步的鞏固和了解，尤其是i/o口的實用及編程，相當于重新細細溫習了一遍。特別對protues軟件畫電路圖及仿真的過程，我?guī)缀跏菑牧汩_始學習并使用的。說到這里，得感謝小組里同學們的指導，同時也幸好大家都很繁忙，讓我有更多的獨立探索學習和思考的空間，將這些東西變成自己的。這次課程設計的任務是通過單片機的i/o口來控制交通燈。主要完成兩大項任務，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應的程序來實現(xiàn)硬件功能?？此坪唵?，實際上需要過硬的知識作為基礎，平時看看書考試那樣的過程，是難以完成這樣的任務的。這次設計過程中，遇到了很多棘手的問題，很多東西，動起手來束手無策，大多都只得先通過查閱資料或者參考別人做類似課題，才能自己動手設計畫圖，編程調(diào)試。過程中還錯誤不少，就這個程序吧，我寫了改，改了寫，花了很長時間。還有就是protues軟