單片機(jī)課程設(shè)計(jì)控制交通信號(hào)燈

1、鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2011）單片機(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書單片機(jī)控制交通燈設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期14目錄1.概述11.1交通燈設(shè)計(jì)的背景和意義11.1.1交通燈的背景11.1.2交通燈的意義11.2.交通燈的發(fā)展和現(xiàn)狀12課題方案設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求22.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證23.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23.1總體設(shè)計(jì)23.2單片機(jī)運(yùn)行的最小系統(tǒng)33.2.1 at89c51簡(jiǎn)介33.2.2、振蕩電路、時(shí)鐘電路和cpu時(shí)序53.2.3、復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路設(shè)計(jì)63.3按鍵掃描控制電路74.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)75.軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果95.1實(shí)物圖95.2調(diào)試結(jié)果105-3 演示效果圖106.

2、結(jié)論11參考文獻(xiàn)11附錄12附錄1：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)原理圖12附錄2：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)pcb圖12附錄3：proteus仿真圖13附錄4：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)c語(yǔ)言程序清單13附錄5：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)元器件目錄表15單片機(jī)控制交通燈設(shè)計(jì)1.概述1.1交通燈設(shè)計(jì)的背景和意義1.1.1交通燈的背景 1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，

3、綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交

4、通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口1.1.2交通燈的意義在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)

5、已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題1.2.交通燈的發(fā)展和現(xiàn)狀傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。目前，大部分城市中十

6、字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的單片機(jī)是必要的。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技

7、術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。2課題方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求（1)、熟悉keil 編程環(huán)境； （2）、熟悉有關(guān)探測(cè)器的理論知識(shí)； （3）、給出設(shè)計(jì)方案； 此次的設(shè)計(jì)先從硬件設(shè)計(jì)上著手。先要整理交通燈系統(tǒng)的整體思路。確定出方案設(shè)計(jì)中需要的硬件設(shè)備。我們?cè)诖_定了大的方向基礎(chǔ)上，就應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行規(guī)劃2.2系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)論證用單片機(jī)控制一個(gè)交通燈系統(tǒng)，與以往用數(shù)字邏輯電路組成的控制系統(tǒng)相比，用單片機(jī)組成的交通燈系統(tǒng)，應(yīng)具有更

8、大的靈活性，功能 也更強(qiáng)，并具有智能性, 在實(shí)際工作中是一種行之有效的方法。因此，從理論上分析利用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈系統(tǒng)是可行的。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制一個(gè)交通燈系統(tǒng)，與以往用數(shù)字邏輯電路組成的控制系統(tǒng)相比，用單片機(jī)組成的交通燈系統(tǒng)，應(yīng)具有更大的靈活性，功能 也更強(qiáng)，并具有智能性, 在實(shí)際工作中是一種行之有效的方法。因此，從 理論上分析利用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈系統(tǒng)是可行的。 3.2單片機(jī)運(yùn)行的最小系統(tǒng)3.2.1 at89c51簡(jiǎn)介3-1 at89c52 3-2 c51系列(1)主電源引腳vcc（40腳）: 接+5 v電源正端; vss（20腳）: 接+5 v電

9、源地端。 (2)外接晶體引腳xtal1和xtal2xtal1（19腳）: 接外部石英晶體的一端。 在單片機(jī)內(nèi)部, 它是一個(gè)反相放大器的輸入端, 這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。xtal2（18腳）: 接外部晶體的另一端。 在單片機(jī)內(nèi)部, 接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 xtal1與xtal2借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。(3) 輸入/輸出（i/o）引腳：p0口、 p1口、 p2口及p3口p0口（39腳32腳）: p0.0p0.7統(tǒng)稱為p0口。雙向輸入輸出接口，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展io接口時(shí)，p0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 p1口（1腳8腳）: p1.0p1.7統(tǒng)稱為

10、p1口, 可作為準(zhǔn)雙向i/o接口使用。 p2口（21腳28腳）: p2.0p2.7統(tǒng)稱為p2口。 準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展io接口時(shí)，p2口用為高8位地址總線。 p3口（10腳17腳）: p3.0p3.7統(tǒng)稱為p3口。 準(zhǔn)雙向輸入輸出接口， p3口的每一個(gè)引腳都有第二功能。 四個(gè)i/o端口p0、p1、p2、p3的作用：p2口負(fù)責(zé)輸出高8位地址，p0口以分時(shí)方式承擔(dān)輸出低8位地址信息和數(shù)據(jù)輸入/輸出的雙重任務(wù) p3口則作為和外設(shè)溝通的控制線，p1口可隨意用作i/o口。 (4) 控制引腳rst/vpd（9腳）: rst即為reset, vpd為備用電源, 所以該引腳為單片機(jī)的上電

11、復(fù)位或掉電保護(hù)端。 (30腳):(address latch enable/programming) 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí), ale（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出, 用于鎖存出現(xiàn)在p0口的低8位地址。 （29腳）:(program strobe enable)片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端, 低電平有效。 (31腳):(enable address/voltage pulse of programing)為訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。3.2.2、振蕩電路、時(shí)鐘電路和cpu時(shí)序（1）振蕩電路、時(shí)鐘電路。 3-3 時(shí)鐘電路如圖3-4所示，外部時(shí)鐘振蕩電路由晶體振蕩器和電容c1、c2構(gòu)

12、成并聯(lián)諧振電路，連接在xtal1、xtal2腳兩端。對(duì)外部c1、c2的取值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。c1、c2通常取值c1=c2=30pf左右；8051的晶振最高振蕩頻率為12m，at89c51的外部晶振最高頻率可到24m。在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上已經(jīng)提供了晶振電路，在使用該電路時(shí)，應(yīng)加上跳線帽，并插入合適的晶振。3-4 片內(nèi)振蕩器等效電路和外接元件at89c51也可以采用外部時(shí)鐘方式，外部時(shí)鐘從xtal1腳輸入，xtal2腳浮空?？梢圆捎梦覀儼遄由咸峁┑耐獠繒r(shí)鐘源作為單片機(jī)外部時(shí)鐘輸入。（2）cpu時(shí)序晶振（或外部時(shí)鐘）的振蕩頻率的確

13、定，就確定了cpu的工作時(shí)序。這里介紹幾個(gè)重要的時(shí)序概念，我們?cè)谝院蟮膶?shí)驗(yàn)中還會(huì)經(jīng)常涉及到： 振蕩周期：是指為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩器的周期。 時(shí)鐘周期：振蕩周期的兩倍，前部分通常用來(lái)完成算術(shù)邏輯操作；后部分完成內(nèi)部寄存器和寄存器間的傳輸。 機(jī)器周期：在8051單片機(jī)中，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。 指令周期：是指執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有14個(gè)機(jī)器周期。機(jī)器周期和指令周期是兩個(gè)很重要的衡量單片機(jī)工作速度的值。若外接12mhz晶振時(shí)，8051的四個(gè)周期的值為：振蕩周期=1/12us；時(shí)鐘周期=1/6us；機(jī)器周期=1us；指令周期=14us。在一些應(yīng)用中，傳統(tǒng)的

14、8051的速度顯得有些慢，因此，當(dāng)前很多采用8051內(nèi)核的新型單片機(jī)采用了加速處理器結(jié)構(gòu)，使機(jī)器周期提高到振蕩周期的6倍、4倍等等，risc（精簡(jiǎn)指令集）的采用，更讓單片機(jī)在單個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令，使得單片機(jī)在處理速度上得到大大提高。3.2.3、復(fù)位狀態(tài)和復(fù)位電路設(shè)計(jì)（1）復(fù)位狀態(tài)在8051單片機(jī)中，只要在單片機(jī)的rst引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了復(fù)位。單片機(jī)在復(fù)位后，從0000h地址開始執(zhí)行指令。復(fù)位以后單片機(jī)的p0p3口輸出高電平，且處于輸入狀態(tài)，sp（堆棧寄存器棧頂指針）的值為07h（因此，往往需要重新賦值，其余特殊功能寄存器和pc（程序計(jì)數(shù)器）都被清為0。復(fù)位不

15、影響內(nèi)部ram的狀態(tài)。（2）復(fù)位電路3-5 復(fù)位電路單片機(jī)可靠的復(fù)位是保證單片機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常要使rst引腳保持10ms以上的高電平。當(dāng)rst從高電平變?yōu)榈碗娖街螅瑔纹瑱C(jī)就從0000h地址開始執(zhí)行程序。8051單片機(jī)通常都采用上電自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。實(shí)際使用中，有些外圍芯片也需要復(fù)位，如8255等。這些復(fù)位端的復(fù)位電平要求與單片機(jī)的復(fù)位要求一致時(shí)，可以把它們連起來(lái)。在最小系統(tǒng)板上，提供了一個(gè)通用的復(fù)位電路，在使用該板之前，必須將該電路與單片機(jī)聯(lián)結(jié)起來(lái)。另外，還可以采用主板上的微處理器監(jiān)控模塊來(lái)控制復(fù)位腳，以便更加可靠地管理單片機(jī)的工作。3.3按鍵掃描

16、控制電路此部分為按鍵掃描控制部分，用來(lái)控制蜂鳴器和旋轉(zhuǎn)燈，因所用的按鍵較少，故采用獨(dú)立按鍵控制方式，且所用按鍵均為彈性小按鍵，即按下時(shí)為低電平接通，松手時(shí)即彈起變?yōu)楦唠娖健纹瑱C(jī)中的鍵盤通常由按鍵開關(guān)組成，按鍵開關(guān)的外形和參數(shù)如下圖所示，它是一種常開型按鍵開關(guān)，為了便于安裝固定，它有四個(gè)管腳，其管腳說(shuō)明如下圖中的文字所示，在常態(tài)時(shí)開關(guān)觸點(diǎn)（1和2）處于斷開狀態(tài)，只有按下按鍵時(shí)開關(guān)觸點(diǎn)才閉合短路，所以可以用萬(wàn)用表檢測(cè)開關(guān)的管腳排列、好壞和質(zhì)量。 3-6 按鈕4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)交通燈程序、#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define

17、 uchar unsigned charsbit red_a = p00;sbit yellow_a = p01;sbit green_a = p02;sbit red_b = p03;sbit yellow_b = p04;sbit green_b = p05;uchar time_count = 0,flash_count = 0,operation_type = 1;void t0_int() interrupt 1 th0 = -50000/256;tl0 = -50000%256;switch(operation_type) case 1:red_a=0;yellow_a=0;gre

18、en_a=1;red_b=1;yellow_b=0;green_b=0;if(+time_count != 100) return;time_count=0;operation_type = 2;break;case 2:if(+time_count != 8) return;time_count=0;yellow_a=!yellow_a;green_a=0;if(+flash_count != 10) return;flash_count=0;operation_type = 3;break;case 3:red_a=1;yellow_a=0;green_a=0;red_b=0;yellow

19、_b=0;green_b=1;if(+time_count != 100) return;time_count=0;operation_type = 4;break;case 4:if(+time_count != 8) return;time_count=0;yellow_b=!yellow_b;green_b=0;if(+flash_count !=10) return;flash_count=0;operation_type = 1;break;void main() tmod = 0x01;ie = 0x82;tr0 = 1;while(1);5.軟硬件聯(lián)調(diào)及調(diào)試結(jié)果5.1實(shí)物圖 5.

20、2調(diào)試結(jié)果 6.結(jié)論這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)我做的是交通燈設(shè)計(jì)，通過近兩個(gè)星期的努力，基本上可以說(shuō)圓滿完成。這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的知識(shí)，掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的編程。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，學(xué)習(xí)了單片機(jī)c語(yǔ)言。經(jīng)過一周的努力，順利的完成了單片機(jī)課設(shè)。這是一個(gè)磨練意志的過程。從

21、課題的選擇開始，報(bào)警器和旋轉(zhuǎn)燈的設(shè)計(jì)、硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、到最后的 proteus 軟件仿真完成，這其中經(jīng)歷了很多困難，但是更重要的是在這個(gè)過程中我得到了很大的鍛煉。一方面通過 c51 單片機(jī)等一些器件的設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)要點(diǎn)，也使以前學(xué)的很多知識(shí)都得到了運(yùn)用；另一方面在用 proteus 軟件畫電路圖這個(gè)過程中讓我掌握了計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)技術(shù)。當(dāng)然，這是一個(gè)需要不斷的嘗試，不斷的校核，不斷的修改，最后完成一個(gè)合理的設(shè)計(jì)的過程。需要的是細(xì)心和耐心。在很大程度上培養(yǎng)了我拼搏的工作精神。使我受益匪淺，更加明確了自己專業(yè)的方向。課程設(shè)計(jì)不光要懂得理論知識(shí)，更多的是要我們動(dòng)

22、手做親自去設(shè)計(jì)程序和電路圖，好多東西看起來(lái)十分簡(jiǎn)單，一看書上的程序都懂，但沒有親自去設(shè)計(jì)它，你就不會(huì)懂理論與實(shí)踐是有很大區(qū)別的。兩周的課程設(shè)計(jì)，讓我難忘的莫過于這最辛苦的程序設(shè)計(jì)，這些東西如果沒有一定的耐心和清晰的思路還真是棘手，這次的課程設(shè)計(jì)就是要我們打破理論和實(shí)踐之間的間隔，跨過理論和實(shí)踐之間的鴻溝，或許是我們學(xué)習(xí)生涯中的又一次飛躍。我覺得單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)不錯(cuò)的課程，或者說(shuō)是一個(gè)必須的環(huán)節(jié)，它可以培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力，可以激發(fā)我們學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以使我們掌握基本的理論知識(shí)，運(yùn)用基本知識(shí)，訓(xùn)練基本技能，增強(qiáng)實(shí)踐能力。這次課程設(shè)計(jì)雖然很辛苦，但我卻樂在其中。參考文獻(xiàn)1.單片機(jī)原理及應(yīng)用技

23、術(shù) 陳益飛 編 國(guó)防工業(yè)出版社2·單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 房小翠 編 國(guó)防工業(yè)出版社 3·單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 何立民 編 北航出版社 4·單片機(jī)原理及接口技術(shù) 曹琳琳編 國(guó)防科技大學(xué)出版社附錄附錄1：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)原理圖附錄2：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)pcb圖附錄3：proteus仿真圖附錄4：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)c語(yǔ)言程序清單#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit red_a = p00;sbit yellow_a = p01;sbit green_a = p02;sbit red_b = p03;sbit yellow_b = p04;sbit green_b = p05;uchar time_count = 0,flash_count = 0,operation_type = 1;void t0_int() interrupt 1 th0 = -50