单片机课程方案设计书交通灯控制系统方案设计书1.docx

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单片机课程方案设计书交通灯控制系统方案设计书1

摘要

本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。

单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。

AT89C51单片机是MC-51中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS8位单片机，40个引脚，片内含4KBFlashROM和128BRAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程。

本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。

对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。

对设计方案进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。

系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如A道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。

A道放行25秒，B道放行20秒。

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。

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。

绿灯转换为红灯时黄灯亮1秒钟。

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。

1引言-1-

1.1交通灯的重要作用-1-

1.2该交通灯系统的特点-1-

2系统总体方案及硬件设计-2-

2.1原理框图-2-

2.2设计功能-2-

2.3交通灯控制系统各部分硬件组成-2-

2.3.1复位部分-2-

2.3.2时钟电路部分-3-

2.3.3路口指示灯部分-3-

2.3.4显示部分-3-

2.4元器件清单-4-

3软件设计-5-

3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析-5-

3.1.1主程序流程图及程序模设计-5-

3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计-6-

3.2路口指示灯部分-7-

3.3显示部分-7-

4.Proteus软件仿真-8-

5课程设计体会-9-

参考文献-10-

附1：

源程序代码……………………………………………………………………………-13-

附2：

系统原理图20

1概述

本设计是根据单片使机原理就交通灯的系统作出的，由于车辆的增多，所以交通灯在现代道路交通中起着越来越重要的作用。

为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。

1.1交通灯的重要作用

交通灯在城市交通中起着重要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。

如今随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。

该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识，设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。

能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。

1.2该交通灯系统的特点

本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。

本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。

系统总体方案及硬件设计

2.1原理框图

根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图

（1）所示。

2.2设计功能

1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：

绿、黄、红分时间段开通，循环往复，计时电路以秒为单位作倒计时，计数为0时进行切换，计时时间可由LED数码管显示（需符合交通规则）；

2.红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节。

3.若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态。

4.采用LED数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间；

5.通过按键设定红和绿交通信号灯亮一次的总时间；

6.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；

7.夜间控制功能，按键进入夜间模式，黄灯闪亮；

8.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。

2.3交通灯控制系统各部分硬件组成

2.3.1复位部分

复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与按钮复位的组合，当振荡频率是6MHz时，电容C取22

uf,R取1K

，Rs取200

左右。

上电瞬间复位端（RST/Vpd）的电位与Vcc相同，随着充电电路电流的减少，RST/Vpd的电位下降，最后为0V，当按钮按下后，电源Vcc通过电阻R，施加在单片机复位端RST/Vpd上实现复位，电路连接图如图

（2）:

复位电路

（2）

2.3.2时钟电路部分

本系统采用内部时钟产生方式：

在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。

晶振采用12MHz的振荡频率和两个30Pf瓷片电容C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。

其电路如图（3）

时钟电路（3）

{　XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

}

2.3.3路口指示灯部分

采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代表路口的交通灯（电路图中用两组示意）.其中每两组控制一个路口,具体时序如表1:

表1：

方向

灯色

东西

南北

红灯

5

4

黄灯

1

1

绿灯

3

4

2.3.4显示部分

采用四位一体共阴数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间.片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的P2口和P0口,具体的共阴数码管管脚分布位置见图（4）.

2.4元器件清单

如表2：

器件名称

型号大小

数量

单片机

AT89S52

1

晶振

12MHz

1

LED数码管

四联共阴

1

电解电容

22uF

1

瓷片电容

30pF

2

排阻

470Ω

1

电阻

470Ω

1

发光二极管

红

4

黄

4

绿

4

开关

按键式

4

3软件设计

3.1

交通灯控制系统软件流程图及程序分析

3.1.1主程序流程图及程序模设计

该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图（5）所示（南北方向的交通灯为例）：

（1）东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。

表示东西方向车道上的车辆禁止通行，南北方向车道允许通行。

绿灯亮足规定的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。

（2）东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯闪亮。

表示南北方向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西方向车道禁止通行。

黄灯闪亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

   （3）东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮。

表示东西方向车道允许通行，南北方向车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

   （4）东西方向车道黄灯闪亮，南北方向车道红灯亮。

表示南北方向车道禁止通行，东西方向车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。

黄灯闪亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第

（1）种工作状态。

3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计

INT0与K2连接，另一端与地连接。

按下K2，东西南北四个方向全红，也就是说，东西南北四个通道都不能通车，这是紧急情况，但救护车等特殊车辆可以通过。

K0与AT89C52的25管脚相连。

K1与P2.5相接，K3与P2.6相接，K2与P3.2相接。

在按下K2的前提下，按

按下K0，如果3秒中之内没有按键，则交通灯恢复正常。

50ms中断计算方法（适用于12MHz晶振）:

T0的计数初值：

X0=M-计数值

2

=M-Tc/TP

=M-（Tc×fosc）/12

=65536-（50ms×1SMHz/12）

=15536

≈15535

=3CB0H

其中4E.0H单元存放3s钟控制标志位,4F.0H单元存放1s控制标志位。

4D.0单元存放0.5秒控制标志位

60H和61H单元分别存放产生1s和3s的中断次数,当它们单元中的值为零时,分别表示1s和3s到,对4E.0H单元和4F.0H单元进行置1,62H单元用于产生0.5秒

由于采用工作模式1,所以每次中断后,一定在中断程序中重装记数初值.

3.2路口指示灯部分

用P1端口作为输出端口,用P1.0到P1.5端口分别控制东西和南北两组灯的状态低电平点亮,具体端口功能如下:

P1.0控制东西红灯的亮灭

P1.1控制东西绿灯的亮灭

P1.2控制东西黄灯的亮灭

P1.3控制南北红灯的亮灭

P1.4控制南北绿灯的亮灭

P1.5控制南北黄灯的亮灭

具体的程序我们以点亮东西红灯东南北绿灯为例:

MOVP1,#0EEH

其余部分根据硬件不同而修改#0EEH的值.

3.3显示部分

四位一体共阴数码管的片选部分由P2.0到P2.3提供,码段部分由P0.0到P0.6控制.

其中P2.0控制东西剩余时间的十位数的显示,P2.1控制东西剩余时间的个位数的显示,P2.2控制南北剩余时间的十位数的显示,P2.3控制南北剩余时间的个位数的显示.低电平选中.

P0.0到P0.7控制分别控制点亮数码段的A段到H段,通过查共阴极数码段码表,将它们的数值送到P0口,与P2.0到P2.3口结合,可以显示不同方向不同位数的各个数值.

例如,显示东西剩余时间的十位程序如下:

MOVP2,#0FEH选择十位程序

MOVP0,A向P0口送段码的程序

4.Proteus软件仿真

根据设计需要和上述框图，我们可得到交通灯控制系统各过程仿真图如下图所示

图（7）紧急情况时

图（8）东西方向变黄灯，南北方向禁行

图（9）南北方向通车，东西方向禁行

图（10）南北方向禁行，东西方向通车

5课程设计体会

该交通灯系统是以单片机89C52芯片为核心部件，实现了能根据实际车流量通过89C51芯片设置及控制红、绿灯燃亮时间来进行交通控制。

本次课程设计使我对单片机的工作原理有了更深刻的认识，例如对复位电路、晶振电路的理解。

我深刻的理解到单片机的价值在于灵活运用它的IO端口以及其千变万化的程序。

本设计中我们用IO端口驱动数码管以及引接外部开关。

掌握了许多在以前学习中混淆不清的知识点。

仿真实验，不仅锻炼了自己的动手能力，而且真正作到了理论联系实际的重要性，体会到了其中失败与成功的滋味，收益匪浅。

同时在焊接单片机电路板时使我在制作上更加的熟练，经过不断的实验二极管终于我的灯亮了，当我看到我亲手制作的板子亮时，我的心中非常激动。

同时，我也认识到自己的知识不足，例如，有时不能正确认识、合理使用中断程序，这将是我以后努力提高的方面。

参考文献

[1].《单片机原理与应用技术》余发山主编中国矿大出版社2007

[2].《微型计算机控制技术》赖寿宏主编机械工业出版社2002

[3].《单片机原理及应用》丁元杰主编机械工业出版社2001

[4].《单片机中级教程》张迎春主编北京航空航天出版社2004

[5].《基于单片机的交通信号控制系统》欧伟民湖南大学学报（自然科学版）2002,（S2

附1：

源程序代码

ORG0000H

LJMPSTART

ORG0003H

LJMPINT0

ORG000BH

LJMPT0

ORG001BH

LJMPT1

ORG0100H

START:

MOVSP,#30H

MOV40H,#30。

东西红灯时间

MOV41H,#20。

东西绿灯时间

MOV42H,#25。

南北红灯时间

MOV43H,#25。

南北绿灯时间

MOVTMOD,#11H。

定时器初始化

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

MOV60H,#20

MOV61H,#60

MOV62H,#10

MOV63H,#2

CLR4EH

CLR4FH

CLR4DH

SETBEA

SETBEX0

SETBET0

SETBET1

SETBPT1

SETBTR0

DISPLAY1:

MOVP1,#0EEH。

显示东西红灯与南北绿灯时间

MOVR3,40H

MOVR4,43H

LOOP1:

MOVA,R3

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY。

东西道显示时间的十位

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY；东西道显示时间的个位

MOVA,R4

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY；南北显示时间的十位

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY；南北显示时间的个位

JNB4FH,LOOP1

CLR4FH

DECR3

DECR4

CJNER4,#0FFH,LOOP1

kkk1:

MOVP1,#0DEH。

南北绿灯灭黄灯亮

LOOP2:

MOVA,R3

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

JNB4DH,LOOP2

CLR4DH

DJNZ63H,Kkk2

MOV63H,#2

DECR3

CJNER3,#0FFH,Kkk2

LJMPA1

Kkk2:

MOVP1,#0FEH。

南北绿灯灭黄灯也灭。

kkk1、Kkk2控制黄灯闪亮

A2:

MOVA,R3

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

JNB4DH,A2

CLR4DH

DJNZ63H,kkk1

MOV63H,#2

DECR3

CJNER3,#0FFH,Kkk1

A1:

MOVP1,#0F5H。

东西红灯时间到,南北绿灯亮,南北红灯亮

DISPLAY2:

MOVR3,41H。

显示东西绿灯,南北红灯时间

MOVR4,42H

LOOP3:

MOVA,R3

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,R4

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

JNB4FH,LOOP3

CLR4FH

DECR3

DECR4

CJNER3,#0FFH,LOOP3

KKK5:

MOVP1,#0F3H

LOOP4:

MOVA,R4。

显示南北红灯,东西黄灯时间

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

JNB4DH,LOOP4

CLR4DH

DJNZ63H,KKK5

MOV63H,#2

DECR4

CJNER4,#0FFH,A7

LJMPDISPLAY1

A7:

MOVP1,#0F7H。

显示南北红灯,东西黄灯灭，KKK5、A7控制黄灯闪亮

A8:

MOVA,R4

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

JNB4DH,A8

CLR4DH

DJNZ63H,KKK5

MOV63H,#2

DECR4

CJNER4,#0FFH,KKK5

LJMPDISPLAY1

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

定时器中断。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

T0:

PUSHACC

PUSHB

PUSHPSW

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

DJNZ62H,OVER100

MOV62H,#10

SETB4DH

OVER100:

DJNZ60H,OVER

MOV60H,#20

SETB4FH

OVER:

POPPSW

POPB

POPACC

RETI

T1:

PUSHACC

PUSHB

PUSHPSW

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

DJNZ61H,OVER1

MOV61H,#60

SETB4EH

OVER1:

POPPSW

POPB

POPACC

RETI

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

INTO中断修改。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

INT0:

PUSHACC

PUSHB

PUSHPSW

MOVA,P1

PUSHACC

MOVP1,#0F6H；东西南北道红灯皆亮

CLREX0

CLRTR0

LCALLDELAY。

按键消抖

JBP3.2,OK

LJMPDISPLAY3

OK:

LJMPOVER2

DISPLAY3:

MOVR5,40H；东西红灯南北绿灯最大时间值的数码管显示

MOVR6,43H

MOVA,R5

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,R6

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,P2

ANLA,#70H；在没按下K0的情况下，根据K1、K3按下的情况对各道的红绿灯亮的时间进行调节

CJNEA,#70H,DES3

LJMPDISPLAY3

DES3:

LCALLDELAY

CJNEA,#70H,DES4

DES4:

JNBACC.4,DES7

JNBACC.5,ADD1

JNBACC.6,DEC1

DES7:

JNBP2.4,DES7

LJMPDISPLAY5

ADD1:

JNBP2.5,ADD1

INC40H

INC43H

LJMPDISPLAY3

DEC1:

JNBP2.6,DEC1

DEC40H

DEC43H

LJMPDISPLAY3

DISPLAY5:

SETBTR1

DISPLAY4:

MOVR5,41H；东西绿灯南北红灯最大时间值的数码管显示

MOVR6,42H

MOVA,R5

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FEH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FDH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,R6

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0FBH

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,B

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#0F7H

MOVP0,A

LCALLDELAY

MOVA,P2

ANLA,#7