基于单片机的交通灯信号控制器设计.docx
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基于单片机的交通灯信号控制器设计
基于单片机的交通灯信号控制器设计（含源程序和电路图）
设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。
已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。
要求交通灯按照表1进行显示和定时切换，并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。
表1交通灯的状态切换表
南北方向
东西方向
序号
状态
序号
状态
1
绿灯亮25秒，红、黄灯灭
1
红灯亮30秒，绿、黄灯灭
2
黄灯亮5秒，红、绿灯灭
3
红灯亮30秒，绿、黄灯灭
2
绿灯亮25秒，红、黄灯灭
3
黄灯亮25秒，红、绿灯灭
回到状态1
回到状态1
3.2.1模块1:
系统设计
（1）任务分析与整体设计思路
试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。
计时功能：
要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时1秒中的功能。
当计时每到1秒钟后，东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。
当暂存剩余时间的变量减到0时，切换到下一个状态，同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。
开始下一个状态，如此循环重复执行。
动态扫描：
需要使用4个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位”，用动态扫描的方式在数码管中显示。
整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时1S则相应状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始。
（2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图
图3-5交通灯硬件电路原理图
选用MCS51系列AT89S51单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，由于AT89S51单片机驱动能力有限，采用两片74HC244实现总线的驱动，一个74HC244完成共阴极数码管位控线的控制和驱动，另一个74HC244完成数码管的7段码输出，在7段码输出口上各串联一个100欧姆的电阻对7段数码管限流。
用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显示，每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。
硬件电路原理图如图3-5所示。
（3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程
①单片机资源分配
单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。
在计时模块中，需要定义两个数组变量（init_sn[3]，init_ew[3]）来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值，题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态，因此数组元素个数为3。
还需要定义两个变量（cnt_sn,cnt_ew）暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。
在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量（state_val_sn,state_val_ew）,当倒计时的剩余时间到零时，状态变量增1，表示启动下一个状态，当该变量增到3时变为0，回到序号为1的状态。
②程序设计思路
在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。
主程序将变量初始化之
后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为8位自动
装载模式，定时器每隔250us产生一次溢出。
在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。
计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现，在中断服务程序中，每计时到一秒时，则各方向当前状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。
③程序流程
（4）软硬件调试方案
软件调试方案：
伟福软件中，在“文件\新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。
在“文件\新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。
在“项目\编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。
在编译成功后，产生以“*.hex”和“*.bin”后缀的目标文件。
硬件调试方案：
在设计平台中，将单片机的P3.0-P3.5分别与独立式键盘的相应位通过插线连接起来。
在伟福中将程序文件编译成目标文件后，运行“MCU下载程序”，选择相应的flash数据文件，点击“编程”按钮，将程序文件下载到单片机的Flash中。
然后，上电重新启动单片机，检查所编写的程序是否达到题目的要求，是否全面完整地完成试题的内容。
3.2.2 程序设计（仅供参考的C语言源程序）
//晶振：
11.0592M T1-250微秒溢出一次
/*变量的定义:
show_val_sn,show_val_ew:
显示的值0-59
state_val_sn,state_val_ew:
状态值南北方向0-绿灯亮;1-黄灯亮;2-红灯亮
T1_cnt:
定时器计数溢出数
cnt_sn,cnt_ew:
倒计时的数值
init_sn[3],init_ew[3]倒计时
led_seg_code：
数码管7段码
*/
#include"reg51.h"
sbitSN_green=P3^2;//南北方向绿灯
sbitSN_yellow=P3^1;//南北方向黄灯
sbitSN_red=P3^0;//南北方向红灯
sbitEW_green=P3^5;//东西方向绿灯
sbitEW_yellow=P3^4;//东西方向黄灯
sbitEW_red=P3^3;//东西方向红灯
unsignedchardatacnt_sn,cnt_ew;
unsignedint dataT1_cnt;
unsignedchardatastate_val_sn,state_val_ew;
charcodeled_seg_code[10]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
charcodeinit_sn[3]={24,4,29};
charcodeinit_ew[3]={29,24,4};
//------------------------
voiddelay（unsignedinti）//延时
{ while（--i）; }
//------------------------
voidled_show（unsignedintu,unsignedintv）
{unsignedchari;
i=u%10; //暂存个位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xbf;
delay（100）; //延时
i=u%100/10; //暂存十位
P0=led_seg_code[i];
P2=0x7f;
delay（100）; //延时
i=v%10; //暂存个位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xfe;
delay（100）; //延时
i=v%100/10; //暂存十位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xfd;
delay（100）; //延时
}
//-------------------------
void timer1（）interrupt3 //T1中断
{T1_cnt++;
if（T1_cnt>3999） //如果计数>3999,计时1s
{ T1_cnt=0;
if（cnt_sn!
=0）//南北方向计时
{cnt_sn--;}
else
{state_val_sn++;
if（state_val_sn>2）state_val_sn=0;
cnt_sn=init_sn[state_val_sn];
switch（state_val_sn）//根据状态值，刷新各信号灯的状态
{case0:
SN_green=0;//南北方向绿灯
SN_yellow=1;//南北方向黄灯
SN_red=1;//南北方向红灯
break;
case1:
SN_green=1;//南北方向绿灯
SN_yellow=0;//南北方向黄灯
SN_red=1;//南北方向红灯
break;
case2:
SN_green=1;//南北方向绿灯
SN_yellow=1;//南北方向黄灯
SN_red=0;//南北方向红灯
break;
}
}
if（cnt_ew!
=0）//东西方向计时
{cnt_ew--;}
else
{state_val_ew++;
if（state_val_ew>2）state_val_ew=0;
cnt_ew=init_ew[state_val_ew];
switch（state_val_ew）//根据状态值，刷新各信号灯的状态
{case0:
EW_green=1;//东西方向绿灯
EW_yellow=1;//东西方向黄灯
EW_red=0;//东西方向红灯
break;
case1:
EW_green=0;//东西方向绿灯
EW_yellow=1;//东西方向黄灯
EW_red=1;//东西方向红灯
break;
case2:
EW_green=1;//东西方向绿灯
EW_yellow=0;//东西方向黄灯
EW_red=1;//东西方向红灯
break;
}
}
}
}
//-------------------------
main（）
{//初始化各变量
cnt_sn=init_sn[0];
cnt_ew=init_ew[0];
T1_cnt=0;
state_val_sn=0;//启动后，默认工作在序号为1的状态
state_val_ew=0;
//初始化各灯的状态
SN_green=0;//南北方向绿灯亮
SN_yellow=1;//南北方向黄灯灭
SN_red=1;//南北方向红灯灭
EW_green=1;//东西方向绿灯灭
EW_yellow=1;//东西方向黄灯灭
EW_red=0;//东西方向红灯亮
//初始化51的寄存器
TMOD=0x20;//用T1计时8位自动装载定时模式
TH1=0x19;//0x4b;//500微秒溢出一次; 250=（256-x）*12/11.0592->x=230.4
TL1=0x19;
EA=1; //开中断
ET1=1;
TR1=1; //开定时器T1
while
（1）
{ led_show（cnt_sn,cnt_ew）;}}
//主程序结束
SECOND1EQU30H;东西路口计时寄存器
SECOND2EQU31H;南北路口计时寄存器
DBUFEQU40H;显示码缓冲区1
TEMPEQU44H;显示码缓冲区2
LED_G1BITP2.1;东西路口绿灯
LED_Y1BITP2.2;东西路口黄灯
LED_R1BITP2.3;东西路口红灯
LED_G2BITP2.4;南北路口绿灯
LED_Y2BITP2.5;南北路口黄灯
LED_R2BITP2.6;南北路口红灯
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0100H
START:
MOVTMOD,#01H;置T0为工作方式1
MOVTH0,#3CH;置T0定时初值50ms
MOVTL0,#0B0H
CLRTF0
SETBTR0;启动T0
CLRA
MOVP1,A;关闭不相关的LED
;***************************************************
LOOP:
MOVR2,#20;置1s计数初值,50ms*20=1s
MOVR3,#20;红灯亮20s
MOVSECOND1,#25;东西路口计时显示初值25s
MOVSECOND2,#25;南北路口计时显示初值25s
LCALLDISPLAY
LCALLSTATE1;调用状态1
WAIT1:
JNBTF0,WAIT1;查询50ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值50ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR2,WAIT1;判断1s到否？
未到继续状态1
MOVR2,#20;置50ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT1;状态1维持20s
;*******************************************
MOVR2,#5;置50ms计数初值5*4=20
MOVR3,#3;绿灯闪3s
MOVR4,#4;闪烁间隔200ms
MOVSECOND1,#5;东西路口计时显示初值5s
MOVSECOND2,#5;南北路口计时显示初值5s
LCALLDISPLAY
WAIT2:
LCALLSTATE2;调用状态2
JNBTF0,WAIT2;查询50ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值50ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR4,WAIT2;判断200ms到否？
未到继续状态2
CPLLED_G1;东西绿灯闪
MOVR4,#4;闪烁间隔200ms
DJNZR2,WAIT2;判1s到否？
未到继续状态2
MOVR2,#5;置50ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT2;状态2维持3s
;****************************************
MOVR2,#20;置50ms计数初值
MOVR3,#2;黄灯闪2s
MOVSECOND1,#2;东西路口计时显示初值2s
MOVSECOND2,#2;南北路口计时显示初值2s
LCALLDISPLAY
WAIT3:
LCALLSTATE3;调用状态3
JNBTF0,WAIT3;查询100ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值100ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR2,WAIT3;判断1s到否？
未到继续状态3
MOVR2,#20;置100ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT3;状态3维持2s
;*******************************************
MOVR2,#20;置50ms计数初值
MOVR3,#20;红灯闪20s
MOVSECOND1,#25;东西路口计时显示初值25s
MOVSECOND2,#25;南北路口计时显示初值25s
LCALLDISPLAY
WAIT4:
LCALLSTATE4;调用状态4
JNBTF0,WAIT4;查询100ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值100ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR2,WAIT4;判断1s到否？
未到继续状态4
MOVR2,#20;置100ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT4;状态4维持20s
;*******************************************
MOVR2,#5;置50ms计数初值
MOVR4,#4;红灯闪20ms
MOVR3,#3;绿灯闪3s
MOVSECOND1,#5;东西路口计时显示初值5s
MOVSECOND2,#5;南北路口计时显示初值5s
LCALLDISPLAY
WAIT5:
LCALLSTATE5;调用状态5
JNBTF0,WAIT5;查询100ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值100ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR4,WAIT5;判断200ms到否？
未到继续状态5
CPLLED_G2;南北绿灯闪
MOVR4,#4;闪烁200ms
DJNZR2,WAIT5;判断1s到否？
未到继续状态5
MOVR2,#5;置100ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT5;状态5维持3s
;****************************************
MOVR2,#20;置50ms计数初值
MOVR3,#2;红灯闪2s
MOVSECOND1,#2;东西路口计时显示初值2s
MOVSECOND2,#2;南北路口计时显示初值2s
LCALLDISPLAY
WAIT6:
LCALLSTATE6;调用状态6
JNBTF0,WAIT6;查询100ms到否
CLRTF0
MOVTH0,#3CH;恢复T0定时初值100ms
MOVTL0,#0B0H
DJNZR2,WAIT6;判断1s到否？
未到继续状态6
MOVR2,#20;置100ms计数初值
DECSECOND1;东西路口显示时间减1s
DECSECOND2;南北路口显示时间减1s
LCALLDISPLAY
DJNZR3,WAIT6;状态6维持2s
LJMPLOOP;大循环
;**********************************************
STATE1:
;状态1
SETBLED_G1;东西路口绿灯亮
CLRLED_Y1
CLRLED_R1
CLRLED_G2
CLRLED_Y2
SETBLED_R2;南北路口红灯亮
RET
STATE2:
;状态2
CLRLED_Y1
CLRLED_R1
CLRLED_G2
CLRLED_Y2
SETBLED_R2;南北路口红灯亮
RET
STATE3:
;状态3
CLRLED_G1
CLRLED_R1
CLRLED_G2
CLRLED_Y2
SETBLED_R2;南北路口红灯亮
SETBLED_Y1;东西路口绿灯亮
RET
STATE4:
;状态4
CLRLED_G1
CLRLED_Y1
SETBLED_R1;东西路口红灯亮
SETBLED_G2;南北路口绿灯亮
CLRLED_Y2
CLRLED_R2
RET
STATE5:
;状态5
CLRLED_G1
CLRLED_Y1
SETBLED_R1;东西路口红灯亮
CLRLED_Y2
CLRLED_R2
RET
STATE6:
;状态6
CLRLED_G1
CLRLED_Y1
SETBLED_R1;东西路口红灯亮
CLRLED_G2
CLRLED_R2
SETBLED_Y2;南北路口红灯亮
RET
DISPLAY:
;数码显示
MOVA,SECOND1;东西路口计时寄存器
MOVB,#10;16进制数拆成两个10进制数
DIVAB
MOVDBUF+3,A
MOVA,B
MOVDBUF+2,A
MOVA,SECOND2;南北路口计时寄存器
MOVB,#10;16进制数拆成两个10进制数
DIVAB
MOVDBUF+1,A
MOVA,B
MOVDBUF,A
MOVR0,#DBUF
MOVR1,#TEMP
MOVR7,#4
DP10:
MOVDPTR,#LEDMAP
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR7,DP10
MOVR0,#TEMP
MOVR1,#4
DP12:
MOVR7,#8
MOVA,@R0
DP13:
RLCA
MOVP3.0,C
CLRP3.1
SETBP3.1
DJNZR7,DP13
INCR0
DJNZR1,DP12
RET
LEDMAP:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;0，1，2，3，4，5
DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH;6，7，8，9，A，B
DB58H,5EH,7BH,71H,0,40H;C，D，E，F，，-
END
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