完整单片机交通灯课程设计1Word格式.docx
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本模拟交通信号灯系统利用STC89C52单片机作为核心元件,实现信号灯对路面交通的智能控制。
从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理等问题.系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。
3.1显示时间方案的选择
方案一：
采用数码管显示，半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点,而且响应时间短（一般不超过0。
1us），亮度也比较高。
方案二：
采用液晶显示,液晶显示器的最大优点是功耗极小。
但是，由于它本身不会发光，仅仅靠反射外界光线显示字形，所以亮度很差。
通过上述两种方案的对比,显然可以发现，对于交通灯时间的显示，数码管显示更加适合，可靠，所以选择方案一。
3.2总体设计
总体设计如图1所示。
图1总体设计图
3.3总体设计
首先了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口如图
（2）所示东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
初始状态1东西绿灯通车，南北红灯亮，禁止通车，人行道通行，行人可过。
过一段时间（10秒）后，转状态2，东西方向还是绿灯亮，南北方向还是红灯亮，黄灯开始闪烁，黄灯闪几下（5秒），即提示红绿灯状态将发生转换。
再转状态3,南北方向绿灯亮通车，东西方向红灯亮，即此方向禁止通车，人行道可通行。
黄灯熄灭后转状态4，南北方向还是绿灯，东西方向还是为红灯亮,闪几下黄灯（5秒），提示红绿灯显示状态将发生转换。
一段时间后，又循环至状态1。
列出交通信号灯的状态表如表1所示（1表示灯亮，0表示灯灭）.
图2十字路口示意图
表1红绿灯状态表
状态
东
西
南
北
红黄绿
1
001
100
2
011
110
3
4
对于交通信号灯来说,应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的,而且,东西方向与南北方向显示的状态相反，所以只要用一组就行了,因此，可采用单片机内部的I/O口上的P1口中的3个引脚即可来控制3个信号灯。
通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。
每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。
四硬件设计
4。
1单片机最小系统
单片机最小系统由一块单片机、一个时钟电路和一个复位电路组成。
如图3所示。
图3最小系统结构图
1。
1STC89C52单片机特性参数
STC89C52RC单片机8K字节程序存储空间;
512字节数据存储空间；
内带2K字节EEPROM存储空间；
可直接使用串口下载；
8K字节程序存储空间；
256字节数据存储空间.
●增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。
●工作电压：
5.5V～3。
3V（5V单片机）/3.8V～2。
0V（3V单片机）
●工作频率范围:
0～40MHz，相当于普通8051的0~80MHz，实际工作频率可达48MHz；
●用户应用程序空间为8K字节;
●片上集成512字节RAM;
●通用I/O口（32个），复位后为：
P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻，设计电路时需要注意这点。
●共3个16位定时/计数器，分别为T0，T1，T2.
1.2STC89C52RC主要引脚功能
STC89C51引脚图如图4所示，其主要芯片功能如下所示。
图4STC89C52引脚图
●VCC：
电源电压
●GND：
接地
●P0口：
P0口是一组8位双向I/O口。
P0口即可作地址/数据总线使用，又可以作为通用的I/O口使用。
●P1口：
P1是一个带内部上拉电阻的8准位双向I/O口，P1作为通用的I/O口使用。
●P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口
●P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位准双向I/0口
●RST:
复位输入
●————PSEN程序储存允许（————PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号
●——EA/VPP:
外部访问允许
●XTAL1：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端
●XTAL2：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输：
出端
4.1.3STC89C52RC的中断源
89C52有6个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、三个片内定时/计数器溢出中断TF0,TF1，TF2、一个是片内串行口中断TI或RI,这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制.
4时钟电路
此次设计的时钟电路由一个12MHz的晶振和两个22PF的陶瓷贴片电容组成。
89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
引线XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，两端跨接石英晶体及两个电容就可构成稳定的自激振荡器。
而电容器C1，C2起稳定振荡频率，并对振荡频率有微调作用，C1和C2可在20-100PF之间取值，这里取22PF。
电路如图5所示.
图5时钟电路
4.1。
5复位电路
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。
一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。
当人为按下按钮时,则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。
手动按钮复位的电路如所示。
由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。
通常采用手动复位和上电自动复位结合，其电路如图6所示。
图6复位电路
4.2数码换显示电路
显示电路既可以选用液晶显示器，也可以选用数码管显示。
我采用的是数码管显示电路。
用1个二位共阴极数码管显示，LED是七段式显示器,内部有7个条形发光二极管和1个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。
共
阴数码管的码表为如表2所示。
表2共阴数码管码表
5
6
7
8
9
0x3f
0x06
0x5b
0x4f
0x66
0x6d
0x7d
0x07
0x7f
0x6f
在用数码管显示时,我们有静态和动态两种选择，静态显示程序简单，显示稳定，但是占用端口比较多；
动态显示所使用的端口比较少,可以节省单片机的I/O口。
LED数码管的显示原理：
数码管有段选与位选两个使能端，由于采用共阴极数码管，要把数码管点亮，就必须给位选选通，至于显示什么数字，只需给段选输入数据即可。
通过给52单片机P1口送入初始值，并用P1口来控制段选位，P3。
5、P3。
6口来控制位显来实现动态显示，来显示各灯所在状态的显示时间。
8052单片机的P3口的三个端口接主干道的红、绿、黄灯,显示燃亮情况，通过两个八段显示器显示每个灯的燃亮时间，使灯和显示器时间同步。
在设计中，我们采用LED数码管动态显示，用P1口驱动显示。
由于P1口的输出级时，数码管显示的亮度不够，根据以前学习的知识及学长们的经验，只需给P1口强势上拉1K排阻，经实验验证,P1口上拉1K排阻后,数码管显示较亮。
电路图如图7所示。
图7数码管显示电路
其中单片机P口与数码管各引脚之间的连接关系分别为：
Ø
P1.0—-——--a
P1.1--———-b
P1。
2-—----c
P1.3-----—d
4—-—---e
5--—---f
P1.6—--—-—g
P1.7--———-h
P3。
5-—————2
6—-—--—1
其中a,b，c,d,e,f,g,h在数码管上的位置如图8所示。
图8数码管
4.3红绿灯显示电路
在本次交通灯设计中，主干道上东西南北四个方向各三盏灯，分别是红灯、黄灯、绿灯。
由于东西方向与南北方向信号相反，红灯与绿灯信号相反,故只需3个端口即可控制这12盏灯的亮灭。
这些灯由三种颜色即红、黄、绿发光二极管代替，采用共阳极接法，故只需选择性的给这3个端口低电平，对应的二极管就被点亮.显示电路如图9（当然，其中的数码管不包括在内）所示。
图9红绿灯显示电路
4整体电路
将各模块电路整合到一起就形成了系统工作电路，如图10所示。
在altiumdesigner中画出电路原理图，检查电路没有错误后，可在proteus环境下进行仿真，就可看到整个系统的工作状态，即可模拟出实际交通灯的工作状态。
图10整个电路工作原理图
五软件设计
5.1KEILC简介
KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供C语言环境，同时保留了汇编代码高效,快速的特点。
C51编译器的功能不断增强,使你可以更加贴近CPU本身,及其它的衍生产品.C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：
编译器,汇编
器，实时操作系统，项目管理器，调试器。
uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
C51V7版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。
它可以支持所有8051的衍生产品,也可以支持所有兼容的仿真器,同时支持其它第三方开发工具。
5.2程序流程图
●主程序流程图
图11主程序图
如图11所示,当整个系统电路开始正常工作时,电路的运行状态将按照程序框图的顺序运行下去，最后进入循环状态，即可反映交通灯运行的状态。
●中断服务程序流程图
当系统电路上电后，系统初始化话后，程序从主程序开始进入中断程序，当计数溢出时，中断产生,红绿灯状态将发生转换，接着进入下一个状态，最后进入循环。
中断程序如图12所示。
图12中断服务程序流程图
5。
3keil调试过程
在Keil中将程序代码编完后，点击rebuild键，编译看一开始，出现了好几个错误，经过好久的调试与更改后，编译时没报错，但是有些电路功能还是没弄出来，最后接近快三天的时候才将整个程序编出，终于将程序调试出来了。
编译成功后，先在keil中进行调试仿真。
先点击Start/StopDebugSession键后,显示界面如图13所示.
图13调试第一步
再点击Peripherals键，选择I/O—Ports—〉Port3，再点击几下Step键，显示如图14所示。
图14调试第二步
因为P3.5，P3.6分别控制共阴数码管的十位和个位，上图显示的是P3。
6口的变化，说明数码管的个位在发生变化，最后再连续点击数下Step键，显示如图15，如上显示的是P3.5的变化，即数码管的十位数在变化。
图15调试第三步
在keil中调试完成后,接着进一步软件测试,即可进行电路仿真。
六系统仿真与实现
6。
1proteus仿真软件简介
Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等。
6.2仿真调试过程
在Keil中调试完成后,再到proteus中进行仿真。
首先在proteus中需要的元件依次找出来,根据电路所需要实现的功能画好电路原理图,当检查电路完全没有错误后，双击芯片，再将在keil中生成的hex文件导入芯片，接着点击play键开始进行电路仿真。
其中，此次的交通灯整个中循环共有四个工作状态.
状态一：
点击play键，电路开始进行仿真,此时红绿灯显示的情况为：
东西方向为绿灯亮，南北方向为红灯亮，即东西方向通行,南北方向禁止通行，交通灯显示状态如图16所示。
图16状态一
状态二：
在开始仿真经过10秒后，黄灯开始闪烁，红绿灯的状态将发生变化，即东西方向、南北方向的通行状态即将发生变化，显示情况如图17。
图17状态二
状态三：
在状态二即黄灯开始闪烁5秒后，东西方向与南北方向的红绿灯的状态发生变化,即通行状态发生变化，显示情况如图18.
图18状态三
状态四:
在状态三进行10秒种的过程中，东西方向、南北方向红绿灯显示的状态不变，10秒钟之后，黄灯开始闪烁，即东西方向,南北方向的显示状态将发生变化，也就是说通车状态将发生转换。
状态四某一时刻的状态如图19所示。
图19状态四
黄灯闪烁5秒后，现行状态即将发生变化，将进入状态一，即开始进入循环。
七设计总结
经过努力,终于将交通灯设计出来了。
顿时，整个人感觉轻松多了。
现在回想起来，还真是别有一番滋味.可以说，这一个星期，很辛苦，但收获也很大.
课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识，动手实践能力也有了一定的提高。
在此，由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题,但通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学及学长们交流后都得以一一解决。
由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合.但是在我们设计和调试的过程中,也发现了一些问题，譬如红绿灯规则效率还不是很高,设计的系统电路功能不是很健全等等,这都需要在实践中进一步完善。
当然,通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在单片机编程这方面有一个大的发展。
参考文献
[1]单片机应用系统设计[M］.北京:
北京航空航天大学出版社,1990:
34-35。
[2］单片微型计算机原理接口及应用[M]。
北京:
北京邮电大学出版社,2000：
126—129。
[3]单片机原理与应用技术[M］.北京：
清华大学出版社，2004:
138—141。
[4]MCS—51单片机原理与应用[M].天津:
天津大学出版社，2002：
55-56.
［5]单片机基础［M］。
北京航空航天大学出版社,2001:
44-47.
［6］集成化智能传感器原理与应用[J].北京：
电子工业出版社，2004：
74—81.
[7]单片机原理及应用[M]。
机械工业出版社,2002:
174—180。
[8]MCS—51系列单片机原理与接口技术［M］。
人民邮电出版社,2004:
128-129.
[9］单片机实用教程［M］。
北京：
北京航空航天大学出版社,2006:
11—12.
[10］单片微型计算机原理与接口技术。
武汉：
华中理工大学出版社,1999：
64-71。
[11］单片机原理与接口技术[M］.北京:
北京航空航天大学出版社,2005.5。
［12］51系列单片机设计实例［M］。
北京.北京航空航天出版社,2003。
3.
［13］单片机高级教程[M]。
北京。
北京航空航天大学出版社,2001.
［14］MCS-51单片机原理及应用[M]。
天津.天津大学出版社.2001。
3。
［15]单片机实验与实践教程[M]。
北京.北京航空航天大学出版社，2001.
［16]单片机原理及接口技术[M]。
北京.中国轻工业出版社，1998。
［17］数字电子技术基础［M］.北京.高等教育出版社，2005。
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