《交通燈控制系統(tǒng)》

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1、 《交 通 燈 控 制 系 統(tǒng)》 課程設(shè)計報告 題 目：交通燈控制系統(tǒng) 專 業(yè)：電子信息工程 年 級：10級 學(xué) 號：100406125 學(xué)生姓名：張穎 聯(lián)系電話：18710973991 完成日期：2013年7月 8日 摘 要 利用元件MCS-51單片機(jī)，四組紅、黃、綠共十二個LED燈 ，東西路和南北路各兩個7段數(shù)碼管，三個開關(guān)等，進(jìn)行設(shè)計。單片機(jī)是以應(yīng)用為中心，以程序語言編寫為基礎(chǔ)的微型計算機(jī)系統(tǒng)，用它實(shí)現(xiàn)交通燈控制極為方便。經(jīng)測試和仿真，所設(shè)計系統(tǒng)達(dá)到交通燈控制系統(tǒng)的要求，交通燈信號通過P1口輸出，

2、顯示時間通過P0口和P2口輸出至數(shù)碼管。本系統(tǒng)設(shè)計周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)， 具有控制方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；交通燈；定時/計數(shù)器；中斷；數(shù)碼管顯示 Abstract By using MCS - 51 single chip microcomputer, four groups of red, yellow, green, a total of 12 LED lights, what road and north-south road each two seven segment digital tube, thre

3、e switches, etc., to carry on the design. Single-chip microcomputer is used as the center, on the basis of the programming language to write the microcomputer system, and use it to achieve traffic light control is extremely convenient. After the test and simulation, the designed system to achieve th

4、e requirement of the traffic light control system, traffic signal output, through the P1 port display time by P0 mouth and P2 output to digital tube. This system design cycle is short, high reliability, strong practicability, simple operation, convenient maintenance, strong extended functionality. P

5、ossesses the advantages of easy control, flexible. Key words: single chip microcomputer; The traffic light; Timer/counter; Interrupt; Digital tube display 目　錄 摘 要 2 Abstract 2 1.設(shè)計要求及方案選取 4 1.1設(shè)計要求 4 2.理論分析與設(shè)計 5 2.1方案比較、設(shè)計與論證 5 2.2總體設(shè)計思路 5 3.交通燈控制系統(tǒng)電路設(shè)計 6 3.1 芯片選擇 6 3.2硬件設(shè)計仿真電路圖 7 3

6、.3軟件設(shè)計思路及流程圖 7 4.設(shè)計程序 8 4.1交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計程序 8 5.系統(tǒng)測試 14 5.1調(diào)試所用的基本儀器清單 14 5.2.調(diào)試結(jié)果 14 5.3測試結(jié)果分析 16 6.設(shè)計總結(jié)與展望 16 7．參考文獻(xiàn) 17 1.設(shè)計要求及方案選取 1.1設(shè)計要求 單片機(jī)是以應(yīng)用為中心，以程序語言編寫為基礎(chǔ)的微型計算機(jī)系統(tǒng)。它一般主要由以下幾部分組成：中央處理器CPU、存儲器、定時/計數(shù)器、I/O接口等。因?yàn)樗撬械碾娐芳稍谝黄酒系膯纹⑿陀嬎銠C(jī)，因此簡稱單片

7、機(jī)。它可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)簡單的控制，所以也稱為微型控制器。（1）交通燈控制系統(tǒng)基本要求： 要求交通信號燈控制邏輯如下：假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。開始為四個路口的紅燈全部亮之后,東西路口的綠燈亮,南北路口的紅燈亮,東西路口方向通車,延時一段時間后 （50秒） ,東西路口的綠燈,閃爍若干次后（3 秒），東西路口的綠燈熄滅，同時東西路口的黃燈亮,延時一段時間后（2 秒）,東西路口的紅燈亮,南北路口的綠燈亮,南北路口方向通車,延時一段時間后（30 秒）,南北路口的綠燈閃爍若干次后（3 秒）,南北路口的綠燈熄滅，同時南北路口的黃燈亮，延時一段時間后（2秒）,再切換到東西路口的綠燈亮,南北路口的紅燈亮,

8、之后重復(fù)以上過程。若有急救車到達(dá)時，兩向交通信號為全紅，以便讓急救車通過。假定急救車通過路口時間為10秒，急救車通過后，交通燈恢復(fù)中斷前狀態(tài)。以按鍵為中斷申請，表示有急救車通過 。 （2）擴(kuò)展功能（選作）： 1.東西和南北車道，有一道有車而另一道無車時，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)該立即讓有車車道放行。 2.交通燈的時間可以設(shè)定（即紅燈和綠燈亮的時間長短可控）。 2.理論分析與設(shè)計 2.1方案比較、設(shè)計與論證 2.1.1 顯示界面方案 2.1.1.1倒計時顯示 該系統(tǒng)要求完成倒計時的功能。因只需顯示數(shù)字，基于上述原因，我們考慮完全采用數(shù)碼管顯示，四個路口分別采用兩個

9、一位陰極數(shù)碼管即可。 2.1.1.2 狀態(tài)燈顯示 該系統(tǒng)要求完成狀態(tài)燈顯示的功能。求于簡單，我們把各個路口的紅燈、黃燈和綠燈分別根據(jù)設(shè)計要求來點(diǎn)亮，也就是說，東西南北四個路口需三個狀態(tài)燈，一個通行的綠燈，一個禁行的紅燈和一個等待的黃燈。 2.1.1.3 輸入方案 該系統(tǒng)要求能可控改變東西與南北的通行時間，用定時/計數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)。緊急情況處理，我們采用中斷方法，在外部中斷P32口上連接一個開關(guān)K8，分別開閉，即可實(shí)現(xiàn)緊急情況處理。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活，可提供中斷服務(wù),合理利用了AT89C51的中斷口功能。 2.1.2 交通燈顯示的理論分析 2

10、.1.2.1 倒計時顯示的理論分析 利用定時器中斷，設(shè)置 TH0=TH1＝(65536-50000)/256，即每0.05秒中斷一次。每到第20次中斷即過了20*0.05秒＝1秒時，使時間的計數(shù)值減1，便實(shí)現(xiàn)了倒計時的功能。 2.1.2.2 狀態(tài)燈顯示的理論分析 綠燈閃爍可以利用定時器中斷。每到第10次中斷即過了10*0.05秒＝0.5秒時，使綠燈標(biāo)志位反置，即可讓綠燈1秒閃爍一次。再以此循環(huán)即可讓綠燈閃3秒。 2.2總體設(shè)計思路 主控器（51單片機(jī)） 車輛 檢測 倒計時間顯示 交通燈控制 在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中，東西

11、道上的兩組同色燈相聯(lián)在一起，南北道上的同色燈相聯(lián)在一起，受MCS-51的P1.5—P1.0口控制，實(shí)驗(yàn)時由發(fā)光二級管代替。實(shí)驗(yàn)的開關(guān)K1、K2用來代替實(shí)際中的傳感器，與P1.6、P1.7口相聯(lián)，作為有無車輛的傳感器輸入線，急救車請求通過的信號也由人工控制以中斷方式輸入單片機(jī)，實(shí)驗(yàn)時用開關(guān)K8來代替急救車中斷信號。 3.交通燈控制系統(tǒng)電路設(shè)計 3.1 芯片選擇 INT0響應(yīng) N “繁忙”鍵按下 N “特殊”鍵按下 N “正?！辨I按下 返回 關(guān)中斷 開中斷 正常模式設(shè)置 Y 繁忙模式設(shè)置 Y 特殊模式設(shè)置 Y AT89C51是

12、美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，可以按照常規(guī)方法對其進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器

13、可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C51芯片引腳圖教課本附錄。 3.2硬件設(shè)計仿真電路圖 3.3軟件設(shè)計思路及流程圖 (1)交通燈控制系統(tǒng)流程圖： （2）讓緊急車通過的中斷服務(wù)流程圖： 4.設(shè)計程序 4.1交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計程序 QD EQU 30H SRED BIT P1.0 ;定義IO端口 SYELLOW BIT P1.1 SGREEN BIT P1.2 ERED BIT

14、 P1.3 EYELLOW BIT P1.4 EGREEN BIT P1.5 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP JINJICHE ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60H MOV TCON ,#01H MOV IE,#81H MOV TMOD,#10H

15、 ;設(shè)置定時器0,為方式1 MOV TH1,#3CH ;置定時器的初始值,定時50ms MOV TL1,#0B0H CLR TF1 ;清定時器0溢出標(biāo)志 SETB TR1 SETB IT0 SETB EX0 SETB EA START: MOV P0,#0 MOV P2,#0 LCALL NEXT0 LCALL DELAY MOV R1,#20 MOV R2,#51 MOV

16、 QD,#50 LCALL NEXT1 LCALL DISPLAY LCALL WAIT0 MOV R3,#10 MOV R4,#4 MOV R5,#2 MOV QD,#3 LCALL NEXT2 LCALL DISPLAY LCALL WAIT5 MOV R1,#20 MOV R2,#3 MOV QD,#2 LCALL NEXT

17、3 LCALL DISPLAY LCALL WAIT1 MOV R1,#20 MOV R2,#31 MOV QD,#30 LCALL NEXT4 LCALL DISPLAY LCALL WAIT2 MOV R3,#10 MOV R4,#4 MOV QD,#3 MOV R5,#2 LCALL NEXT5 LCALL DISPLAY LCALL WAIT6 M

18、OV R1,#20 MOV R2,#3 MOV QD,#2 LCALL NEXT6 LCALL DISPLAY LCALL WAIT3 LJMP START JINJICHE: PUSH ACC PUSH PSW MOV R0,QD MOV R6,P1 LCALL NEXT0 MOV R1,#20 MOV R2,#11

19、 MOV QD,#10 LCALL DISPLAY LCALL WAIT4 MOV P1,R6 MOV QD,R0 LCALL DISPLAY POP PSW POP ACC RETI WAIT0: JNB TF1,WAIT0 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH

20、 MOV TL1,#0B0H DJNZ R1,WAIT0 ;是否到1秒 MOV R1,#20 DEC QD ;到1秒則秒值減1 LCALL DISPLAY DJNZ R2,WAIT0 ;20秒是否倒計時減完,未完則返回 RET WAIT1: JNB TF1,WAIT1 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0

21、B0H DJNZ R1,WAIT1 ;是否到1秒 MOV R1,#20 DEC QD ;到1秒則秒值減1 LCALL DISPLAY DJNZ R2,WAIT1 ;20秒是否倒計時減完,未完則返回 RET WAIT2: JNB TF1,WAIT2 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ R1,WAIT2

22、 ;是否到1秒 MOV R1,#20 DEC QD ;到1秒則秒值減1 LCALL DISPLAY DJNZ R2,WAIT2 ;20秒是否倒計時減完,未完則返回 RET WAIT3: JNB TF1,WAIT3 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ R1,WAIT3 ;是否到1秒 MOV R1,#20

23、 DEC QD ;到1秒則秒值減1 LCALL DISPLAY DJNZ R2,WAIT3 ;20秒是否倒計時減完,未完則返回 RET WAIT4: JNB TF1,WAIT4 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ R1,WAIT4 ;是否到1秒 MOV R1,#20 DEC Q

24、D ;到1秒則秒值減1 LCALL DISPLAY DJNZ R2,WAIT4 ;20秒是否倒計時減完,未完則返回 RET WAIT5: JNB TF1,WAIT5 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ R3, WAIT5 CPL EGREEN MOV R3,#10

25、 DJNZ R5,WAIT5 MOV R5,#2 DEC QD LCALL DISPLAY DJNZ R4,WAIT5 RET WAIT6: JNB TF1,WAIT6 ;定時器50ms未到,則等待 CLR TF1 ;定時器50ms到了,;清定時器0溢出標(biāo)志 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H DJNZ R3, WAIT6 CPL SGR

26、EEN MOV R3,#10 DJNZ R5,WAIT6 MOV R5,#2 DEC QD LCALL DISPLAY DJNZ R4,WAIT6 RET NEXT0: CLR SRED ;南北方向紅燈亮,東西方向紅燈亮 SETB EYELLOW SETB SGREEN CLR ERED SETB EGREEN SETB EYEL

27、LOW RET NEXT1: CLR SRED ;南北方向紅燈亮,東西方向綠燈亮 SETB SGREEN SETB SYELLOW SETB ERED CLR EGREEN SETB EYELLOW RET NEXT2:CLR SRED ;南北方向紅燈亮,東西方向綠燈閃 SETB SGREEN SETB SYELLOW SETB ERED CLR

28、 EGREEN SETB EYELLOW RET NEXT3: CLR SRED ;南北方向紅燈亮,東西方向黃燈閃 SETB SGREEN SETB SYELLOW SETB ERED SETB EGREEN CLR EYELLOW RET NEXT4: SETB SRED ;南北方向綠燈亮,東西方向紅燈亮 CLR SGREEN SET

29、B SYELLOW CLR ERED SETB EGREEN SETB EYELLOW RET NEXT5: SETB SRED ;南北方向綠燈閃,東西方向紅燈亮 CLR SGREEN SETB SYELLOW CLR ERED SETB EGREEN SETB EYELLOW RET NEXT6: SETB SRED ;南北方向黃燈閃,東西方向紅燈亮 SETB SGREEN CLR SYELLOW C

30、LR ERED SETB EGREEN SETB EYELLOW RET DELAY: MOV R6,#250 L2: MOV R7,#250 L1: NOP NOP DJNZ R7,L1 DJNZ R6,L2 RET DISPLAY: MOV A,QD MOV B,#10 DIV AB MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A ;顯示十位

31、 MOV A,B MOVC A,@A+DPTR ;顯示個位 MOV P2,A RET TABLE : DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 5.系統(tǒng)測試 5.1調(diào)試所用的基本儀器清單 （1）DVCC-52S或其他單片機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)一臺 （2）+5V直流穩(wěn)壓電源一臺 （3）Keil軟件 （4）Protues軟件 5.2.調(diào)試結(jié)果 5.3測試結(jié)果分析 程序運(yùn)行結(jié)果如下： 首先，四個方向全是紅燈亮，然后南北段紅燈亮、東西段綠燈亮計數(shù)

32、50秒，計數(shù)時間到，綠燈閃三秒，東西段黃燈亮，南北段仍紅燈亮，東西段黃燈延時2秒，東西路口的紅燈亮,南北路口的綠燈亮,南北路口方向通車,延時一段時間后（30 秒）,南北路口的綠燈閃爍若干次后（3 秒）,南北路口的綠燈熄滅，同時南北路口的黃燈亮，延時一段時間后（2秒）,再切換到東西路口的綠燈亮,南北路口的紅燈亮, 若 按下開關(guān)K8，即INTO=0，計數(shù)10秒，讓緊急車通過、執(zhí)行完后，返回到中斷前的狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行。仿真結(jié)果與要求的基本一致，只是有時數(shù)管顯示略有延時，東西和南北有時差，但總體都一樣。 6.設(shè)計總結(jié)與展望 6.1通過本次設(shè)計，我完成了一個有特定功能的交通燈控制系統(tǒng)。熟悉了MC

33、S-51外部中斷和I/O口的應(yīng)用。運(yùn)用單片機(jī)定時/計數(shù)功能進(jìn)行計時，學(xué)會單片機(jī)實(shí)時控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試方法，掌握多位LED顯示問題的解決方法。 6.2軟件延時與定時器計時 ， 軟件延時，設(shè)計簡單，使用方便，但是無法進(jìn)行精確計時，無法在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行使用，本次設(shè)計采用了定時器進(jìn)行計時，每50ms產(chǎn)生一個脈沖信號，可以準(zhǔn)確的計時并方便8段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。使用中斷的好處 使用中斷可以進(jìn)行多樣化設(shè)計，強(qiáng)化程序功能與執(zhí)行效率。設(shè)計中程序每50ms請求一次中斷，實(shí)現(xiàn)精確定時與數(shù)碼管顯示刷新，很靈活。 6.3我更深入的了解了單片機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，尤其在本次課程設(shè)計中熟悉了MC51單片機(jī)的管腳功能特點(diǎn)以及

34、I/O控制寄存器的設(shè)置方法。同時進(jìn)一步熟悉了在keil4軟件環(huán)境下程序的編譯，以及PROTEUS仿真調(diào)試的方法。 6.4在設(shè)計過程中，我通過向他人請教、討論，查閱各方面資料，能不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。因?yàn)楸驹O(shè)計中硬件連接比較簡單，也不需要外擴(kuò)存儲器等部分，接下來的學(xué)習(xí)中我還需要在熟悉一下這些拓展模塊的連接及使用。通過完成此次單片機(jī)課程設(shè)計，我深刻意識到，在今后的學(xué)習(xí)中，更應(yīng)多加練習(xí)才能夠有更大的進(jìn)步。 7．參考文獻(xiàn) [1].單片機(jī)原理與應(yīng)用基礎(chǔ)教程. 陳忠孝. 西北大學(xué)出版社 [2].LPC2106英文手冊 [3].單片機(jī)原理及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與實(shí)踐教程.胡漢才.清華大學(xué)出版社 [4]. 單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)例教程.楊居義.清華大學(xué)出版社 [5]. 百度百科