单片机原理及接口技术
课程设计报告
基于单片机的交通灯
姓 名： 江良猛 学 号： 201315310109 指导教师： 尹相雷 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动
化
完成日期： 2014年6月25日
目录
第一章概述 ............................................................................................................ - 2 -
1.1 设计背景................................................................................................... - 2 -第二章系统总体方案及硬件设计 ........................................................................ - 3 -
2.1 AT89S52单片机简介................................................................................ - 3 -
2.2 系统硬件电路的设计............................................................................... - 3 -第三章软件设计 .................................................................................................... - 6 -
3.1 交通灯的设计程序流程图....................................................................... - 6 -第四章 Proteus软件仿真 ..................................................................................... - 7 -
4.1 仿真图....................................................................................................... - 7 -
4.2 仿真步骤................................................................................................... - 7 -第五章课程设计体会 ............................................................................................ - 9 -
第一章概述
1.1 设计背景
如今随着人们生活水平的提高，车辆越来越多，交通事故频繁发生。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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。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。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。
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
本系统设计一个基于单片机的交通灯控制系统。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。
1.2设计任务
1）设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。
2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。
5）一道有车而另一道无车（实验时用开关K0 和K1 控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。
6）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。
第二章系统总体方案及硬件设计
2.1 AT89S52单片机简介
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。鉴于以上的优点本系统采用AT89S52作为主控芯片，实现对整个系统的控制。
2.2 系统硬件电路的设计
（1）时钟电路设计
图2-1时钟电路原理图
如图2-1所示，采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击荡器。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。
（2）复位电路设计
图2-2上电+按钮电平复位电路原理图
如图2-2所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST管脚高电平触发。为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期，一般电容去22uF，电阻取1K。
（3）灯控制电路设计
图2-3交通灯状态显示电路
如图2-3所示，交通灯状态显示电路由东西南北四个方向各三个LED灯组成，分别显示四个方向上红、黄、绿三个状态，用以指示十字路口各方向车辆的行驶。通过软件编程，可使路口交通变化情况为：南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；黄灯亮时每秒闪亮一次。
（4）倒计时显示电路设计
图2-4 数码管显示电路原理图
如图2-4所示，由一个共阳极四位数码管来实现倒计时。由于P0口输出电流小，需外接上拉电阻，COME端接5V电源。
（5）按键控制电路设计
图2-5键盘电路原理图
如图2-5所示，开光控制由PD1-PD5四个连接到单片机的控制按钮组成。通过软件编程，按下PD1电路进入外部中断响应，数码显示时间将停止倒计时，此时，可通过按钮PD3和PD4设置通行时间，每按一下PD3时间增加1s，而按下PD4时间减少1s。按下PD5将使程序重新进入循环点亮状态。
第三章软件设计3.1 交通灯的设计程序流程图
Y
第四章Proteus软件仿真4.1 仿真图
4.2 仿真步骤
（1）根据电路图选择器件连接电路
（2）双击AT89S52装入源程序编译生成的HEX文件
（3）单击运行按钮运行仿真
（4）根据仿真情况与程序实现任务对比，对于不能实现的任务修改并调试程序，重新装载重新运行调试仿真，直到能完全实现所要求的功能为止
（5）进一步改进和简化程序在进行调试仿真
第五章课程设计体会
通过这次单片机实训课程学习，才深刻体会到自己实际操作能力的匮乏。从刚开始老师对单片机的整体介绍及其应用前景，对单片机产生了浓厚的兴趣，并利用自己的课余时间提前学习有关单片机的基本知识。但空有理路知识，却无半点的实际操作经验。后来在老师的建议下，选择运用单片机设计一个交通灯控制系统，从简单开始，后期逐步复杂化。
从给定电路图的分析到实际电路元件的识别、焊接，再到后期的程序设计以及系统调试，初步掌握了运用单片机系统设计特定功能的设计步骤，也对单片机有了更深的体会。了解和掌握了一些简单的编程思想，对单片机各管脚的功能，I/O 口的使用条件都有了更深的理解。这次的课程设计让我把单片机的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基础，实践更能检验理论的真实性，让我受益匪浅。
参考文献
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1998
[2] 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1992
[3] 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社，1994
[4] 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
[5] 谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989
[6] 余发山.单片机原理及应用技术焦作：中国矿业大学出版社，2007
附录1 源程序代码
//#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code a[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//段码组合,共阴极
uchar code b[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //位码组合低有效
uchar code c[4]={0xcc,0xd4,0x78,0xb8};/*P1 绿红、黄红、红绿、红黄*/
//12MHz
//******************************************************************** *****************
uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5; /*数码管显示值设置*/ uchar i,k=0,cnt=0,j=0;
sbit K0=P3^5; /*支干道通行*/
sbit K1=P3^6; /*主干道通行*/
sbit K4=P3^7; /*返回*/
sbit K3=P3^2; /*设置时间*/
sbit K2=P3^3; /*紧急刹车*/
void delay(uchar t); /*定义延时程序*/
void key(); /*定义键盘程序*/
void display(); /*定义显示程序*/
void settime(); /*定义时间设置显示程序*/
//*************************程序初始*********************************************
void init(void)
{
TMOD=0x01; /*使用定时器0模式一*/
TH0=0x3c; /*(65536-5000)/256*/
TL0=0xb0; /*(65536-5000)%256*/
IT0=1; //开中断
ET0=1;
TR0=1;
EA=1;
EX0=1;
EX1=1;
P1=c[k]; //开启交通灯
}
//*************************中断0处理程序***************************************
void int0(void) interrupt 0 // 通行时间设置
{
EA=0;
P1=0xd8; /*红灯全亮*/
for(;;)
{
settime();
if(K1==0) /*P3^6=0设置主干道通行时间*/ {
delay(40);
if(K1==0)
{
while(!K1)
{
settime();
}
NBG++; /*主干道通行时间加1*/
if(NBG==100)
NBG=0;
}
}
if(K0==0) /*P3^5=0设置支干道通行时间*/ {
delay(40);
if(K0==0)
{
while(!K0)
{
settime();
}
DXG++; /*支干道通行时间加1*/
if(DXG==100)
DXG=0;
}
}
if(K4==0) /*P3^7=0返回*/
{
delay(40);
if(K4==0)
{
while(!K4)
{
}
k=0;P1=c[k];
NB=NBG,DX=NBG+H;
display();
EA=1;
break;
}
}
}
}
/***********************************中断1处理程序******************** void int1(void) interrupt 2 //紧急情况
{
/*东西南北红灯亮*/
EA=0;
TR0=!TR0; /*停止计数*/
for(;;) /*主支干道显示全为0*/
{ P1=0xd8,P0=a[0];
P2=0xfe;
delay(20);
P2=0xfd;
delay(20);
P2=0xfb;
delay(20);
P2=0xf7;
delay(20);
if(K4==0) /*返回*/
{
delay(20);
EA=1;
P1=c[k]; /*返回紧急前状态开始计数*/
TR0=!TR0; /*重启计数*/
break;
}
}
}
void time1(void) interrupt 1 /*交通灯控制程序*/
{
TH0=0x3c; /*定时50ms*/
TL0=0xb0;
cnt++;
if(cnt>=20) /*每20*50ms=1s自减一*/ {
NB--;
DX--;
cnt=0;
if(NB==0||DX==0)
{
k++;
if(k>3) /*k取0,1,2,3*/
k=0;
switch(k)
{
case 0:NB=NBG,DX=NBG+H;j=0;P1=c[k];break; /*主干道通行显示绿红*/
case 1:NB=H;j=1;P1=c[k];break; /*主干道黄灯闪烁*/
case 2:NB=DXG+H,DX=DXG;j=0;P1=c[k];break; /*支干道通行显示红绿*/
case 3:DX=H;j=2;P1=c[k];break; /*支干道黄灯闪烁*/
}
}
}
}
void delay(uchar t) //延时程序延时0.1*nms
{
uchar i;
do
{
for(i=0;i<20;i++)
;;;
} while(t--);
}
void settime()
{
P2=0xfe,P0=a[(NBG+H)%10]; /*显示主干道通行时间*/
delay(20);
P2=0xfd,P0=a[(NBG+H)/10];
delay(20);
P2=0xfb,P0=a[(DXG+H)%10]; /*显示支干道通行时间*/
delay(20);
P2=0xf7,P0=a[(DXG+H)/10];
delay(20);
}
void key() //键盘程序用KO K1模拟一道有车一道无车{
if(K1==0) /*主干道有车支干道无车*/ {
delay(40);
if(K1==0)
{
while(!K1)
{
display();
}
k=0,P1=c[k];cnt=0;
NB=NBG, DX=NBG+H;
display();
}
}
if(K0==0) /*支干道有车主干道无车*/
{
delay(40);
if(K0==0)
{
while(!K0)
{
display();
}
k=2,P1=c[k];cnt=0;
NB=DXG+H,DX=DXG;
display();
}
}
}
void display() //显示程序
{
P2=0xfe,P0=a[NB%10]; /*由k的不同值进入确定显示数值*/
delay(20);
P2=0xfd,P0=a[NB/10];
delay(20);
P2=0xfb,P0=a[DX%10];
delay(20);
P2=0xf7,P0=a[DX/10];
delay(20);
}
void main(void)
{ //主程序
init();
for(;;)
{
display();
key();
//黄灯闪烁程序
while(j==1) /*主干道黄灯闪烁*/
{
P1=0xdc; /*给黄灯一高电平黄灯灭*/
for(i=83;i>0;i--){display();} /*执行for循环延时*/
P1=c[k]; /*再给黄灯一低电平黄灯亮*/
for(i=83;i>0;i--){display();}
}
while(j==2)
{ /*支干道黄灯闪烁*/ P1=0xf8;
for(i=83;i>0;i--){display();}
P1=c[k];
for(i=83;i>0;i--){display();}
}
}
}
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