交通信号灯模拟控制系统设计.doc

单片机课程设计任务书一、题目：交通信号灯模拟控制系统设计二、设计任务：1、完变化规律成交通灯的，即一个十字路口为东西向和南北向，四个路口均有红黄绿三灯和两个LED数码显示管。交通灯上电以后进入初始状态即东西红灯，南北红灯。5s后转状态1：南北绿灯亮通车，东西红灯亮，禁止通行，持续30s；30s后转状态2：南北绿灯灭转黄灯闪亮，延时5秒，东西仍然红灯；5s后转状态3：东西绿灯亮通车，南北转红灯，持续30s；30s后转状态4：东西绿灯灭转亮黄闪灯，延时5秒，南北仍然红灯。最后循环至状态1。2、用8个LED数码管（各个方向均有两个LED数码管，分别表示个位是和十位）显示倒计时。倒计时用于提醒驾驶员或行人信号灯发生改变的时间，以便他们在“停止”和“通行”两者作出合适的选择。3、在紧急状态下，通过K1键手动设置，将所有路口的灯变为红灯。三、设计内容要求：总体方案选择及各功能模块合理划分 产品选择 硬件设计： 做出单片机主电路、交通灯接口电路和LED数码管显示电路，键盘接口电路等 。 软件设计：程序流程图 各功能模块程序清单主要考虑的问题：1、单片机I/O口是否够用，不够用怎么办 2、如何驱动发光二极管 3、数码管显示电路的设计 4、如何实现定时功能 5、如何读取键盘数据1、使用LED时驱动电流不应超过规格要求的最大电流，最好不要超过20mA，建议驱动电流在10-20 mA之间2、注意LED极性不要接错，一般情况下，灯脚稍长的一端为正极，稍短的为负极，若两灯脚一样长时，要认真识别标记3、尽量不要将LED与发热电阻组件靠的太近发光二极管 红色圆头第一章 总体思路本系统采用单片机AT89S51为中心器件来设计交通灯控制器，本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、紧急状况按键电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能。AT89S51单片机具有四组并行的I/O口可用于控制信号的传输，由此可用其作为交通灯和显示牌的控制口。AT89S51单片机具有终端功能并由外部中断的输入口可用于紧急情况下对红绿灯的工作状况做出改变，其积极状况下的按钮K1接于单片机的的外部中断接口处即可实现其功能。1、有以上分析可知此交通灯共有12盏，又东、西方向亮灯情况一致，南北方向亮灯情况一致，所以可用P1.0-P1.5六个I/O口对这12盏灯进行控制。其亮灭情况由定时器按照定时要求要求对六个I/O输入定时信号来控制。2、倒计时显示牌由74LS164驱动数码管电路3、在紧急状态下键盘的输入可由P3.2（外部中断）采用中断方式进行输入第二章 硬件设计一、交通灯的驱动基于完成以上任务分析，结合所学有关知识，尤其是本学期所学关于单片机的中断系统和定时/计数器的相关知识及应用，我们知道对于红、绿、黄四组各三盏灯的控制，可以通过把这十二盏灯分别接到单片机的六个输出引脚，若用P1口进行输出，则分配如下 AT89S51P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 L1 L2 L3 L4 L5 L6(东西红) （东西黄） （东西绿） (南北红) （南北黄） （南北绿） LED显示分布 图2.1 P1口接交通灯的发光二极管其控制电路二、LED数码显示牌的驱动74HC164、74HCT164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。门控串行数据输入 · 异步中央复位 · 符合 JEDEC 标准 no. 7A · 静电放电 (ESD) 保护： ·HBM EIA/JESD22-A114-B 超过 2000 V ·MM EIA/JESD22-A115-A 超过 200 V 。 · 多种封装形式 · 额定从 -40 °C 至 +85 °C 和 -40 °C 至 +125 °C 。 功能图 图 2-2 逻辑符号 图 2-3 IEC 逻辑符号 图 2-4 功能图引脚信息图 2-5 DIP14、SO14、SSOP14 和 TSSOP14 封装的引脚配置引脚说明  符号 引脚 说明 DSA 1 数据输入 DSB 2 数据输入 Q0Q3 36 输出 GND7  地 (0 V) CP 8 时钟输入（低电平到高电平边沿触发） /M/R 9 中央复位输入（低电平有效）Q4Q71013输出VCC14正电源图 2-6 接线图三、紧急停止电路（按键电路）P3.2 AT89S51当发生紧急状况需要停止时可通过设置紧急停止按键来使路口红灯亮起其工作方式为通过单片机的外部中断输入一信号是单片机调用中断程序来实现。所以选用外部中断0（即P3.2接口）作为中断的输入口 图2.-7 按键接线图四、时钟输入电路 3-2晶振模块原理图五、硬件原理框图： AT89C51时 钟 电 路 交 通 灯 LED 数码管振 荡 电 路第三章 软件设计思想及流程一 设计成序流程图： 开始初始化，置初值，设置工作方式东西绿灯亮，南北红灯亮东西黄灯亮，南北红灯亮东西红灯亮，南北绿灯亮东西红灯亮，南北黄灯亮调用显示程序，将时间送显示二主程序SECOND1 EQU 30H ;东西路口计时寄存器 SECOND2 EQU 31H ;南北路口计时寄存器 DBUF EQU 40H ;显示码缓冲1 TEMP EQU 44H ;显示码缓冲2 LED_G1 BIT P1.0 ;东西路口绿灯 LED_Y1 BIT P1.1 ;东西路口黄灯 LED_R1 BIT P1.2 ;东西路口红灯 LED_G2 BIT P1.3 ;南北路口绿灯 LED_Y2 BIT P1.4 ;南北路口黄灯 LED_R2 BIT P1.5 ;南北路口红灯 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: SETB EX0 ;设置外部中断0CLR EX1SETB EAMOV TMOD,#01H ;置T0工作方式1 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H CLR TF0 SETB TR0 ;启动T0 CLR A MOV P1,ALOOP: MOV R2,#20 ;置1s计数初值 MOV R3,#30 ;绿灯亮30S MOV SECOND1,#30 ;东西路口计时显示初值30s MOV SECOND2,#30 ;南北路口计时显示初值35s LCALL DISPLAY LCALL STATE1 ;调用状态1WAIT1:JNB TF0,WAIT1 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT1 ;判断1s到否？未到继续状态1 MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1 DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 ;状态1维持30s MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 MOV R3,#5 ;黄灯闪烁5s MOV R4,#4 ;闪烁间隔200ms MOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值5s MOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值5s LCALL DISPLAYWAIT2:LCALL STATE2 ;调用状态2 JNB TF0,WAIT2 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT2 ;判断200ms到否？未到继续状态2 CPL LED_Y1 ;东西黄灯闪烁 MOV R4,#4 ;闪烁200ms DJNZ R2,WAIT2 ;判断1s到否？未到继续状态2 MOV R2,#20 ;置50 ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1 DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT2 ;状态2维持5s MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 MOV R3,#30 ;绿灯亮30s MOV SECOND1,#30 ;东西路口计时显示初值35s MOV SECOND2,#30 ;南北路口计时显示初值30s LCALL DISPLAYWAIT3:LCALL STATE3 ;调用状态3 JNB TF0,WAIT3 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT3 ;判断1s到否？未到继续状态3 MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1 DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT3 ;状态4维持30s MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 MOV R4,#4 ;闪烁间隔200 ms MOV R3,#5 ;黄灯闪烁5s MOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值5s MOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值5s LCALL DISPLAYWAIT4:LCALL STATE4 ;调用状态4 JNB TF0,WAIT4 ;查询100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT4 ;判断200ms到否？未到继续状态4 CPL LED_Y2 ;南北黄灯闪烁 MOV R4,#4 ;闪烁200ms DJNZ R2,WAIT4 ;判断1s到否？未到继续状态4 MOV R2,#5 ;置100ms计数初值 DEC SECOND1 ; 东西路口显示时间减1 DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT4 ;状态5维持5s LJMP LOOP STATE1: ;状态1 SETB LED_G1 ; 东西路口绿灯亮 CLR LED_Y1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮 RET STATE2: ; 状态2 CLR LED_G1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮 RET STATE3: ;状态4 CLR LED_G1 CLR LED_Y1SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮SETB LED_G2 ;南北路口绿灯亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE4: ;状态4 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮 CLR LED_G2 CLR LED_R2 RET STATE5: ;状态5 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 ;四个路口红灯亮 CLR LED_G2 CLR LED_Y1 SETB LED_R2 RET DISPLAY: ;数码显示 MOV A,SECOND1 ;东西路口计时寄存器 MOV B,#10 DIV AB MOV DBUF+3,A MOV A,B MOV DBUF+2,A MOV A,SECOND2 ;南北路口计时寄存器 MOV B,#10 DIV AB MOV DBUF+1,A MOV A,B MOV DBUF,A MOV R0,#DBUF MOV R1,#TEMP MOV R7,#4 DP10:MOV DPTR,#LEDMAP MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R7,DP10 MOV R0,#TEMP MOV R1,#4 DP12:MOV R7,#8 MOV A,R0 DP13:RLC A MOV P3.0,c CLR P3.1 SETB P3.1 DJNZ R7,DP13 INC R0 DJNZ R1,DP12 RET LEDMAP:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H,88H DB 83H,0C6H,0A1H,8ORG 0003HLJMP INT0 ORG 0100HINT0：PUSH PSW ;紧急情况下的中断子程序 PUSH Acc LCALL STATE5 ;调用状态5 AJMP START