单片机课程设计交通灯.doc

摘 要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。随着经济的高速发展，各种交通工具都迅速发展。所以交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。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。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多场合的应用，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉，其易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠的工作等特点。特别是它强大的面向控制能力，使它在工业控制领域，智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展强、实用性高。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。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、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。本系统采用单片机C语言编写，主要编写了主程序，LED数码管显示程序等。总体上完成了软件的编写。关键词：交通灯，控制，AT89C51，倒计时显示目 录摘 要I目 录II第1章 绪 论1第2章 设计内容22.1设计目的22.2设计要求22.3设计思想22.4实现功能2第3章 系统设计方案43.1十字路口的交通灯分布示意图43.2 LED灯显示原理43.3系统硬件接线图5第4章 软件系统设计64.1状态地址分配64.2延时程序模块的设计64.3程序流程图7第5章 软件仿真8第六章 心得体会10参考文献13附 录14系统程序：14实验元器件：15第1章 绪 论从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。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。由于近年来各大城市交通事故的增多、在交通事故中伤亡人员不断增加，解决交通事故成了广大人民和大众关注的焦点，所以我特意选择了交通信号灯课程设计。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。交通信号灯在大多数城市得到了广泛的应用。传统的交通信号灯控制一般采用了电子线路和继电器控制，结构复杂，可靠性低，故障率高。本次设计是基于AT89C51单片机的交通灯控制系统，东西南北的通行时间可调，倒计时显示通行时间灯功能，该系统具有设计周期短、可靠性高、维护方便、使用简单等优点。第2章 设计内容2.1设计目的（1）掌握交通灯的控制原理，并能运用C语言编写程序，对所学的知识进一步深入了解。（2）为解决近年来各大城市交通事故的增多、在交通事故中伤亡人员不断增加问题，并且疏导交通流量、提高道路通行能力，设计一款实用性高、操作简单的交通灯。（3）通过交通灯模拟系统的设计可以进一步认识单片机在控制系统中的重要性。在完成理论学习和必要的实验后，掌握了单片机的基本原理和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，所以进行一次课程设计。2.2设计要求设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用LED灯显示倒计时间，并通过单片机P1口控制交通灯（红黄绿三色LCD）的替换。2.3设计思想在该交通灯控制系统中，东西南北四个方向各有红黄绿三种颜色的指示灯各一盏，共计12盏指示灯，用以来指挥车辆和行人安全通行。当红色指示灯亮的时候表示禁止该方向的车辆和行人通行，当绿色指示灯亮的时候表示允许该方向的车辆和行人通行，当黄色指示灯亮的时候提示人们红、绿灯的状态即将切换。并且黄灯燃亮时为东西南北两干道的公共停车时间。为了达到上述设计要求，可以用一片AT89C51单片机实现。用AT89C51的P0口(P1.0P1.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯；用LED灯显示倒计时间。具体设计思路如下：收集并整理资料，硬件设计，软件设计，Proteus仿真，设计体会与总结。2.4实现功能功能如下：1）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37秒、支干道每次通行间为37秒，时间可设置修改。2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮3秒钟，才能变换运行车道；3）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（采用倒计时的方法）。4）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。 5）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K0K1 开关模拟。 第3章 系统设计方案3.1十字路口的交通灯分布示意图十字路口的交通灯分布示意图如图3-1所示，将这12个交通灯进行编号。图3-1 十字路口交通灯分布示意图这12个交通灯共有四个状态：状态1（S1）：南北绿灯（3、9）亮，东西红灯（4、10）亮状态2（S2）：南北黄灯（2、8）亮，东西仍为红灯（4、10）亮状态3（S3）：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮状态4（S4）：东西黄灯（5、11）亮，南北仍为红灯（1、7）亮3.2 LED灯显示原理LED显示的特点是每个数码管必须接一个7位锁存器用来锁存待显示的字型码。送入一次字型码显示自行一直保持，直到送入新字型码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。交通灯用以实现对主支路的控制，红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”，黄灯是警告信号。南北通行，东西禁止时利用定时器中断倒计时37S；东西通行，南北禁止时利用定时器中断倒计时37S。中间黄灯各3秒。3.3系统硬件接线图图3-2硬件接线图第4章 软件系统设计4.1状态地址分配状态地址分配如表4-1所示：表4-1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7灯闪亮情况10000111南北绿东西红01000111南北黄东西红00110011南北红东西绿00101011南北红东西黄LED显示器中发光二极管采用共阴极接法时，其十六进制数的字形代码见表4-2所示：表4-2 十六进制数字型代码表字型共阴极代码字型共阴极代码03FH67DH106H707H25BH87FH34FH96FH466H56DH4.2延时程序模块的设计 延迟程序块是要生成一定的是时间延时，这在数码管显示模块中会用到延迟程序，以满足倒计时的效果。程序如下：void delayms(unsigned int ms)unsigned char i;while(ms-)for(i=0;i<=120;i+);4.3程序流程图初始化YYN南北绿东西红T<3sT<3s南北绿东西红T<37s南北黄东西红NY南北红东西绿南北黄东西绿T<37sNNY第5章 软件仿真在Proteus软件仿真之前必须在Proteus里面画出硬件的外部接线图，接下来装入程序，然后组建生成HEX文件，接下来就可以运行仿真了。其初始状态时的图形如图5-1所示南北方向亮绿灯37秒，东西方向亮红灯：图5-1南北通行东西停止如下所示南北方向亮黄灯3秒，东西方向亮红灯：图5-2南北黄灯东西红灯如下所示东西方向亮绿灯37秒，南北方向亮红灯：图5-3东西通行南北停止如下所示东西方向黄红灯33秒，南北方向亮红灯：图5-4东西黄南北红灯 第六章 心得体会经过一周的单片机课程设计，经历了很多也学会了很多。本次做的是关于交通灯系统的设计，虽说交通灯在我们日常生活中很普遍的存在，我们对它似乎也很熟悉，但是等到做这个课设的时候，我才发现其实不是这样的。刚开始实在不知道从何下手，通过认真查阅资料，整个设计就开始有了头绪。在设计过程中，会出现了一些问题，但都是常见的小问题，如：代码中双引号的使用并不是在英语书写状态下，输入字母出错等，在调试时出现异常，不过这些都是经常性错误，经过调试修改都一一解决，程序顺利完成，并实现了其功能。综合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。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交流后都得以一一解决。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。在此次课程设计过程中，我把单片机的理论知识用于实践中，使理论与实践相结合，使我的理论知识的到了巩固，在查资料翻阅资料的过程中也丰富了我的知识跟阅历。两周的单片机课程设计收获到了很多，从一开始的什么都不懂，到后来了解其中的原理。失败了无数次，但也在失败中总结了很多经验，尤其是在无数次失败后得到成功后的喜悦感与成就感是无可代替的。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。再次感 谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。 虽然设计仿真调试的过程很艰辛，但结果还是好的，看到仿真结果出来，看到交通灯的循环闪烁，心情顿时好起来，调试过程讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力,对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。致 谢回顾起此次单片机课程设计，让我感慨很多，从选题到定稿，从理论到实践，在这段的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多书本上所没有学到过的知识。在课程设计的研究及整理期间，导师给了我很大的支持和鼓励，才使得论文得以顺利的完成，在此谨向导师表示忠心的感谢和崇高的敬意。为了这次课程设计老师付出了很多，老师们不辞辛苦地为我们解决课程设计所遇到的问题，还有同学们的热心帮助使我顺利的完成了这次课程设计，在此感谢老师和同学们的帮助。参考文献1 蔡美琴等-2版.MCS-51系列单片机系统及其应用.北京：高等教育出版社，2004.1-42 张毅刚，刘杰. MCS-51系列单片机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.256-2703 蔡美琴，张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用.北京：高等教育出版社，1992.68-964 陈宁，单片机技术项目教程. 南京：南京东南大学出版社,2008-45李晓林等，单片机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2010-12附 录系统程序：#include<reg51.h>sbit p10=P10;sbit p11=P11;sbit p12=P12;sbit p13=P13;sbit p14=P14;sbit p15=P15;sbit p00=P00;sbit p01=P01;sbit p02=P02;unsigned char Tab_seg10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void delayms(unsigned int ms)unsigned char i;while(ms-)for(i=0;i<=120;i+);main() unsigned char i;EA=1;ET0=1;TR0=1;TMOD=0x01;while(1)for(i=37;i>0;i-) P2=Tab_segi/10; P3=Tab_segi%10;p10=1;p11=0;p12=0;p13=0;p14=0;p15=1; delayms(1000);for(i=3;i>0;i-) P2=Tab_segi/10; P3=Tab_segi%10;p10=0;p11=1;p12=0;p13=0;p14=0;p15=1; delayms(1000);for(i=37;i>0;i-) P2=Tab_segi/10; P3=Tab_segi%10;p10=0;p11=0;p12=1;p13=1;p14=0;p15=0; delayms(1000); for(i=3;i>0;i-) P2=Tab_segi/10; P3=Tab_segi%10;p10=0;p11=0;p12=1;p13=0;p14=1;p15=0; delayms(1000); void zhongduan() interrupt 1 if(p00=0)delayms(50); if(p00=0) p10=0,p11=0,p12=1；p13=1,p14=0,p15=0;delayms(50); elseif(p01=0) delayms(50); if(p01=0) p10=1,p11=0,p12=0；p13=0,p14=0,p15=1; delayms(50);实验元器件：（1） AT89C51（2） 共阴7段LED数码管（3） 上拉电阻RP1（4） 交通显示灯（5） 按钮（6） 导线（7） 5V电源