基于单片机的交通灯毕业设计.doc

第 1 页 共 22 页 摘要摘要 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 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 本系统采用单片机 AT89C52 为中心器件来设计交通 灯控制器 本设计是一个单片机控制交通灯系统设计 交通灯控制系统设计主要是利 用 AT89C52 制作并仿真 由此来加深我们对单片机的各种模块的理解和应用能力 本系统由单片机系统 键盘 LED 显示 交通灯演示系统组成 系统包括人行 道 左转 右转 以及基本的交通灯的功能 In recent years with the rapid development of science and technology the application of SCM is continuously to further traditional control test on new PE updates In real time detection and automatic control of single chip microcomputer application system is often used as a core component knowledge is not only the MCU still should according to specific hardware structure and the view of the specific application software the object characteristics The traffic lights traffic can effectively control relieves traffic flow to improve traffic capacity reduce the number of traffic accidents has obvious effect This system USES the monolithic AT89C52 as the center to design traffic controller This design is a single chip microcomputer control traffic system design Traffic control system is designed by AT89C52 production and simulation thus to deepen our understanding of the module of MCU and practical ability This system consists of SCM system keyboard LED display system traffic demonstration System including the sidewalk 第 2 页 共 22 页 left right and the basic function of the traffic lights 目目 录录 1 1 概述概述 4 1 1 单片机概述 4 1 2 交通灯的作用 5 1 3 交通灯课程设计的任务 52 系统总体设计方案及硬件设计 7 2 1 设计思路及关键技术 7 2 2 设计要求 7 2 3 系统框图 8 3 3 软件设计软件设计 11 3 1 交通灯控制程序 12 3 2 显示程序 12 3 3 时间中断程序 15 4 4 课程设计体会和总结课程设计体会和总结 23 参考文献参考文献 24 附一 源程序代码附一 源程序代码 25 附二 系统原理图附二 系统原理图 33 第 3 页 共 22 页 1 1 概述概述 1 1 单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支 也是颇具生命力的机种 单片机微型计算机简称单片机 特别适用于控制领域 故又称为微控制器 通常 单片机由单块集成电路芯片构成 内部包含有计算机的基本功能部 件 中央处理器 存储器和 I O 接口电路等 因此 单片机只需要和适当的软 件及外部设备相结合 便可成为一个单片机控制系统 单片机经过 3 代的发展 目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展 它 们的 CPU 功能在增强 内部资源在增多 引角的多功能化 以及低电压底功耗 单片机是控制系统的核心 具有本系统所需的 I O 口 数据存储器 程序存储 器等主要部分 LED 显示用于指示红 黄 绿交通信号灯的亮或灭 数码管用 于显示交通信号灯亮的剩余时间 时间设定用于设定红 黄 绿交通信号灯的 亮总时间 驱动电路是弥补 I O 口驱动能力的不足 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS 48 单片机 这个时期的单片机才是真正的 8 位单片微型计算机 并推向市场 它以体积小 功能全 价格低赢得了广泛 的应用 为单片机的发展奠定了基础 成为单片机发展史上重要的里程碑 在 MCS 48 的带领下 其后 各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片 机 象 Zilog 公司的 Z8 系列 到了 80 年代初 单片机已发展到了高性能阶段 象 INTEL 公司的 MCS 51 系列 Motorola 公司的 6801 和 6802 系列 Rokwell 公 司的 6501 及 6502 系列等等 此外 日本的著名电气公司 NEC 和 HITACHI 都相继 开发了具有自己特色的专用单片机 80 年代 世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机 约有几十个 第 4 页 共 22 页 系列 300 多个品种 此时的单片机均属于真正的单片化 大多集成了 CPU RAM ROM 数目繁多的 I O 接口 多种中断系统 甚至还有一些带 A D 转 换器的单片机 功能越来越强大 RAM 和 ROM 的容量也越来越大 寻址空间甚 至可达 64kB 可以说 单片机发展到了一个全新阶段 应用领域更广泛 许多 家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路 九十年代以后 单片机获得了飞速的发展 世界各大半导体公司相继开发 了功能更为强大的单片机 美国 Microchip 公司发布了一种完全不兼容 MCS 51 新一代 PIC 系列单片机 引起了业界的广泛关注 特别它的产品只有 33 条精简 指令集吸引了不少用户 使人们从 INTEL 的 111 条复杂指令集中走出来 PIC 单片机获得了快速的发展 在业界中占有一席之地 Rongsheng Net 容声网络 版权所有 1 2 交通灯的作用 随着社会经济的发展 城市交通问题越来越引起人们的关注 人 车 路三者关系的协调 已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一 城市交通 控制系统是用于城市交通数据监测 交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合 管理系统 它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分 随着城市机动车量的不断增加 许多大城市如北京 上海 南京等出现了 交通超负荷运行的情况 这些城市纷纷修建城市高速道路 在高速道路建设完 成的初期 它们也曾有效地改善了交通状况 然而 随着交通量的快速增长和 缺乏对高速道路的系统研究和控制 高速道路没有充分发挥出预期的作用 而 城市高速道路在构造上的特点 也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速 道路与普通道路耦合处交通状况的制约 所以 如何采用合适的控制方法 最 大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路 缓解主干道与匝道 城区同周边 地区的交通拥堵状况 越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主 要问题 当前 在世界范围内 一个以微电子技术 计算机和通信技术为先导的 以 信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾 而计算机技术怎样与实际应 用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题 也是当今计算机 应用中空前活跃的领域 本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智 能化的管理 用以控制过往车辆的正常运作 第 5 页 共 22 页 1 3 交通灯课程设计的任务 1 利用 AT89C51 单片机控制信号灯 2 结合实际情况 控制红黄绿灯交通灯的亮和灭 3 可以调节红 黄 绿交通灯的亮灭的时间 提高要求 1 采用 LED 数码管显示红 黄 绿灯的剩余时间 通过按键设定红 绿灯的时间 控制东西南北方向红 黄 绿灯的亮灭的时间 控制系统的原理图采用绘图软件绘制 2 2 系统总体设计方案及硬件设计系统总体设计方案及硬件设计 2 1 设计思路及关键技术 一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统 该系统有交通灯设置电 路 单片机 显示电路等构成 单片机是集成的 IC 芯片 只需根据实际设计要 求选型 其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计 基于单片机的交通灯的设计时要充分的认识以 3 个问题 1 因为本系统是交通灯控制系统 所以要先了解实际交通灯的变化规律 在每个入口处设置红 绿 黄三色信号灯 红灯亮禁止通行 绿灯亮允许通行 黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外 用红 绿 黄发光二极管作信 号灯 假设一个十字路口没有分主干道与支干道之分 初始状态 0 为南北绿灯 东西红灯 然后转状态 1 东西南北黄灯闪烁 过一段时间转状态 2 南北黄灯 闪几次转亮红灯 东西由黄灯闪几次转亮绿灯 再转状态 3 再一次东西南北 黄灯闪烁 过一段时间转状态 4 南北黄灯闪几次转亮绿灯 东西黄灯闪几次 转亮红灯灯 最后循环至状态 1 2 用 LED 数码管显示交通灯的剩余时间 由上面知 南北绿灯时间 东西 红灯时间 南北黄灯时间 东西黄灯时间 南北红灯时间 东西绿灯时间 所以 只需要设计南北的绿灯 黄灯 红灯时间即可 一下用其代替东西的绿灯 黄 灯 红灯时间 当南北绿灯亮时 LED 数码管显示绿灯剩余时间 南北黄灯闪 亮时 显示黄灯剩余时间 南北方向红灯时间亮时 显示红灯的剩余时间 第 6 页 共 22 页 2 2 设计要求 1 A 道和 B 道上均有车辆要求通过时 A B 道轮流放行 A 放行 5 分钟 调试时改成 5 秒钟 B 道上放行 4 分钟 调试时改成 4 秒钟 2 绿灯转换成红灯时黄灯亮一秒钟 3 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 4 有紧急车辆通过时 系统能禁止普通车辆通行 A B 道均为红灯 经 济车由 K2 开关模拟 2 3 系统框图 时 间 设 定 单 片 机 驱动 数码管显示 LED 单元 系统框图 2 4 硬件设计 1 交通灯信号控制电路 用 P1 口作信号输出端来控制 12 个灯的亮灭 因为单片机的驱动电流非常 小 为了使 LED 能够发光或者亮的更明显 用 1K 的上拉电阻组成驱动电路 南 北的绿灯 黄灯 红灯 东西的绿灯 黄灯 红灯 同时亮也同时灭 可以使 第 7 页 共 22 页 其串联或并联 如果并联是 5V 电压经过 1K 电阻后将被两个 LED 分流 每个只 有 2 5mA 如果是串联 5V 电压经过 1K 电阻后将有 5 mA 流经两个 LED 所以串 联时的 LED 的亮度将比并联时的大 硬件电路如下图所示 D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D D LE D R RE S2 R RE S2 R RE S2 R RE S2 R RE S2 R RE S2 5V P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 2 LED 动态显示器接口电路 由于南北的绿灯 黄灯 红灯时间相同 可用一个两位一体的共阴极数码 管显示相应的时间 同理东西的绿灯 黄灯 红灯时间一个两位一体的共阴极 数码管显示 所以可用一个四位一体的 LED 显示南北和东西的时间 单片机的 驱动电流非常小 采用 74LS245 同相三态缓冲器器作驱动电路 为了减少硬件 开支采用动态显示电路 P0 口输出字型码 P1 口的前四位 P2 0 P2 3 作位选端 硬件电路如下图所示 第 8 页 共 22 页 A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E 19 DIR 1 74L S245 a bf c g d e 1 a f dp a bf c g d e 2 3 b dp a bf c g d e 4 dp a bf c g d e e d dp c g dp LE D GN D P0 7 P0 6 P0 5 P0 4 P0 3 P0 2 P0 1 P0 0 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 3 开关电路 设置绿灯 黄灯 红灯时间和处理紧急情况 可以通过两个外部中断共同 完成 也可以通过 I O 口用查询方式实现 这里用四个按键连接 P2 口的后四个 口 连接 P2 4 P2 6 的按键分别控制绿灯 黄灯 红灯的初始时间的设定 每 按一下其值加一并显示设置后的时间和点亮数秒设置的灯 为分辨设置的是哪 一灯的时间 连接 P2 7 口的按键按一下东西南北都亮红灯表示有紧急情况发 生 当紧急情况处理完后再按一下就会恢复正常 硬件电路如下图所示 S SW PB S SW PB R RE S2 R RE S2 R RE S2 R RE S2 S SW PB S SW PB GN D GN D P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 3 3 软件设计软件设计 程序首先要完成交通灯四个状态的依次循环 并且显示每个状态的剩余时 第 9 页 共 22 页 间 对时间的计算要用到定时程序即每到一秒对正在运行状态的剩余时间减一 当从新设定绿灯 黄灯 红灯的时间初始值或要处理紧急情况时要通过外部按 键实现 从而要有相应的按键处理程序 所以可以将程序分成交通灯控制程序 显示程序 时间中断程序 按键程序 以下是程序的总体流程图 南北红灯亮 东西绿灯亮 东西南北 黄灯亮 显示时间 黄灯剩余时 间是否为零 显示时间 红灯剩余时 间是否为零 给黄灯时间 赋值 给红灯时间 赋值Y Y YNN N 结束 给绿灯时间 赋值 绿灯剩余时 间是否为零 是否有键按 下 处理 程 序 是否有键按 下 处理 程 序 是否有键按 下 处理 程 序N YY Y N N 南北绿灯亮 东西红灯亮 开始 显示时间 3 1 交通灯控制程序 首先如何使东西南北 12 个灯按照设计时想的依次循环 4 个状态 P1 7 P1 2 依次连接南北的绿灯 黄灯 红灯 东西的绿灯 黄灯 红灯如图 2 1 所以 4 种状态依次为 10010000B 第 10 页 共 22 页 01001000B 00100100B 01001000B 10010000B 由状态分析可知当交通灯的 剩余时间显示完以后先向右移两位 再向左移两位 为了使其能够左移两位 所以设置 38H 单元的内容为奇数时左移 38H 初始值为 00 相应的程序为 START2 CJNE R1 00 LEFT MOV R3 01 MOV A R4 JB Acc 2 LEFT RR A MOV R4 A AJMP START1 LEFT INC 38H MOV A 38H MOV B 2 DIV AB MOV R1 B MOV R3 01 MOV A R4 JB ACC 7 START2 RL A MOV R4 A 3 2 显示程序 为了减少硬件开销 按照所发的器件 我们的显示程序采用动态显示 P0 P3 口送位选地址 P0 口送字型码 共阴极 显示的是正在亮的灯的剩余 时间 所以先判断哪个灯亮 再把相应的剩余时间的 BCD 码送到显存里 40H 43H 然后扫描显存 P2 P3 口扫描对应的数码管位选端 将正在亮的 交通灯的剩余时间显示出来 程序流程图为 第 11 页 共 22 页 显示 判断现在那一灯亮 绿灯亮黄灯闪亮红灯亮 显示绿灯时间显示绿灯时间显示绿灯时间 动态显示 返 回 相应的程序为 DISPLAYBCD1 MOV A R4 判断正在亮的是那一灯 JNB ACC 7 YELLOW MOV A 30H LCALL DIV1 LJMP DISPLAYBCD2 YELLOW JNB ACC 6 RED MOV A 31H ACALL DIV1 LJMP DISPLAY RED JNB ACC 5 START MOV A 32H ACALL DIV1 AJMP DISPLAY DISPLAYBCD2 第 12 页 共 22 页 FLASH MOV A R4 如果是黄灯执行闪烁程序 JNB ACC 6 DISPLAY1 MOV P1 R4 HERE1 DJNZ R6 HERE1 MOV R6 0FFH HERE3 DJNZ R6 HERE3 MOV R6 0FFH MOV P1 00 HERE2 DJNZ R6 HERE2 MOV R6 60 DISPLAY1 MOV A R3 判断剩余时间是否显示完 JZ FNAHUI 89C52 的 JZ 指令不能直接 AJMP CONTINUE 跳转到 START2 用间接跳 转 FNAHUI LJMP START2 CONTINUE MOV P1 R4 MOV R5 0FEH 显示程序 MOV R0 40H DISPLAY MOV P2 R5 MOV A R0 MOV DPTR TAB MOVC A A DPTR MOV P0 A HERE DJNZ R6 HERE MOV R6 0FFH HERE4 DJNZ R6 HERE4 MOV R6 0FFH MOV A R5 JNB ACC 3 FNAHUI1 LJMP CONTINUE1 第 13 页 共 22 页 FNAHUI1 LJMP DISPLAYBCD2 CONTINUE1 RL A MOV R5 A INC R0 LJMP DISPLAY RET 3 3 时间中断程序 对绿灯 黄灯 红灯剩余时间的处理通过定时中断来处理 设置定时器初 始值 MOV TH1 03CH MOV TL1 0B0H 每 50ms 产生一次中断 循环 20 次后即 一秒后再处理中断程序 对当前正在亮着的灯的缓存单元的值减一然后返回 当减到零时付初值 使 R3 为 00 返回 当主程序检查到 R3 为零时会转换到下一 个状态 程序流程图为 第 14 页 共 22 页 时间中断 是否到一秒 判断当前哪 一灯亮 绿灯时间减 1黄灯时间减 1红灯时间减 1 绿灯剩余时 间是否为零 黄灯剩余时 间是否为零 红灯剩余时 间是否为零 给绿灯时间 赋值 给黄灯时间 赋值 给红灯时间 赋值 中断返回 YYY NNN 绿 黄红 相应的程序为 TIME PUSH ACC PUSH PSW MOV TH1 03CH 时间中断 MOV TL1 0B0H DJNZ R2 POPO1 MOV R2 20 JUDGE PUSH ACC 判断当前是那一灯亮 MOV A R4 JNB ACC 7 J2 第 15 页 共 22 页 DEC 30H 绿灯 MOV A 30H LCALL DIV1 MOV R3 30H CJNE R3 00 POPO MOV 30H 50H POP ACC RET J2 JNB ACC 6 J3 DEC 31H MOV A 31H 黄灯 LCALL DIV1 MOV R3 31H CJNE R3 00 POPO MOV 31H 51H POP ACC RET J3 JNB ACC 5 popo DEC 32H 红灯 MOV A 32H LCALL DIV1 MOV R3 32H CJNE R3 00 POPO MOV 32H 52H POPO POP ACC RETI POPO1 POP PSW POP ACC RETI 第 16 页 共 22 页 4 4 系统仿真系统仿真 4 4 课程设计体会和总结课程设计体会和总结 通过这次的对交通灯的设计 使我对用单片机设计电路有了更深刻的理解 和掌握 更好的了解和掌握了一些编程思想和对 I O 口的使用 这次实训通过 一个单片机的 I O 口来控制交通灯 由于使用的是单片机 AT89C52 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和扩展 在编程的过程中主要是是模仿其它的编程思路 又 加了一些自己的思想 还是比较顺利的 X1 CRYSTAL R1 1k6 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U3 AT89C52 R3 1k6R4 1k6 C1 1nF C2 1nF A0 2 B0 18 A1 3 B1 17 A2 4 B2 16 A3 5 B3 15 A4 6 B4 14 A5 7 B5 13 A6 8 B6 12 A7 9 B7 11 CE 19 AB BA 1 U1 74LS245 R2 1k6 C3 1nF R10 1k6 R9 1k6 D1 LED RED D2 LED RED D3 LED RED D4 LED RED D5 LED GREEN D7 LED GREEN D8 LED GREEN D9 LED YELLOW D10 LED YELLOW D11 LED YELLOW D12 LED YELLOW D13 LED GREEN 第 17 页 共 22 页 在我们设计和调试的过程中在这次交通灯设计中 我感触最深的就是电路 焊接的困难 原本简单明了的设计在焊接过程之中却会出现很多莫明其妙的错 误 以至于最后不得不重新设计一个更为简单的系统来完成任务 这让我了解 到制作与设计之间的差距 制作过程中远不可能达到设计所需要的完美条件 今后我会更加重视动手能力的培养 只有把理论与实践结合起来 才能取得更 大的收获 本系统结构简单 操作方便 可现自动控制 具有一定 的智能性 对优化城市交通具有一定的意义 本设计将各任务进行细分包装 使各任务保持相对独立 能有效改善程序 结构 便于模块化处理 使程序的可读性 可维护性和可移植性都得到进一步 的提高 参考文献参考文献 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 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 3 李广弟 单片机基础 北京 北京航空航天大学出版社 1992 4 谭浩强 单片机课程设计 京 清华大学出版社 1989 5 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 6 余发山 单片机原理及应用技术 中国矿业大学出版社 2003 第 18 页 共 22 页 附一 源程序代码附一 源程序代码 控制程序 START2 CJNE R1 00 LEFT MOV R3 01 MOV A R4 JB Acc 2 LEFT RR A MOV R4 A AJMP START1 LEFT INC 38H MOV A 38H MOV B 2 DIV AB MOV R1 B MOV R3 01 MOV A R4 JB ACC 7 START2 RL A MOV R4 A 显示程序 DISPLAYBCD1 MOV A R4 判断正在亮的是那一灯 JNB ACC 7 YELLOW MOV A 30H LCALL DIV1 LJMP DISPLAYBCD2 YELLOW JNB ACC 6 RED MOV A 31H 第 19 页 共 22 页 ACALL DIV1 LJMP DISPLAY RED JNB ACC 5 START MOV A 32H ACALL DIV1 AJMP DISPLAY DISPLAYBCD2 FLASH MOV A R4 如果是黄灯执行闪烁程序 JNB ACC 6 DISPLAY1 MOV P1 R4 HERE1 DJNZ R6 HERE1 MOV R6 0FFH HERE3 DJNZ R6 HERE3 MOV R6 0FFH MOV P1 00 HERE2 DJNZ R6 HERE2 MOV R6 60 DISPLAY1 MOV A R3 判断剩余时间是否显示完 JZ FNAHUI 89C52 的 JZ 指令不能直接 AJMP CONTINUE 跳转到 START2 用间接跳 转 FNAHUI LJMP START2 CONTINUE MOV P1 R4 MOV R5 0FEH 显示程序 MOV R0 40H DISPLAY MOV P2 R5 MOV A R0 MOV DPTR TAB MOVC A A DPTR 第 20 页 共 22 页 MOV P0 A HERE DJNZ R6 HERE MOV R6 0FFH HERE4 DJNZ R6 HERE4 MOV R6 0FFH MOV A R5 JNB ACC 3 FNAHUI1 LJMP CONTINUE1 FNAHUI1 LJMP DISPLAYBCD2 CONTINUE1 RL A MOV R5 A INC R0