简易交通灯课程设计

1 银川能源学院 单片微机原理与接口技术 课程设计报 告 题 目 简易交通灯 班 级 电力 1202 班 姓 名 张玉龙 何刚 指导教师 汤 燕 日 期 2015 年 5 月 26 日 2 摘要 3 引言 3 一 设计目的与内容 3 1 1 设计目的 3 1 2 设计内容 4 二 配置与简介 4 2 1 配置 4 2 2 AT89C51 单片机简介 4 三 示意图 分析论证 流程图 6 3 1 交通灯分布示意图 6 3 2 分析论证 6 3 3 流程图 7 四 最小系统 7 五 proteus 软件仿真 8 六 心得体会 11 七 参考文献 12 3 摘要摘要 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 这次课程设计采用单片机 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 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 这次设计系统由单片机 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 关键词 交通灯 关键词 交通灯 AT89C51 单片机 单片机 proteus 软件仿真软件仿真 引言引言 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 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 一 设计目的与内容一 设计目的与内容 1 1 设计目的设计目的 1 加强对单片机和汇编语言的认识 充分掌握和理解设计各部分的工作原理 设计过程 选择芯片器件 模块化编程等多项知识 2 用单片机模拟实现具体应用 使个人设计能够真正使用 3 把理论知识与实践相结合 充分发挥个人能力 并在实践中锻炼 4 提高利用已学知识分析和解决问题的能力 5 提高实践动手能力 4 1 2 设计内容设计内容 通过 AT89C51 单片机 按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向 初始 状态为状态 1 南北方向绿灯通车 东西方向红灯 经过过一段时间 25S 转 换状态 2 南北方向绿灯闪几次转亮黄灯 延时 5S 东西方向仍然红灯 再转 换到状态 3 东西方向绿灯通车 南北方向红灯 过一段时间 25S 转换到状 态 4 东西方向绿灯闪几次转亮黄等 延时 5S 南北方向仍然红灯 最后循环 至南北绿灯 东西红灯 在这些状态下 有时钟倒数计时 2 配置与简介配置与简介 2 1 配置配置 AT89C51 芯片 一个 TRAFFIC LIGHTS 灯 四个 CAP 电容 三个 CRYSTALAL 晶振 一个 RES 电阻 一个 BUTTON 开关 一个 7SEG MPX2 CC 数码管 一个 RESPACK 8 一个 电源 一个 接地 一个 2 2 AT89C51 单片机简介单片机简介 5 单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类 电源 时钟 控制和 I O 引脚 2 2 1 电源 VCC 芯片电源 接 5V VSS 接地端 2 2 2 时钟 XTAL1 XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端 2 2 3 控制线 控制线共有 4 根 ALE PROG 地址锁存允许 片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能 用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能 片内有 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 此引脚输 入编程脉冲 PSEN 外 ROM 读选通信号 RST VPD 复位 备用电源 RST Reset 功能 复位信号输入端 VPD 功能 在 Vcc 掉电情况下 接备用电源 EA Vpp 内外 EA Vpp 内外 ROM 选择 片内 EPROM 编程电源 EA 功能 内外 ROM 选择端 Vpp 功能 片内有 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 施加编程电 6 源 Vpp 2 2 4 I O 线 89C51 共有 4 个 8 位并行 I O 端口 P0 P1 P2 P3 口 共 32 个引脚 P3 口还具有第二功能 用于特殊信号输入输出和控制信号 属控制总线 三 示意图 三 示意图 分析论证 流程图分析论证 流程图 3 1 交通灯分布示意图交通灯分布示意图 交通灯分布示意图如图所示 这 12 个交通灯共有四个状态 状态 1 东西红灯亮 南北绿灯亮 状态 2 南北黄灯亮 东西仍为红灯亮 状态 3 南北红灯亮 东西绿灯亮 状态 4 东西黄灯亮 南北仍为红灯亮 3 2 分析论证分析论证 单片机控制交通灯的软件设计是采用顺序执行并反复循环的方法 其中数 码显示电路运用动态显示的方法 并采用延时的方法来定时通行时间 由于整 个设计是在 AT89C51 单片开发机上进行的 所以用 LED 来代替交通灯 需要 低电平 0 来驱动点亮 在实际应用电路中 应使 P1 口输出高电平 1 来驱 7 动继电器导通 从而使 220V 的交通灯点亮 可以通过修改发光二极管 LED 的 程序实现 用 AT89C51 的 P0 口连接数码管的 a b c d e f g 用 P2 口的 6 7 位连接码管的选择端用于时间的分时输出 用 P2 口的第 0 5 位控制六个灯的 亮灭 当输出位为 0 时灯被点亮 P3 口的第三位连接开关 单片机启动时 显 示交通灯 开关第一次合上时 当单片机检测到有中断时 将交通灯转换为彩 灯 第二次合上开关 当单片机检测到有中断时 又将彩灯转换为交通灯 3 3 流程图流程图 开始 东西红灯亮 南北绿灯亮 南北黄灯亮 东西仍为红灯亮 南北红灯亮 东西绿灯亮 东西黄灯亮 南北仍为红灯亮 四 最小系统四 最小系统 最小系统简介 单片机最小系统以 89C51 为核心 外加时钟和复位电路 电路结构简单 抗干 扰能力强 成本相对较低 非常符合本设计的所有要求 89C51 单片机系列是 MCS 51 系列的基础上发展起来的 是当前 8 位单片机的典型代表 采用 CHMOS 工艺 即互补金属氧化物的 HMOS 工艺 CHMOS 是 CMOS 和 HMOS 的结合 具 有 HMOS 高速度和高密度的特点 还具有 CMOS 低功耗的特点 交通灯电路在单片机的外部通过 XTAL1 XTAL2 这两个引脚跨接晶体振荡 8 器和微调电容 构成稳定的自激振荡器 本系统采用的为 12MHz 的晶振 一个机器 周期为 1us C2 C3 为 30pF 复位电路分为上电自动复位和按键手动复位 RST 引脚是复位信号的输入端 复位信号是高电平有效 上电自动复位通过电容 C1 和电阻 R4 来实现 按键手动 复位是图中复位键来实现的 最小系统如下图 五 五 proteus 软件仿真软件仿真 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 时的图形如图所示 5 1 初始状态图 9 5 2 在初始状态南北绿灯 东西红灯 持续时间为 25s 5 3 南北跳转到黄灯 5s 东西仍为红灯 10 5 3 在南北转换为红灯的同时 东西灯转换到绿灯持续 25s 5 4 东西转换为黄灯持续 5s 南北红灯不变 11 然后南北绿灯 东西红灯 如此循环 从而实现交通灯的作用 六 心得体会六 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 首先 对要设计的系统有个整体的思路 接下来画流程图这样可以对系统 有个总体的认识 画完流程图就到了编写程序 在编写程序的时候才发现自己 对汇编语言还需要进一步的学习和巩固 经过反复的修改终于踏入了第三步 画硬件的外部接线图 在画图的时候必须了解 AT89C51 芯片中各如个引脚的功 能 学会怎么样去使用 AT89C51 这个可编程并行接口芯片 怎样去锁存地址等 等 在上学期理论学习的基础上 又下了一次苦功夫 对如何设计一个系统有 了进一步的了解 巩固了以前所学过的知识 而且学到了很多在书本上所没有 学到过的知识 认识了从未接触过的 Proteus 单片机仿真软件 并能用它仿真处 正确的结果 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只 有理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论 中得出结论 才能真正为社会服务 从而提高自己的实际动手能力和独立思考 的能力 在设计的过程中遇到问题 可以说得是困难重重 这毕竟第一次做的 难免会遇到过各种各样的问题 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 单片机作为我们的主要专业课之一 虽然在大三开学初我对这门课并没有 12 什么兴趣 觉得那些程序枯燥乏味 但在这次课程设计后我发现自己在一点一 滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加 这次单片机课程设计我们虽然只有 短短一星期 但是经过这个星期的实践和坚持不懈 我还是克服了种种困难 最终完成了交通灯的单片机控制系统 现在想来 觉得学校安排的课程设计有 着它更深层的意义 通过课程设计让我们综合了学过的理论知识来运用到设 计和创新之中 增强了自己的动手和实践能力 提高了自己独立思考的能力 为将来继续学习和工作打下了基础 七 参考文献七