单片机课程设计交通灯设计

1、中南科技大学课程设计(论文)题 目 名 称 基于单片机的交通灯设计 课 程 名 称 单片机原理及在电气测控学科中的应用 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气测控类指 导 教 师 2011年6月17日18电气工程学院课程设计（论文）任务书年级专业09电气测控学生姓名 学 号 题目名称基于单片机的交通灯设计设计时间2011年6月7日2011年6月17日课程名称单片机原理及在电气测控学科中的应用课程编号121200105设计地点数字控制与PLC实验室（305）一、 课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。单片机课程设计，要求学生更多的完成软硬结

2、合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象。单片机课程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程“电子技术基础”、“单片机原理及应用”的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作,掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。二、 已知技术参数和条件1、89C51系列单片机，LED数码管等；2、KEIL 软件；Wave软件；Proteus仿真软件；3、THKSCM-1型单片机实验系统。三、 任务要求1、设计一款十字路口交通灯，参见实物效果图；2、带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮红灯

3、；3、夜间运行模式，按下时，所有方向黄灯闪烁；4、可修改红绿灯等待间隔时间；5、实现倒计时功能；6、自己创新功能。注：1此表由指导教师填写，经 教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、单片机课程设计指导，北京航空航天大学出版社，楼然苗等 2007年7月2、单片机实验与实践教程，北京航空航天大学出版社，何立民等 2004年7月3、童诗白，模拟电子技术基础【M】。北京高等教育出版社，20014、THKSCM-1型单片机试验系统实验指导书，KELL软件，WAVE软件5、数字控制与PLC实验室THK

4、SCM-1型单片机实验系统。五、进度安排2011年6月7日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2011年6月7日-8日：总体方案设计2011年6月9日-10日：硬件电路设计2011年6月11日-12日：软件设计2011年6月13日-15日：系统调试改进2011年6月16日：整理书写设计说明书2011年6月17日：答辩并考核六、教研室审批意见 教研室主任（签名）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签名）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：电气工程学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 别 专业班级 09电本一班 题目名称 基于单片机的交通灯设计

5、课程名称 单片机原理及在电气测控学科中的应用一、学生自我总结在两周时间的课程设计时间里，但我们小组齐心协力，分工与合作并进，有条不紊的完成了本次任务。也做出了实物。但是任何事情都不可能十全十美，我们的成果也有很多不足，在最后验收的时候没能调试成功。当然，通过本次课程设计，我还是收获了很多，知道了实践和理论是相差很远的，唯有在学习中加以实践，方能干好一件事情，因为社会需要的是实践型人才。因此在今后的学习中我会坚持理论与实践并重。相信这次课程设计会是我的一次宝贵的实践经验。 学生签名： 2011 年6 月17 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语

6、： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要交通灯安装在各个路口上，成为疏导交通工具的有效手段，单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适用于控制领域，故又被称为微控制器，对基于单片机的交通灯控制系统进行了设计。本次课程设计中硬件设计我们采用采用单片机89C51，用P1口设置红灯黄灯，绿灯的控制，用P0口控制数码显示管的十位数字，用P2口控制数码显示管的个位数字，P3口作为特殊功能键用途。单片机系统采用直流5V供电，系统功能为：以89C51系

7、列单片机为控制核心，设计并制作交通控制系统，东西南北四个方向具有直行通行指示灯。在对系统分析的基础上，我们采用了性能比较优异的LED动态循环先是方案进行设计。设计包括硬件和软件两大部分。硬件部分包括单片机时钟电路，时间显示，交通灯显示。时间显示采用两位七段数码显示管。软件采用了模块化的设计方法，主要分为主程序，定时中断，中断服务子程序，倒计时显示子程序，交通灯模拟显示子程序四部分。关键词：单片机；交通灯；控制目录摘要 11 设计原理和目的 11.1 设计原理 11.2 设计目的 22 硬件电路设计 32.1 器件简介 32.2硬件电路分析 32.3 硬件电路设计 43 软件设计 63.1主程序

8、设计 63.2 程序代码 74 仿真调试 114.1 Proteus简介14.仿真调试 115 心得体会 16参考文献 171 设计原理和目的1.1 设计原理（1） 实际交通灯的变化规律实际交通灯分为东南西北四个方向以及左转右转，本次课程设计我们涉及的是简易交通灯，不包含左转右转，只包括东西直行和南北直行，原理较为简单，图1.1是十字楼口的模拟图。图1.1 十字路口假设一个十字路口如上图所以，为东南西南北向；初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转状态；东西红灯亮，南北绿灯亮通行。过一段时间后，转状态。东西红灯灭，南北绿灯灭，黄灯亮。再转状态；东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后转状态；东西绿灯

9、灭南北红灯灭，黄灯亮。一段时间后，又循环至状态1。中间可通过中断按钮产生中断，跳入中断程序执行中断。（2） 交通信号灯的状态 下表即为交通灯的状态表，高电平有效，1表示灯亮，0表示灯灭。总共包含初始化全为红灯亮，两次全为黄灯的间隔时间，以及东西绿灯南北红灯和南北红灯东西绿灯四种状态情况。首先是初始状态全为红灯；然后依次是南北绿灯亮，黄灯全亮，东西绿灯亮，黄灯全亮，然后照此循环。表1.1 交通灯信号状态表状态北西南东绿 黄 红绿 黄 红绿 黄 红绿 黄 红00 0 10 0 10 0 10 0 111 0 00 0 11 0 00 0 120 1 00 1 00 1 00 1 030 0 11

10、0 00 0 11 0 040 1 00 1 00 1 00 1 0注：1代表灯亮，0代表灯灭（3）单片机接口分析：对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。1.2 设计目的（1）设计目的通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。训练我们综合运用已学课程“电子技术基础”，“单片机原理及其在测控学科中的应用”的基本知识，独立进行单片机应用的技术可开发工作，掌握单片机程序设计，调试和应用电路设计，分

11、析及调试检测。通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器及中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。（2）设计任务设计一款十字路口交通灯，参见实物效果图；带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮红灯；夜间运行模式，按下时，所有方向黄灯闪烁；可修改红绿灯等待间隔时间；实现倒计时功能。2 硬件电路设计2.1 器件简介（1） 89C51单片机单片机是单片微型计算机的的简称，是指的将微处理器、一定容量的RAM和ROM等电路集中在一起的芯片。89C51是八位单片机，其内部增加的闪速可电改写的存储器FlashROM给单片机的开发及应用带来了很大的方便。且芯片的价格非常便宜，因

12、此近年来得到了广泛的应用。（2）发光二极管发光二极管简称LED，是一类特殊的二极管，由于在管内加入了特殊气体，当加以正向电流时，便能导通发光。在本次设计中用于模拟交通灯。（3）数码管数码管的实质是发光二极管，通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列形状如图所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管以dp表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:。阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮；共阴极

13、接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。本系统中我们采用共阳极接法。（4）定时器定时器T0是由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成，可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。这些功能都由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制。不管是定时还是计数工作方式，定时器T0在对内部时钟或对外部事件计数时，不占用CPU时间，除非定时器计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。 2.2 硬件电路分析 （1） P1口：做为输出口，接发光

14、二极管，其状态及对应的十六进制值如下图。（2） P3口中的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)作特殊用途,数据(倒计时时间)从RXD端输入，TXD端输出。（3） 发光二极管用来显示灯亮情况。 （4） 定时/计数器T0用来产生1秒的定时（5） 数码显示管十位与p0相连接，个位与p2连接用来显示时间。表2.1即是发光二极管显示接口及原理。总共12个发光二极管，由于东西方向和南北方向的亮灯情况分别相同，故12个发光二极管只需要用到六个控制端就可以了，本系统中使用p1.0、p1.1、p1.2控制东西方向；p1.3、p1.4、p1.5控制南北方向。表2.1 发光二极管接口显示原理 方向状态无南 北东

15、西十六进制值说 明P1.7 P1.6P1.5 P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.000010010024H都为红灯亮1000011000CH东西红南北绿20001001012H东西南北黄灯亮30010000121H东西绿南北红 40001001012H南北东西黄亮2.3 硬件电路设计（1） 晶振电路晶振是晶体振荡的简称，实为单片机提供额定频率的器件，如果没有晶振，单片机将不能工作。（2） 复位电路 在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误的操作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用那种

16、类型的单片机，总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏，直接影响整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST阴角输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机的复位方式有手动按键复位和上电复位。本系统中我们采用上电复位。（3） 硬件

17、电路图2.1即为本次课程设计的硬件电路图，图中标明有东南西北四个方向，表示四个路口，每个路口有三个灯，分别为绿灯、黄灯、红灯。每个路口还有两个数码显示管，用于显示还剩下的通行时间或者等待时间。中间部门为控制系统89c51单片机，其中包括晶振和复位电路。图2.1 硬件电路图3 软件设计3.1主程序设计图3.1为本系统的主程序流程图，初始化后先亮红灯，系统自动判断是否已达预定时间，然后是南北绿灯通行，接着黄灯闪烁，然后东西绿灯通车，黄灯闪烁，以此循环。3秒到了吗？图3.1 主程序流程图YN3秒到了吗？开始初始化，全为红灯亮延时并将时间送显3秒到了吗？东西红灯亮，南北绿灯亮将时间送显30秒到了吗？东

18、西黄灯亮，南北黄灯亮将时间送显东西绿灯亮，南北红灯亮将时间送显东西黄灯亮，南北黄灯亮将时间送显30秒到了吗？NNNNYYYY3秒到了吗？3.2程序代码通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。通过脉冲中断编写中断程序，可实现中断。主程序： ORG 0000HAJMP A0ORG 0003HAJMP INTORG 0013HAJMP INT1ORG 0100HA0： SETB EASETB EX0SETB IT0SE

19、TB EX1SETB IT1MOV SP,#60HMOV R0, #24HMOV P1, R0 ;显示5秒MOV R7,#03ACALL xian ;调显示子程序A1： MOV R0,#0CHMOV P1,R0 ;显示20秒MOV R7,#30ACALL xian ;调显示子程序LOOP9： MOV R0,#12HMOV P1 ,R0 ;调显示子程序MOV R7,#03ACALL xianA2： MOV R0, #61H ;东西红灯亮，南北绿灯亮MOV P1,R0MOV R7,#30 ; 显示20秒ACALL xian ;调显示子程序A3： MOV R0,#92H ;东西红灯亮，南北黄灯亮MO

20、V P1,R0MOV R7,#03ACALL xian ;调显示子程序JNB P3.5,A4AJMP A1A4： MOV R0,#12HMOV P1,R0ACALL DELMOV R0,#00HMOV P1,R0ACALL DELJNB P3.5,A4JB P3.5,A0 INT： CLR EAPUSH ACCPUSH PSWSETB RS0MOV P1,#24HMOV R3,#05HLOOP： ACALL DELDJNZ R3,LOOPCLR RS0POP PSWPOP ACCSETB EAMOV P1,R0RETIINT1： CLR EAPUSH ACCPUSH PSWSETB RS1MO

21、V P1,#0CHMOV R3,#05HLOOP1： ACALL DELDJNZ R3,LOOP1CLR RS1POP PSW POP ACCSETB EAMOV P1,R0RETIDEL: MOV R6,#20DEL1: MOV R5,#200DEL2: MOV R4,#125DEL3: DJNZ R4,DEL3DJNZ R5,DEL2DJNZ R6,DEL1RETDELAY： MOV R6,#10DELAY1： MOV R5,#200DELAY2： MOV R4,#125DELAY3： DJNZ R4,DELAY3DJNZ R5： DELAY2DJNZ R6： DELAY1RETxian:

22、 Second EQU 30H ;显示子程序START: MOV Second,R7NEXT: MOV A,SecondMOV B,#10DIV ABMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BMOVC A,A+DPTR MOV P2,AACALL DELY1S DEC SecondMOV A,SecondCJNE A,#00,NEXTDELY1S： MOV R5,#100D2： MOV R6,#20D1： MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1DJNZ R5,D2RETTABLE： DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,

23、99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END4 仿真调试4.1 Proteus简介Proteus 是一款labcenter出品的电路分析实物仿真图，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片软件仿真系统。该软件具有以下特点：（1）全部满足我们提出的单片机仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3） 目前支持的单片机类型有：68000系列

24、、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。（4） 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真，PBC设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统，此系统收益于15年来的持续开发，被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品the route to pcb cad .。proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器

25、件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUS VSM：便于包括所有相关器件的基于微处理器的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮。LED 甚至LCD显示CPU模型。4.2 仿真调试图4.1中有东西南北每组三个共十二盏模拟交通灯，由于protus中自带晶振和复位电路，所以图中没有显示在，东南西北每个方位对应有一组数码显示管，用于显示剩下的通行时间或等待时间，数码管为共阳极接法，每根数码管上均接有限流佃租，单片机的P3.3和P3.5接控制开关，当P3.3所接开关按

26、下时，所有方向均亮红灯，当P3.5开关按下是，所有方向均亮黄灯闪烁。下图4.1所示为protus刚刚开始仿真的时候，执行程序东西南北所有方向均亮红灯三秒钟。图4.1 东西南北红灯亮初始化之后，系统自动判断是否已经到了三秒，到了之后则转为南北方向绿灯通行，东西方向红灯禁行，图4.2为南北方向通行倒计时23秒是的仿真截图。图4.2 南北方向通车仿真图南北方向通车三十秒之后，转为东西南北所有方向均亮黄灯的模式，图4.3所示为刚刚开始亮黄灯，即倒计时三秒的仿真截图。图4.3 黄灯闪烁仿真截图系统自动判断黄灯是否已经闪烁了三秒，三秒后，自动转为东西方向绿灯通行，南北方向红灯禁行，图4.4为东西方向通车倒

27、计时第28秒时刻的仿真截图。图4.4 东西方向通车仿真截图本系统设置有应急模式，当紧急按钮按下时，东西南北四个方向的红灯均点亮，除规定车辆外，所有车辆禁止通行，图4.5为紧急按钮按下时的仿真截图。图4.5 紧急模式仿真截图本系统设置有夜间模式，当夜间模式按下时，系统运行一周之后，所有方向均黄灯闪烁，知道开关断开时为止，图4.6和4.7两图所示为黄灯闪烁时的仿真截图。图4.6 夜间模式黄灯闪亮截图图4.7 夜间模式黄灯熄灭截图5 心得体会通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。我觉得做课程设计