单片机交通灯

1、单片机课程设计报告2010 年一期秋季学题目现代交通灯的设计专业电气工程及其自动化班级电气081学号3080421029学生姓名郭琪指导老师王水鱼老师起止日期：2011年1月10日至2011年1月14日平时（10%）任务完成（30%）答辩（30%）课设报告（30%）总评成绩目录、弓丨言 3、概要设计42.1设计思路42.2设计的主要内容和要求42.3总体设计框图5三、硬件设计53.1 LED循环电路设计63.1.1 89c51单片机概述63.1.2 LED循环说明93.2倒计时显示电路113.2.1 74LS164芯片113.2.2共阴极数码显示管123.2.3倒计时电路133.2.4急通车电

2、路13四、软件设计144.1程序流程图 144.2LED红绿灯显示144.3到计时显示164.4急通车控制164.5程序代码16参考文献17附录一：一 18附录二：19 基于51单片机的交通灯控制系统设计摘要：在日常生活中，交通信号灯的使用，市交通得以有效管理，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。交通灯控制系统由 80C51单片机、键盘、LED显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能 外，还具有时间设置、LED信息显示功能，市交通实现有效控制。关键词：交通灯，单片机，自动控制一、引言当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的 手段。但这个

3、技术在19世纪就已经出现了。1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上，安装了世 界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成，红色表示“停 止”绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，是警察受伤，遂被取 消！电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组 成，1914年始装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯 亮表示“通行”。信号灯的出现，使得交通得以有效的管理，对于疏导交通流量、

4、提高道路 通行能力、减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志 信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已经十分接近停车线而不能安全 停车的可以进入交叉路口！二、概要设计2.1 设计思路利用单片机实现交通灯的控制，该任务分以下几个方面：a 实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分

5、别接在P1个管脚，用软件实现。b 用数码管显示倒计时。 可以利用动态显示或静态显示， 串行并出或者并行 并出实现。C 实现急通车。 这需要人工实现， 编程时利用到中断才能带到目的， 只要有 按钮按下，那么四个方向全部显示红灯，禁止以诶车辆通行。当情况解除，让 时间回到只能隔断处继续进行。2.2 设计的主要内容和要求1 、设计一款带左转、直行、右转三种通行交通灯2、带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯3、可在线修改红绿灯等待间隔时间4、实现显示到计时功能5、其他功能（创新部分）2.3 总体设计框图见图一：交通灯循环最 小 系 统倒 计 时 显 示强通车控制图一三、硬件设计3.1L

6、ED循环电路设计3.1.1 89cs51 单片机概述MCS-51单片机内部结构：89CS51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系 统的讲解。89CS51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM、数据存储器（RAM、 定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等极大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明。*中央处理器：中央处理器（CPU是整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理 器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统的工作，完成运算和控制输入输出等操控。*数据存储器（ RAM）：89CS51 内部有 128

7、个 8 位用户数及存储单元和 128 个寄存器单元， 他 们是统一编址的，专营寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能 访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAMR有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户自定义的字型表。* 程序存储器（ ROM）：89CS51 共有4096个8位掩膜ROM用于存放用户程序，原始数据或表 格。* 定时/计数器（ ROM）：89CS51 有两个16位的可编程定时 /计数器，一时想定时或计数产生中 断用于控制程序转向。* 并行输入输出（ I/O ）口：89CS51 共有4组8位I/O 口（ P0 P1、P2或P3），用于对外数据传 输。* 全双

8、工串行号：89CS51 内置一个全双行串行通信口， 用于和其它设备间的串行数据传 输，该串行口既可以用作异步通信收发器， 也可以当同步移位器使用。* 中断系统：89CS51 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中 断和一个串行中断，客满著不同的控制要求，并具有 2级优先级别选 择。* 时钟电路：89CS51内置最高频率高达12Hz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但89CS51单片继续外置震荡电容单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形 式，即哈佛(Harvard )结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存 储器和数据存储器合二为一的结构，

9、即普林斯顿(Princeton )结构。MCS-51系统的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，图二是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和底线两根，外 置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线和P3 口线复 用P1.0P1.1124039VCCP0.0/AD0P1.23381P0.1/AD1P1.3437-1P0.2/AD2P1.41536P0.3/AD3P1.56351P0.4/AD4P1.6734IP0.5/AD5P1.7833IP0.6/AD6RST932IP0.7/AD7RXD/P3.01103

10、11EA/VPPTXD/P3.111301ALE/PROGINT0/P3.21229-1PESNINT1/P3.31328P2.7/A15T0/P3.41427=P2.6/A14Y1/P3.51526P2.5/A13WR/P3.61625P2.4/A12RD/P3.71724IP2.3/A11XTAL21823IP2.2/A10XTAL119221P2.1/A9GND匚2021P2.0/A8PDIP8951的抚慰方式可以自动复位，也可以是手动复位，见下图。除此之外，RESET/Vp（还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可以接上没用电源，以保证单片 机内部RAM勺数据不丢失。在编程时，EA/Vpp

11、脚还需加上21V的编程电压。3.1.2 LED循环说明东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、绿、黄三色的指示灯，指挥车辆和行人的安丘按通行。红灯禁止通行，绿灯亮允许通行。黄 灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西，南北两 干道的公共停车时间。25s3s2s25s3s2s东西通道红灯亮红灯亮红灯亮绿灯亮绿灯闪黄灯亮南北通道绿灯亮绿灯闪黄灯亮红灯亮红灯亮红灯亮上表说明东西路口哈珀能够灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始 25s倒计时。 25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北铝扣绿灯闪烁，计时至最后 2s时，南 北路口黄灯亮。完成一次这样的循环要 30s。30s结束，南北

12、路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。电路图如图三所示C1u-1a .uR2.IIJUIENJMI1PL"cwrrkrvLED-EXWVi cfyrvR2R3r- r EA f *R6R6RZJIA!»F"3JaF»DH.il "JIFJ J iWrE FTI> WH-Ri4i rinm.nro-1 R71 RS1细1 IlkU rfftxr* LJ * rwr* 1RS4 k* reMr*07D8DP FE»r>r-FOLI'V图三3.2倒计时显示电路3.2.1 74LS164 芯片74LS1

13、64 用于扩展并行输出口。用89CS51串行口外接164串入-并出移位 寄存器扩展8位并行口。8位并行口的每位分别接到数码显示管的不同显示端。74LS164芯片管脚排列如下图，管脚1、2相连共同接单片机管脚RXD 8管脚 接单片机管脚TXD 9管脚接高电平，7管脚接地，14管脚接高电平，其他管脚 依次接数码显示管管脚。TOP VIEW)1A JUuHvccB 二2132 Oh5 -3'门 QgOb 一晞iQQfCc 二5IOAeOd I6gJCLRgndZ7aCLK74LS 164管脚排列图四322共阴极数码显示管这里列出了共阴和共阳数码管的管脚平排列和内部结构。数码管3、8管脚内部连

14、在一起。如果是共阳极则将其接到高电平。如果是共阴极则将其接地。 为了数码显示管的安全这里用三个二极管和其串联来降压。11 “图五rip 倒计时电路倒计时显示电路如图六。利用两个 74LS164芯片并联后，其1、2管脚至 单片机RXD管脚8管脚至单片机TXD管脚。然后其他管脚依次接至数码管个管脚。对于数码管其3、8管脚经过三个串联的二极管接地R11b109RUD>TH.iHu如iUTHj如 唏曲會HJWTEBT附.血U.IFTPd h.ipjtm略PJJM» 柿刚FUNJM-litiTEHfWPl* h*w.iwnrATI泣升nJTi<i2U4图六3.2.4 急通车电路为了

15、实现此功能，利用单片机中断达到目的。利用一个手动按钮开关接至单片机外部中断0,同时在软件设计时将其设为最高优先级。当有按键 按下，四方全为红灯，同时将终端位置的 PSW ACC进栈保护。当再按下按钮, 将PSW ACC出栈，回到原来的位置继续执行，电路图如下图。2122232425声J27110UF11EE<1516117>POLO/ACOXTAL1P0.VAD1P0 2/AC2P0.3/ADGXTAL2P0.4/AMP0.5/AD5P0L6/AC6P0.7/AD7RSTP2.0JtaSP2.1jP2.2JA10P2.3j11FSENP2.a.12ALEP2.513EAP2.6JA

16、14P2.7j15P3 0/RXDP1DpsjrrjcDP1.1P3.2/INTQP12P3.3/INT1P13P3.4HDP14P3&T1P15ps.e/wRP16P3.7/R0P1.7图七四软件按设计4.1 程序流程图:如图八所示图八4.2 LED 红绿灯显示如图三所示，当P1端口输出高电平，即P1各端口 =1时，根据发光二 极管的单向导电性可知，这是发光二极管熄灭；当P1个端口输出低电平，即P1各端口 =0时，发光二极管亮。我们可以使用SETB旨令使P1各端口输出高电 平，使用CLR旨令时P各端口输出低电平。至于循环需要软件控制，程序见附 录。4.3 倒计时显示此处采用LED静态

17、显示方式，当显示器显示某个字符时，相应的段恒 定的导通或截止，直到显示另个字符为止。89C51的串行口 RXD和TXD为一个全双工串行通信口，但工作在方式 0下可作同步移位寄存器，其数据由 RXD端 串行输出或输入；而同步移位时钟由 TXD端串行输出，在同步时钟的作用下， 实现由串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合，利用串行口加 外围芯片74LS164就可构成一个或多个并行输入输出口，用于串一一并转换或 显示器LED驱动。此利用后者。4.4 急通车控制将一按钮接到单片机外部中断 0 端口。另一端接地， 通过在程序里设置 外部中断 0 为最高优先级。当检测到有按钮按下时，产生中断，停

18、止刚才的程 序，转向中断执行。在此过程必须利用 PUSH POP旨令保护现场，这样当情况 解除可以回到原来的地方继续执行。4.5 程序代码见附录二五 总结 在学习单片机理论课时候就感觉到内容很多，知识点很杂，分繁琐。在老 师的讲解下，在通过自己的努力也更进一步了解了单片机的内部构造和工作原 理，以及接外部电路的情况。 当然光有理论知识那只是“纸上谈兵” ，还需要实 际动手去实践。 真正把所学的用到日常生活中， 理论联系实际， 做出实物模型。 这次单片机实习，我选的是交通灯设计，通过这次设计我感觉到要想做成功， 必须花时间多准备， 查阅大量资料， 认证分析每一步每一个模块要实现的功能， 然后分步

19、进行，最后正和一个整体。通过这次实习， 我们要对所做的事情有耐性， 在编程的时候会有困难， 也 可能变得不一定成功，所以要经过多次调试，分析，改正，反复去做。在这次实习中， 经历了多次失败的洗礼， 我明白在以后学习和实践中， 我 要努力掌握知识，多动手，多思考，以免在以后的学习工作中犯同样的错误。 参考文献1 叶挺秀.使用电子学M.杭州：浙江大学出版社，19942 朱承高. 电工及电子技术手册 M. 北京：高等教育出版社， 19903 阎石. 数字电子技术基础（第三版） M. 北京：高等教育出版社， 19894 周润景.PEOTEUS在MCS-51 &ARM系统中的使用百例M.北京：电

20、子工业出 版社， 2006 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）M.北京：北京航空航天大学出 版社， 2005附录一：煮Df附录二：SEC0ND1 EQU 30HSEC0ND2EQU 31HDBUF EQU 40HTEMP EQU 44HLED_G1 BIT P1.0LED_Y1 BIT P1.1LED_R1 BIT P1.2LED_G2 BIT P1.5LED_Y2 BIT P1.6LED R2 BIT P1.7东西路口计时寄存器南北路口计时寄存器显示码缓冲1显示码缓冲2东西路口绿灯东西路口黄灯东西路口红灯南北路口绿灯南北路口黄灯南北路口红灯ORG 0000HLJMP STARTORG 0

21、003HLJMP INTO0ORG 0100HSTART:MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HCLR TF0 ;SETB TR0;SETB EX0;SETB PX0;SETB EA;cpuLOOP: MOV R2,#20MOV R3,#20 ;MOV SECOND1,#25MOV SECOND2,#25LCALL DISPLAYLCALL STATE1WAIT1:JNB TF0,WAIT1CLR TF0MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT1MOV R2,#20 ;DEC SECOND1置 T0 工作方式 1定时器 0

22、 溢出标志清 0启动 T0允许外部中断 0 中断设置外中断 0 为高优先级开放中断置 1s 计数初值红灯亮 20S东西路口计时显示初值 25s南北路口计时显示初值 25s调用状态 1查询 50ms 到否恢复 T0 定时初值 50ms判断 1s 到否？未到继续状态 1 置 50ms 计数初值 东西路口显示时间减 1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减1LCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT1 ;状态 1 维持 20sMOVR2,#5 ;置 50ms 计数初值MOVR3,#3 ;绿灯闪烁 3sMOVR4,#4 ;闪烁间隔 200msMOVSECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值5

23、sMOVSECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值5sLCALLDISPLAYWAIT2:LCALL STATE2 ;调用状态 2JNBTF0,WAIT2 ;查询50ms到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复T0定时初值50msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT2 ;判断200ms到否？未到继续状态CPLLED_G1 ;东西绿灯闪烁MOVR4,#4 ;闪烁 200msDJNZR2,WAIT2 ;判断 1s 到否？未到继续状态 2MOVR2,#5 ;置50ma计数初值DECSECOND1 ;东西路口显示时间减1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减1LCALLDISPL

24、AYDJNZR3,WAIT2 ;状态 2 维持 3sMOVR2,#20 ;置50ms计数初值MOVR3,#2 ;黄灯闪烁 2sMOVSECOND1,#2 ;东西路口计时显示初值 2sMOVSECOND2,#2 ;南北路口计时显示初值 2sLCALL DISPLAYWAIT3:LCALL STATE3 ;调用状态 3JNBTF0,WAIT3 ;查询 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 100msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT3 ;判断 1s 到否？未到继续状态MOVR2,#20 ;置 1S 计数初值DECSECOND1 ;东西路口显示时间减

25、1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减 1LCALL DISPLAYDJNZR3,WAIT3 ;状态 3 维持 2sMOVR2,#20 ;置 1s 计数初值MOVR3,#20 ;红灯亮 20sMOVSECOND1,#25 ;东西路口计时显示初值25sMOVSECOND2,#25 ;南北路口计时显示初值25sLCALL DISPLAYWAIT4:LCALL STATE4 ;调用状态 4JNB TF0,WAIT4 ;查询50ms到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50msMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT4 ;判断 1s 到否？未到继续状态MOVR2

26、,#20 ;置 1s 计数初值DECSECOND1 ;东西路口显示时间减 1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减 1LCALLDISPLAYDJNZR3,WAIT4 ;状态 4 维持 20sMOVR2,#5 ;置 1s 计数初值MOVR3,#3 ;绿灯闪烁 3sMOVR4,#4 ;闪烁间隔 200msMOVSECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值 5sMOVSECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值 5sLCALLDISPLAYWAIT5:LCALL STATE5 ;调用状态 5JNBTF0,WAIT5 ;查询 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复 T0 定时初

27、值 50msMOVTL0,#0B0HDJNZR4,WAIT5 ;判断 200ms 到否？未到继续状态CPLLED_G2 ;南北绿灯闪烁MOVR4,#4 ;闪烁 200msDJNZR2,WAIT5 ;判断 1s 到否？未到继续状态 5MOVR2,#5 ;置 1s 计数初值DECSECOND1 ;东西路口显示时间减 1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减 1LCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT5 ; 状态 5 维持 3sMOVR2,#20 ;置 50ms 计数初值MOVR3,#2 ;黄灯亮 2sMOVSECOND1,#2 ;东西路口计时显示初值2sMOVSECOND2,#2 ;

28、南北路口计时显示初值2sCALLDISPLAYWAIT6: LCALL STATE6 ;调用状态 4JNBTF0,WAIT6 ;查询 50ms 到否CLRTF0MOVTH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 50msMOVTL0,#0B0HDJNZR2,WAIT6 ;判断 1s 到否？未到继续状态 6MOVR2,#20 ;置 50ms 计数初值DECSECOND1 ;东西路口显示时间减 1DECSECOND2 ;南北路口显示时间减 1LCALL DISPLAYDJNZR3,WAIT6 ;状态 6 维持 2sLJMPLOOPSTATE1:J状态 1SETBLED_G1 ;东西路口绿灯亮CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2CLRLED_Y2SETBLED_R2 ;南北路口红灯亮RETSTATE2:J状态 2CLRLED_Y1CLRLED_R1CLRLED_G2