交通灯说明书

1、期由2孽沈单片机技术课程设计说明书交通灯学院：电气与信息工程学院学生姓名：程芳指导教师：贾页职称/学位副教授专业：电气工程及其自动化班级：1202学号：1230120246完成时间：2015年9月湖南工学院单片机技术课程设计课题任务书指导教师王韧学生姓名刘飞课题名称交通灯内容及任务一、设计任务设一个具有特定功能的十字路口交通灯。二、设计内容1、交通灯的硬件系统(1)、单片机最小系统模块(2)、供电模块(3)、显示模块(4)、键盘模块(5)、LED指示模块(6)、报警模块2、交通灯的软件系统(1)、系统监控程序模块(2)、显示程序模块(3)、键盘程序模块(4)、延时程序模块(5)、报警程序模块三

2、、设计要求该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化主要参考资料124李广弟.单片机基础M.第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.李全利.单片机原理及应用(C51编程)M.北京：高等教育出版社，2012.12.马忠梅.单片机的C

3、语言应用程序设计M.第4版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6.李光飞.单片机C程序设计指导M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.01.李光飞.单片机课程设计实例指导M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.9.教研室主任：(签字)年月曰熙熙攘攘的街头，人流车水有条不紊地行进着，靠的是交通灯的指挥作用，交通灯的绿、红、黄灯交替工作着，指挥着交通，维持着秩序。课程设计采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯，从而模拟十字路口交通灯的各种状态显示。 设计由单片机AT89S52LED八位数码显示管及若干按键组成。 软件上采用C语言编程实现。主要编写了主程序，数码管显示程序，键扫

4、程序和延时程序，经模拟，实现交通灯的功能。操作简单，设计简单易懂，但由于采用的是纯延时，因此会有一定的误差，但不影响总体效果。关键词：交通灯；AT89S52数码管；C语言1课程设计要求及总体方案介绍11.1交通灯课程设计任务11.2交通灯功能要求说明11.3交通灯设计总体方介案绍11.4交通灯设计工作原理说明22硬件系统设计32.1硬件电路各模块功能简介以及原理图模块32.1.1AT89S52芯片32.1.2电源电路模块32.1.3复位电路模块42.1.4下载电路模块42.1.5时钟电路模块52.1.6按键电路模块52.1.7数码管电路模块62.1.8LED电路模块62.2交通灯原理图72.3

5、电源电路原理图72.4实物图72.5元件清单73软件系统的设计83.1使用单片机资源的情况83.2软件系统各模块功能简介83.2.1主程序83.2.2显示程序83.2.3延时程序83.2.4中断程序83.2.5键功能程序83.3软件系统程序流程框图83.3.1主程序框图83.3.2显示程序框图93.3.3延时程序框图103.3.4中断程序框图113.3.5键功能程序框图113.4程序清单124硬件调试及结果分析134.1硬件调试134.1.1启动调试134.1.2开启交通灯134.1.3紧急情况144.1.4恢复正常144.2误差分析154.3设计体会15结束语16参考文献17致谢18附录19

6、附录A交通灯原理图19附录B电源电路原理图20附录C实物图21附录D元件清单22附录E程序清单231课程设计要求及总体方案介绍1.1设计课题任务基本功能：设计一个具有特定功能的交通灯。交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。 按开始键则开始工作， 按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。1.2功能要求说明按下S5键，系统开始工作.模拟主车道通车，

7、主车道通车时间为60S,数码管显示时间并开始倒计时。接着黄灯闪烁3次，一秒一次，次车道开始通车，通车时间为30S,数码管开始倒计时，接着黄灯闪烁。主次车道依次运行。按下S7,结束并返回P.o按下S6键，紧急车辆通行，主次车道红灯全亮。1.3设计课题总体方案介绍设计采用单片机以及其外部设备组成硬件电路，其中包括AT89S52单片机、数码管显示器、LED灯。数码管的段控，位控通过74HC57醐存器；除此之外还有振荡电路，复位电路，电源电路和下载具体方案框图如图1所示。图1总体方案框图1.4设计课题工作原理说明(1)工作流程：首先了解实际交通灯的变化情况和规律，开启交通灯后主干道绿灯通车，次干道红灯

8、亮。倒计时60秒后，主干道绿灯熄灭，黄灯亮，倒计时3秒，且以秒速闪烁。三秒之后主干道黄灯熄灭，红灯亮；次干道红灯熄灭,绿灯亮。再倒计时30秒为次干道通车时间。之后倒计时3秒，次干道黄灯亮，且以秒速闪烁。最后主干道绿灯再次亮，以此循环。(2)红绿灯的控制：通过编写程序，使接在P1.5口的按键实现对发光二极管的控制来开启红绿灯，来模拟交通信号灯的管理，P1.7口的按键实现关闭红绿灯。(3)数码管的控制： 数码管的段控， 位控通过锁存器以动态显示来实现倒计时功能。(4)紧急通车的控制：接在P1.6口的按键为紧急通车按键，利用定时器中断1来实现紧急通车功能。紧急通车10秒中，红灯灯全亮。10秒之后恢复

9、之前的交通秩序。2硬件系统设计2.1硬件电路各模块功能简介以及原理图模块2.1.1AT89S52单片机课程设计采用了ATME公司生产的AT89S52芯片，低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统中可编程Flash存储器。256个字节单元RAM,32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工用行口，片内晶振及时钟电路。价格较底，满足课程设计的要求。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU亭止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAMft容被保存，振

10、荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。CPU1单片机的核心部件。AT89S52原理图如图2所示。UiUi图2AT89S52原理图2.1.2电源电路模块给单片机供电，为其各部分提供正常工作电压。电源电路原理图见附录Bo其中220V电压经过变压器（220V/双12功变为12V交流电压；经过熔断器，熔断器起保护电路的作用；六角开关控制电路通断；经过整流桥输出+12V直流电压；之后经过两个2200仙F电解电容与两个104的瓷片电容滤波后进入LM7805芯片后输出+5V电压；又经过470仙F电解电容滤波输出+5V电压；同时LED丁指示是否有输出。电源接口电路如图3所示。电路中闭合

11、开关S3,电源接通。其中电阻R11的值取1K欧姆为LED灯分压，防止LED灯烧坏。P P匚MJMJP1JP1JPL+PL+POPO：W-5W-5PiPiMOSpe.4pe.4PlPlKSKSPL-SCKRATVTORATVTOPO.*PO.*P3-1TXDP3-1TXDA1ZA1Zp=p=P33INT1P33INT1KTKTP5.4TDP5.4TDHiHiP12P12PJmxPJmxM*M*P3.KDP3.KDPl-5Pl-5XTAL1XTAL1FLFL：n ni iGNTJGNTJP P：0 0J21S3v+1_.|5-vcci才-oLNv-cik嘉电源图3电源接口电路模块2.1.3复位电路

12、模块复位电路：按键复位具有上电复位功能，若要复位，只要按复位键，电源VCCg电阻分压，在RST引脚产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作，复位结束后单片机内部硬件自动置位与清零。其中对于51单片机，电容C1取22F,其作用是维持复位信号所要的高电平或者低电平时间。电阻R9的值取1K欧姆，R10取200欧姆，两个电阻均起到了分压的作用。复位电路原理图如图复位电路R1QA200图4复位电路原理

13、图模块2.1.4下载电路模块下载电路主要是用来下载程序用，当把程序用KEIL生成HEX型的文件后，可用下载电路将程序导入单片机中，单片机就可以工作了。下载电路除了可以用来下载程序外，还可以对单片机系统进行供电。下载电路原理图如图5所示4所示。VCCC1十IS1C51IGND图5下载电路原理图模块2.1.5时钟电路模块单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。其中振荡电路由反相器以及并联外接的石英晶体和电容构成，用于产生振荡脉冲，在AT89S52单片机上接XTAL俐XATL2弓唧。其中电容C1、C2取33pF,对于稳定晶振有很重要的作用。品振选择频率为12M的晶振，为电路提供时钟信号。时钟电路原

14、理图如图6所示C2TI皿33pF图6时钟电路原理图模块2.1.6按键电路模块采用独立式键盘接法，用3个按键对电路进行控制，四脚开关一端公共接地,另一端通过上拉电阻接P1口，当有按键按下，相应的口就会变成低电平，产生下降沿，从而实现按键功能。原理图模块如图7所示。下载电路GTvD|时针电路C333pF1=10一一12X1zXT2|r按键电路GNDGND图7按键电路模块原理图2.1.7数码管电路模块作数码管采用四位一体共阳型数码管进行显示，由于位控线的驱动电流较大，因此在P2口线上接了1个74HC57锹高驱动能力；74HC573&含八路3态输出的非反转透明锁存器，是一种高性能硅栅CMO件；特性是可

15、以保持初始数据，当输出被关闭时，新的数据也可以置入；组成的电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。在单片机的P0口线上接8个470欧姆的电阻，起限流的作用。将段控口a-dp分别接在P0.0-P0.7上，位控口1-3分别接在P2.0-P2.2口线上。LED显示电路模块主要用来显示经过转换得到的电压值。原理图模块如图8所示。图8数码管电路原理图模块2.1.8LED电路模块作用：显示通车方向。参数：8个LEW,1个470欧排阻。工作原理：LED采用共阳接法。通过控制对应LED灯的口线输出低电平使其点亮。原理图模块如图9所示。LEDLED电百图9LED电路原理

16、图模块2.2交通灯原理图及实物图附录A:交通灯原理图2.3电源电路原理图附录B:电源电路原理图2.4实物图附录C:实物图2.5元件清单附录D:元件清单3软件系统的设计3.1使用单片机资源的情况(1)按键S5、S&S7对应单片机的P1.5口，P1.6口，P1.7口；功能分别是：开启交通灯、紧急情况中断、关闭交通灯。(2)数码管的段控， 位控通过锁存器接P0和P2以动态显示来实现倒计时功能。(3)六个LED灯交通灯(绿、黄、红、绿2、黄2、红2)接P3.0P3.5口3.2软件系统各模块功能简介3.2.1主程序主程序的主要功能是开机显示P.O通过按键选择打开交通灯，关闭交通灯和紧急事件。3.2.2显

17、小程序显示程序主要完成数码管的动态显示。先将数码管段控锁存器打开再将相应的代码码送往P0口，然后关闭锁存器使其锁存。同样打开数码管位控的锁存器再将相应的代码送往P0口，然后关闭锁存器使其锁存。实现显示需要的字符信息。应该注意的是在每次锁存P0口的状态后要对P0口赋值0 xff以关闭所有的位控或段控，从而达到消影的目的。3.2.3延时程序延时函数为带参数的延时函数，在程序中根据需要来实现的不同的延时功能。3.2.4中断程序定时器0中断：50ms中断一次，通过累加次数达到延时。并秒速率减少显示数码管的时间。定时器1中断：50ms中断一次，通过累加次数达到延时。并秒速率减少显示数码管的时间。3.2.

18、5键功能程序对按键进行前沿消抖和后沿消抖，并改变相应的口线的电平状态。3.3软件系统程序流程框图3.3.1主程序框图主程序流程框图，如图10所示。83.3.2显小程序框图图10主程序流程框图显示程序流程框图，如图11所示返回图11显示程序框图3.3.3延时程序框图延时程序流程框图，如图12所示。图12延时程序框图10开始返回3.3.4中断程序框图中断程序流程框图，如图13所示。3.3.5键功能程序框图键功能程序流程框图，如图14所示。开始S6键是否按下开启交通灯，倒计时开始S7键是否按下图14键功能程序框图Y._.vS5键是否按下Y Y紧急事件，倒计时1例开始关闭定时器图13中断程序框图114

19、硬件调试及结果分析4.1硬件调试4.1.1启动调试按下开关键前，数码管显示“P”。调试结果图如图14所示。图14开机上电图4.1.2开启交通灯按S6键启动交通灯如图15所示图15开启交通灯图124.1.3紧急情况假设在数码管时间为55时，发生紧急事件。如图16所示。按S5键开启紧急事件过程如图1 7所 示 ，1 0秒 结 束 后 ， 恢 复 原 来 秩 序 ， 如 图1 8所 示 。图16发生紧急事件图图17进入紧急事件图4.1.4恢复正常恢复原来秩序，如图18所示。依旧是主干道绿灯亮，次干道红灯亮，时间显示为50秒。主干道60秒倒计时结束后，黄灯闪烁，如图19所示。13倒计时3秒。结束后进入

20、次干道倒计时30秒。如图20所示。30秒结束后,进入黄灯闪烁，如图21所示。倒计时3秒。结束后回到主干道60秒倒计时，一直循环。图18恢复原来秩序图图19主干道黄灯闪烁图图20次干道绿灯亮图图21次干道黄灯亮图4.2误差分析交通灯在紧急情况下入栈后经过中断程序后出栈的值会有所出入。误差可能的产生原因是：(1)首先是采用的计时方案是软件计时的， 计时又是利用延时来实现。 开启定时器和开启LED灯顺序上是有先后的，这个过程是需要时间的，所以就产生了一定的误差，当然这个误差是避免不了(2)受到外部因素的影响，如温度等。(3)每一条语句的运行也是需要一定的时间的， 这个调试的时候是需要严格的控制时间，

21、当然有时候会因为调试时的不精确导致时间上会有误差。4.3设计体会在交通灯的设计过程中用，采用C语言来编写程序，刚开始遇到了的难题是紧急功能难以实现，后来通过在同学的帮助下，设计的思路打开了，在编程的过程中发现程序的先后顺序会影响程序的功能执行。虽然很辛苦，但是设计结束之后觉得很充实。14结束语通过这次单片机课程设计看到了自己的不足。学到了很多东西。此次在同学的帮助下，选择运用单片机设计了一个交通灯控制系统。从给定电路图的分析到实际电路元件的识别、焊接，再到后期的程序设计以及系统调试，初步掌握了运用单片机系统设计特定功能的设计步骤，也对单片机有了更深的体会。了解和掌握了一些简单的编程思想。这次的

22、课程设计把单片机的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基更能检验理论的真实性。在编程过程遇到了很多的困难，通过不断努力克服了困难，完成了编程部分的设计。15参考文献1李广第，朱月秀，冷祖祁.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.181502郭天祥.51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，2009.56863李全利.单片机原理及应用M.高等教育出版社,2012.131104彭楚武，张志文.微型计算机原理及其应用M.湖南大学出版社2009.2943025李光飞.单片机课程设计实例指导M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.20526高文

23、庆，吕英英.基于AT89S51单片机的交通灯设计J.电脑知识与技术2012,8(22):534453467郭海燕.基于单片机的交通灯设计J.电子元器件应用，2012,14(1):27298康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社2006.4855049李勋等.单片机实用教程M.北京：北京航空航天大学出版社2000.264310何立民.单片机应用技术选编M.北京.北京航空航天大学出版社1997.325911马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.第4版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.385912姜武中.单片机原理与接口技术M.大连：大连理工大学出版社，2002.29630816设计到

24、此终于画上了一个圆满的句号，简单的设计课题。在设计过程中才知道其中包括的知识之广。从开始的课题选择，体验了各个方面的知识，通过上网查阅资料，问班上有特长的同学，一步一步解决问题，实现功能。数字电压表的设计同时也是将理论与实践结合起来的一次尝试。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬，才可以更进一步。设计的完成，首先要感谢老师的指导，让我走出迷茫，在设计中充实自我。感谢老师的对我们的严格要求，使我给自己有一个正确的定位，发现自己的不足，感谢其他所有帮助过的同学，因为有了他们的帮助，我才能更好的完成任务。17附录附录A交通灯原理图1foxksKS-opaD1O114AnHMbrweRreommN2S1fox

25、ksKS-opaD1O114AnHMbrweRreommN2S图路电板主灯通交ax-J-ax-J-13P23P33P43P53P63P73P路电位复DNGDNGWb.K191DF-pd4dgfr.3de0JT12-4-7C&QQQQQQQEQDDDDDDDDG35011-2路电管码数QT4QT48RnHPnHPn?pAzn?pAzT2T9P-T2T9P-亘O9P4Z4ArE2E9P6ZG9P727ZP0O9P4Z4ArE2E9P6ZG9P727ZP0 zNcspQ2CCVInRrccviTopI23sop03zNcspQ2CCVInRrccviTopI23sop034UPE34UPE32np2

26、np32DP2DP3ccvccv4T TDNG1LATXnuTPnuTP3P.4P.C3TP09pC3TP09p_,/9pNFSTELApnmE7P.onpconponpconpTr3P.CMCO- npnwupccvnpnwupccv18QzDNGDNG2LATX1hD1hHORKOQKV.dmrOZL_wO_wOy&y&4.4.由3.3.2.由xr_2TnMl.dp28.由03T03TGxrGxrIPIPDTPDTP1U1U附录B电源电路原理图鑫芳吕201201n_ulopveRn_ulopveRyBnwpDcopg.图路电源电计设路电鑫芳吕foteAnsfoteAnsQt/QCDd02Q

27、t/QCDd02rRDmuN源电压稳流eTODeTODATrsATrs2D19附录C实物图20附录D元件清单表1元件清单AT89S52单片机40P1AT89S52单片机芯片锁紧座40P1四位一体共阳数码管2四位一体共阳数码管插座40P174HC57320P174HC573芯片插座20P1晶振12MHz1发光二极管9单排插针40P3小按键6下载口座子10P1六脚按键电源开关6P1变压器220V/12V/55HZ1LM7805CV3P1电桥2W101电解电容2200科f1电解电容4701电阻2001电阻4709电阻1K4电阻10k5电解电容22科f2瓷片电容0.1f2瓷片电容33pf2排阻10k1

28、排阻4701短路冒3杜邦线8P121附录E程序清单/*项目名称：交通灯作者：吕芳鑫时间：20150912要求：使用数码板中流水灯的其中6位和数码管组成十字路口交通灯说明：将P0口连接数码管的段选线，P2口连接数码管的位选线。其中D1,D2,D3三位led灯代表交通主干道上的绿，黄，红，D4,D5,D6分别代表次干道的绿，黄，红灯。数码管的一二位显示主干道时间，数码管五六位显示次干道时间。#include#includedelay.h#includedisplay.h#includekey.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitgr

29、een=P3A0;sbityellow=P3A1；sbitred=P3A2;sbitgreen2=P3A3;sbityellow2=P3A4;sbitred2=P3A5;ucharv;ucharhc;charnum=60,num1=60;charnum2=10,num3=10;charnum4=0,num5=0;charcounter=0,t=0,n=0,b=0;charcounter1=0,t1=0,n1=0,b1=0;charcounter2=0,t2=0,n2=0,b2=0;22bitbiaozhi;/*程序初始化*/头文件/定义P1.0口为主干道绿灯/定义P1.1口为主干道黄灯/定义P

30、1.2口为主干道红灯/定义P1.3口为次干道绿灯/定义P1.4口为次干道黄灯/定义P1.5口为次干道红灯/*函数名：voidfind()功能：设置缓冲数组初始值调用函数：无调用数组：hc输入参数：无输出参数：无说明：依照程序定义的段选数组，按照须显示的段选数，相应的设置缓冲数组的初始值*/voidfind(ucharm0,m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7)(hc0=m0;hc1=m1;hc2=m2;hc3=m3;hc4=m4;hc5=m5;hc6=m6;hc7=m7;/*主函数*voidmain()(ucharv;hc0=10;hc1=12;hc2=12;hc3=12;23hc4=12

31、;hc5=12;hc6=12;hc7=12;v=key();TMOD=0X11;/定时器01工作方式TH0=0X3C;/赋初值TL0=0XB0;TH1=0X3C;/赋初值TL1=0XB0;EA=1;打开中断总开关ET0=1;/打开定时器0中断开关ET1=1;while(1)switch(v)case0:display();v=key();break;case1:find(12,12,1,2,0,2,12,12);display();v=key();break;case32:while(v=3211V=0)TR1=1;TR0=0;find(num2/10%10,num2%10,12,12,num

32、3/10%10,num3%10,12,12);display();v=key();if(num2=0)gotoCC;24)case64:while(v=64|v=0)(CC:TR1=0;TR0=1;find(num/10%10,num%10,12,12,num1/10%10,num1%10,12,12);display();v=key();)break;case128:while(v=12811V=0)TR0=0;find(10,12,12,12,12,12,12,12);num=60,num1=60;counter=0,t=0,n=0,b=0;display();P3=0 xff;v=key

33、();)break;default:display();break;)display();)/*函数名：voidTTC1()interrupt1功能：中断函数25调用函数：调用数组：输入参数：无break;输出参数：说明：定时器溢出将执行中断函数*voidTTC1()interrupt1(TH0=0X3C;TL0=0XB0;counter+;if(counter=10)b+;if(counter=20)b+;counter=0;n+;t+;num-;num1-;if(num=0&t=60)num=3;num1=3;elseif(num=0&t=63)num=30;num1=30;elseif(

34、num=0&t=93)num=3;num1=3;elseif(num=0&t=96)26t=0;num=60;num1=60;if(b=0)green=0;red2=0;yellow=1;if(b=120)green=1;yellow=0;if(b=121)yellow=1;if(b=122)yellow=0;if(b=123)yellow=1;if(b=124)yellow=0;27)if(b=125)(yellow=1;)if(b=126)(yellow=1;green2=0;red=0;red2=1;)if(b=186)(yellow2=0;green2=1;)if(b=187)(yel

35、low2=1;)if(b=188)(yellow2=0;)if(b=189)(yellow2=1;)if(b=190)28yellow2=0;)if(b=191)(yellow2=1;)if(b=192)(yellow2=1;red2=0;red=1;b=0;)I*函数名：voidTTC0()interrupt3功能：中断函数调用函数：调用数组：输入参数：无输 出 参 数 ： 说 明 ： 定 时 器 溢 出 将 执 行 中 断 函 数*/voidTTC0()interrupt3(counter2=counter,t2=t,n2=n,b2=b;num4=num,num5=num1;TH1=0X3C;29TL1=0XB0;counter1+;if(counter1=10)b1+;if(counter1=20)(b1+;counter1=0;n1+;t1+;num2-;num3-;if(b1=0)(green=1;yellow=1;red=O;green2=1;yellow2=1;red2=0;)if(b1=20)(green=O;yellow=1;red=1;green2=1;yellow2