单片机课程设计-现代交通灯的设计

1、 电气信息学院单单片片机机与与控控制制技技术术课课程程设设计计报报告告课题名称课题名称 现代交通灯的设计现代交通灯的设计 专业班级专业班级 * 学学 号号 * 学生姓名学生姓名 * 指导教师指导教师 * 评评 分分 2012 年年 12 月月 24 日至日至 12 月月 30 日日课程设计量化评分标准课程设计量化评分标准 指导老师评语：指标指标分值分值评分要素评分要素得分得分方案设计方案设计20方案选择合理，分析、设计正确，原理清楚，电路、程序流程图清晰，结构合理，程序简洁、正确。 设计报告设计报告20报告结构严谨，逻辑严密，论述层次清晰，语言流畅，表达准确，重点突出，报告完全符合规范化要求，

2、用计算机打印成文。 调试与结果调试与结果20过程清晰，调试方案设计合理，测试点选择适当，程序编写正确，调试步骤清楚。电路及程序运行结果正确，达到预期效果。 工作态度工作态度20工作量饱满程度，题目难度；工作态度，按时完成设计任务，是否独立完成等。 答辩成绩答辩成绩20思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；分析归纳合理，结论严谨；回答问题有理论根据，基本概念清楚。 总总 评评 成成 绩绩 答辩记录答辩记录1、例举设计过程中遇到的问题及其解决方法（至少两例） 。答：（1）问题说明：74HC244芯片没有找到完整的芯片。解决方法：后来发现74HC244芯片在Protues中是被拆分成两个部分的

3、，一个完整的74HC244芯片是由A、B两个分开的部分组合而成的，后来采用了两个子芯片的组合。（2）问题说明：原理图画好后，调试时发现了不明原因的错误，无法调试成功。 解决方法：在网上百度贴吧中找到了类似的问题及其解决方案，问题最终得以解决。2、教师现场提的问题记录在此（不少于2个问题） 。答：摘摘 要要城市道口交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于十字路口的车辆及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行及行人 4 种通行指示灯，计时牌显示路口通行转换剩余时间，在出现紧急情况时可以由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态。另外，在特种车辆如 119、120 通过路口时，系统可自动

4、转换为特种车辆放行，其他车辆禁行，15s 后系统自动恢复正常管理。其他还有盲人提示音、120s 与 60s 通行管理转换功能。采用标准的AT89C52 单片机作为控制器；通行倒计时显示采用 3 位 LED 数码管；右拐、左拐、直行及行人 4 种通行状态指示灯采用双色高亮发光二极管；LED 显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接受方案。整套电路模块由控制系统模块、通行灯输出控制显示模块、时间显示模块和自动特种车辆控制模块等组成。道口交通控制系统控制程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车实时响应程序等。设计时按红绿交通灯

5、控制程序和特种车辆经过中断程序两大部分。本系统以 AT89C51 单片机为核心，采用汇编语言编程，设计的交通灯可用于十字路口的车辆及行人的交通管理，设计中应用了两种倒计时显示方式，120s 倒计时适用于车流量较大的大城市，60s 倒计时可用于中小型城市。关键词：单片机； 显示； 汇编语言； 交通管理； LED 数码管目 录1 设计任务设计任务.12 设计方案设计方案.13 系统硬件设计系统硬件设计.23.2 通行灯输出控制电路.33.3 时间显示模块电路.43.4 特种车辆自动通行控制模块.53.5 盲人提示音电路.53.6 电源电路及时钟电路.54 系统主要程序设计系统主要程序设计.64.1

6、 初始化程序.64.2 主程序流程.64.3 外中断 1 中断服务程序.74.4 定时器中断服务程序.85 仿真与性能分析仿真与性能分析.96 心得体会心得体会.10参考文献参考文献.11附录附录 1 系统原理图系统原理图.12附录附录 2 程序清单程序清单.1311 设计任务设计任务 1.1 要求：要求：（1）设计一款带左转、直行，右转三种通行绿灯，参见实物效果图； （2）带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯； （3）夜间运行模式按钮，按下时，所有方向黄灯闪烁； （4*）可更在线修改红绿灯等待间隔时间 （5*）实现显示倒计时功能 （6#）其他功能（创新部分） 1.2 实际功能

7、设计：实际功能设计：（1） 每个方向具有左拐、右拐、直行及行人 4 种通行指示。（2） 计时牌显示路口通行转换剩余时间。（3）在出现紧急情况时可以由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态。（4）在特种车辆如 119、120 通过路口时，系统可自动转换为特种车辆放行，其他车辆禁行，15s 后系统自动恢复正常管理。（5）盲人提示音、120s 与 60s 通行管理转换功能。2 设计方案设计方案2.1 设计方案设计方案采用标准的 AT89C52 单片机作为控制器；通行倒计时显示采用 3 位 LED 数码管；右拐、左拐、直行及行人 4 种通行状态指示灯采用双色高亮发光二极管；LED 显示采用动态扫描，

8、以节省端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接受方案。按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。整个电路组成框图如图 2.12所示。 图 2.1 采用 LED 动态扫描的交通灯控制系统3 系统硬件设计系统硬件设计3.1 主控制系统电路主控制系统电路整套电路模块由控制系统模块、通行灯输出控制显示模块、时间显示模块和自动特种车辆控制模块等组成。主控制器采用 AT89C52，是 ATMEL 公司生产的一款性能稳定的 8 位单片机，AT89C52具有 1 个 8KB 的 Flash 程序存储器，1 个 512 字节的 RAM，4 个 8 位的双向可位寻址 I/O端口，3

9、个 16 位定时/计数器及 1 个串行口和 6 个二级中断结构。单片机的 P1 口及 P2 口分别用于控制南北及东西的通行灯，P0 口及 P3.0P3.2 口用于 4 组 3 位 LED 计时器的控制，特种车辆通过时使用外中断 1 口（P3.3） ，手动自动转换采用 P3.7 口按键。主控系统电路图如图 3.1 所示。上电复位串口通信119、120 车辆监测自动/手动键盘 P1 P2AT89C52 P0INT1 P3南北通行灯（2 组）东西通行灯（2 组）3 位 LED 显示器（4 组）列扫描驱动3 图3.1 主控系统电路3.2 通行灯输出控制电路通行灯输出控制电路道口交通灯指示采用高亮度红绿

10、双色发光二极管，左拐、右拐、直行及行人各一个。当发光电流为6mA时，按公式R=(5-1.8)/0.006计算，限流电阻应为510欧姆。由于南北通行时双向指示牌相同，因此每个端口应具有12mA的吸收电流能力。另外，人行道口按4个灯算须24mA的吸收电流。这样在单片机的输出口需接驱动电路74HC244，以保护单片机的输出端口。道口指示灯电路图如图3.2所示。4 图 3.2 单片机复位电路3.3 时间显示模块电路时间显示模块电路 道口剩余时间采用高亮红色7段LED发光数码管显示，采用共阳数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动使用三极管，按每段6mA电流算，全显示字形“8”时，每个数码管需6mA*

11、8=48mA。由于单片机每个段码输出口需吸收24mA电流，因此在电路设计中也使用了驱动集成块74HC244。时间显示模块电路如图3.3所示。图3.4 时间显示模块电路53.4 特种车辆自动通行控制模块特种车辆自动通行控制模块 自动道口灯在特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车辆通过。设计中采用红外线发生器作为特种车的发信器，使用实时中断响应来响应特种车辆的通行要求。红外线接收器一般采用电视机用一体化红外线接收器，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。3.5 盲人提示音电路盲人提示音电路道口控制系统设计中，方便盲人过人行道的提示音电路，声音控制电路与人行道通行控制绿灯相同步，当绿灯亮时响一下，

12、在行人结束通行前，绿灯闪烁10s时会间隔响5次（每次1s） 。盲人提示音电路如图3.5所示。图3.5 数码管显示电路3.6 电源电路及时钟电路电源电路及时钟电路 整个系统采用的电源电压只需+5V 电压，故采用不可调的 3 端稳压器件，用常用的LM7805 就可以满足系统电源的要求。LM7805 三端集成稳压电源内部由基准电压回路、恒流源、过流保护、过压保护和短路保护等 8 部分组成，具有低功耗、高效率、纹波系数小、输出电压稳定等优点。6图3.6 电源电路及时钟电路 4 系统主要程序设计系统主要程序设计道口交通控制系统控制程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车实时响应

13、程序等。4.1 初始化程序初始化程序 初始化程序主要完成内存规划，定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于子程序调用较多，因此初始化时堆栈指针设于80H处。定时器T0、T1设为16位定时器模式，定时时间为50ms，T0为秒计时用，T1为通行结束闪烁用。4.2 主程序流程主程序流程主程序主要负责总体程序管理功能，实现人机交互设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。主程序流程图如图 4.2 所示。7 开始 N P3.7=0? Y 图 4.2 主程序流程图4.3 外中断外中断 1 中断服务程序中断服务程序 当特种车辆经过时，车中发射红外线信号，其信号被道口控制板上

14、的接收器接收，并输出一个低电平触发外中断 1。中断处理程序流程图如图 4.3 所示。 外中断程序 15s 倒计时结束？ N Y 图 4.3 外中断 1 中断服务程序流程图初始化显示程序键功能程序保护现场关外中断 1开定时器 T1送全红灯，数据缓存红灯显示关定时器 T1，开外中断现场恢复，中断返回84.4 定时器中断服务程序定时器中断服务程序定时器中断服务程序主要用于行车及行人的通行指示，通行规则如下：（1）车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行时间为 1min，各路右拐比直行滞后 10s 开放。（2）车辆南北向左拐、各路右拐，形容人禁行。通行时间为 1min。（3）车辆东西向直行、

15、各路右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为 1min，各路右拐比直行滞后 10s 开放。（4）车辆东西向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为 1min。交通灯的四种通行规则，是以控制红绿灯端口控制码的方式实现的。它的原理是，将按不同规则通行时的各路口的红绿灯亮灭情况转换为单片机端口控制码。其指示灯功能通过 T0 定时中断服务程序实现。定时器 T0 溢出中断周期设为 50ms，中断累计 20 次（即 1s）时对 120s 倒计时单元减1 操作。设计中将四种通行规则分成不同的亮灯方式，通过查询秒倒计时单元的数据，实现不同的时间段给控制端口送不同的控制数据码。控制码分为 5 个时间段：120110s

16、、11070s、7060s、6010s、100s。交通管理定时功能程序流程图如图 4.4所示。 T0 中断程序 N 判断 Y图 4.4 定时器中断处理流程图现场保护关中断 T0T0 初值重装相应的处理程序南北/东西标志位取反中断返回95 仿真与性能分析仿真与性能分析1 1、系统仿真过程系统仿真过程 图 5.1 仿真图2 2 仿真结果与分析仿真结果与分析 调试时，按红绿交通灯控制程序和特种车辆经过中断程序两大部分电路进行调试，并且南北方向、东西方向的指示灯同时调试。106 心得体会心得体会 单片机这门课程是在大三下半学期学的，等到了大四开始单片机课程设计，我感觉有些内容有些陌生，周围的同学也有这

17、种感觉。刚开始选课程设计题目时，我原本以为应该不麻烦的，因为我选择的是交通灯的控制，感觉大体是运用定时器及中断的原理来做。这类问题以前在单片机实验中做过类似的实验，实时操作的交通灯控制我也曾用 PLC 做过的。所以大体感觉，交通灯的问题，用编程来解决，原理应该是很简单的。拿到题目后，我看了看后，感觉思路清晰了，用单片机中定时器和中断的知识即可。所以，我决定先完成程序设计部分，用汇编语言编程。在编程过程中，我感觉以前学过的一些单片机编程的某些语法不熟悉，所以还花了一些时间复习以前的内容。本次课程设计不必以前的实验操作，因为这次交通灯的控制要求实现的功能比以前复杂，不仅要有各个方向通行灯的定时指示

18、，还需要有扩展功能，我将夜间模式换成了特种车运行模式，另外还添加了盲人提示部分。整个程序中，子程序的调用比较频繁，所以编程需要较强的逻辑性。编完程序后，我在 Protues 中画系统原理图。以前曾用 CAD 画过图，但是感觉Protues 和 CAD 二者还是有一定区别的。有的原件不怎么好找，比如 74HC244 这个芯片，先前怎么找都找不到像先前见过的那种类型的，后来才发现，原来一个 74HC244 芯片其实是元件库中的两个分开的子芯片的组合。画图、调试感觉有点麻烦，也费了许多时间，但是感觉整个过程，收获还是不少的。11参考文献参考文献1 黄惟公，邓成中，王燕.单片机原理与应用技术.西安:西

19、安电子科技大学出版社,2007.2 朱清慧.Protueus 显示控制系统设计与实例.北京: 清华大学大学出版社,2011.3秦时宏，徐春辉. MCS-51 单片机原理及应用. 武汉：华中科技大学出版社.2010.4 张迎新等编著. 单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2009.15 张迎新编著.单片机初级教程.北京:航空航天大学出版社，2007.86 李勋等编著.单片机实用教程.北京：航空航天大学出版社，2000.67 余永权等编著.单片机在控制系统的应用.北京：电子工业出版社，2003.108 蔡伟智：LED 道路交通灯的研制 ，液晶与显示，第 20 卷第五期9 张大明：单片机控制实训

20、 ，机械工业出版社，200712附录附录 1 系统原理图系统原理图13附录附录 2 程序清单程序清单;*; 交通灯汇编程序 ;*;TIME EQU 50H ;秒计数用TIMESFR EQU 51H ;临时寄存器CONR5 EQU 52H;T1 秒定时计数器用TIMED0EQU 55H;单向最大定时时间，直行开始，人行开始（120S）TIMED1EQU 56H;各路右拐开始时间（110S）TIMED2EQU 57H;前行结束提醒（70S）TIMED3EQU 58H;前行结束，人行结束，左拐开始（60S）TIMED4EQU 58H;左拐结束提醒TIMED5EQU 5AH;左拐结束TIMED6EQU

21、 5BH;TIMED7EQU 5CH;SNEQU P1;南北口ENEQU P2;东西口SCANEQU P3;扫描口LEDOUTEQU P0;段码口SNEWFLAGBIT 09H;东西口与南北口转换标志;按键在扫描口的最高位，按一下，全红灯，再按一下，恢复原状态;定时器 T0、T1 溢出周期为 50ms，T0 为秒计数用;*中断入口程序* ORG 0000H ;程序执行开始地址 LJMP START ;跳到标号 START 执行 ORG 0003H ;外中断 0 中断程序入口 RETI ;外中断 0 中断返回 ORG 000BH ;定时器 T0 中断入口地址 LJMP INTT0 ; ORG 0

22、013H ;外中断 1 中断入口14 LJMP INT11 ; ORG 001B ;定时器 T1 中断入口地址 LJMP INTT1 ; ORG 0023H ;串行中断入口地址 RETI ; ; ;*主程序* START: MOV SP,#80H MOV R0,#00H;清零 00H8EH 内存单元MOV R7,#8FHCLEARDISP: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV TIMED0,#78H ;单向最大定时时间，直行开始，人行开始（120S）MOV TIMED1,#6EH ;各路右拐开始时间（110S）MOV TIMED2,#46H ;前行结束提

23、醒（70S）MOV TIMED3,#3CH ;前行结束，人行结束，左拐开始（60S）MOV TIMED4,#0AH ;左拐结束提醒CLR SNEWFLAG ;南北先通行标志位MOV TMOD,#11H ;设置 T0、T1 为 16 位定时器MOV TL0,#0B0H ;50ms 定时器初值（T0 计时用）MOV TH0,#3CH ;50ms 定时器初值MOV TL1,#0B0H ;50ms 定时器初值（T1 闪烁定时用）MOV TH1,#3CH ;50ms 定时器初值JB SCAN.7,SSST ;120s 管理;以下为 60s 管理LCALL DL1MSLCALL DL1MSLCALL DL

24、1MSJB SCAN.7,SSST ;干扰MOV TIMED0,#60 ;单向最大定时时间，从直行开始，人行开始（60S）MOV TIMED1,#55 ;各路右拐开始时间（55S）MOV TIMED2,#35 ;前行结束提醒（35S）MOV TIMED3,#30 ;前行结束，人行结束，左拐开始（30S）MOV TIMED4,#05 ;左拐结束提醒15SSWAIT: JNB SCAN.7,SSWAITLCALL DL1MSLCALL DL1MSLCALL DL1MSJNB SCAN.7,SSWAITSSST:MOV TIME,TIMED0 ;120SLCALL TUNBCDMOV SN,#66H

25、 MOV EW,#55H SETB EA ;总中断开放SETB PX1SETB EX1SETB ET0 ;允许 T0 中断SETB TR0 ;允许 T0 定时器MOV R4,#14H ; 1s 定时用初值（50ms*20）MOV CONR5,#20START1: LCALL DISPLAY ; 调用显示子程序JNB SCAN.7,KEYFUN ;手动状态SJMP START1 ; P1.0 为 1 时跳回 START1KEYFUN: LCALL DISPLAYLCALL DISPLAYJB SCAN.7,START1CLR ET0CLR TR0MOV SN,#056H ; 全车道停，行人通NI

26、V EW,#056HMOV TIME,#00H ;时间显示 0LCALL TUNBCDKEYWAIT:LCALL DISPLAYJNB SCAN.7,KEYWAITKEYY:LCALL DISPLAY ;等待按键按下JB SCAN.7,KEYYLCALL DISPLAY16JB SCAN.7,KEYYKEYWAIT1:LCALL DISPLAY JNB SCAN.7,KEYWAIT1 MOV TIME,TIMED0 ;重新开始计时初值 LCALL TUNBCD CLR SNEWFLAG ;南北先通行标志 SETB TR0 SETB ET0 AJMP START1;*1S 计时程序*INTT0:

27、 PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR TR0 MOV A,#0B7H ;中断响应时间同步修正 ADD A,TL0 ;低 8 位初值修正 MOV TL0,A ;重装初值，修正低 8 位 MOV A,#3CH ;高 8 位初值修正 ADDC A,TH0 MOV TH0,A ;重装初值，修正高 8 位 SETB TR0 DJNZ R4,OUTT00 ;20 次中断未到，中断退出 MOV R4,#14H ; 20 次中断到（1s） ，重赋初值 JB SNEWFLAG,INT22 DEC TIME MOV A,TIME CJNE A,TIMED1,LOOP11 ;判断是否小于 1

28、10sLOOP11: JC LOOP22 ;120110 MOV SN,#66H MOV EW,#55H LJMP OUTT0 ;120110LOOP22: MOV A,TIME CJNE A,TIMED2,LOOP33 ;判断是否小于 70sLOOP33: JC LOOP44 ;11070 MOV SN,#6AH 17 MOV EW,#59H LJMP OUTT0 ;11070LOOP44: MOV A,TIME CJNE A,TIMED3,LOOP55 ;判断是否小于 60sLOOP55: JC LOOP66 ;7060 MOV 20H,SN CPL 04H CPL 00H MOV SN,

29、20H MOV EW,#59 LJMP OUTT0 ;7060LOOP66: MOV A,TIME CJNE A,TIMED4,LOOP77 ;判断是否小于 10sLOOP77: JC LOOP88 ;6010 MOV SN,#99H MOV EW,#59H LJMP OUTT0 ;6010LOOP88: MOV A,TIME JZ OUT88 MOV 20H,SN CPL 06H CPL 02H MOV SN,20H MOV 20H,EW CPL 02H MOV EW,20H LJMP OUTT0 ;7060OUT88: MOV TIME,TIMED0 ;120s 初值 CPL SNEWFL

30、AGOUTT0: LCALL TUNBCDOUTT00: POP PSW POP ACC SETB ET0 RETIINT22: DEC TIME 18 MOV A,TIME CJNE A,TIMED1,LOOP111 ;判断是否小于 110sLOPP111: JC LOOP221 ;120110 MOV EW,#66H MOV SN,#55H LJMP OUTT01 ;120110LOOP221: MOV A,TIME CJNE A,TIMED2,LOOP331 ;判断是否小于 70sLOOP331: JC LOOP441 ;11070 MOV EW,6AH MOV SN,#59H LJMP

31、 OUTT01 ;11070LOOP441: MOV A,TIME CJNE A,TIMED3,LOOP551 ;判断是否小于 60sLOOP551: JC LOOP661 ;7060 MOV 20H,EW CPL 04H CPL 00H MOV EW,20H MOV SN,#59H LJMP OUTT01 ;7060LOOP661: MOV A,TIME CJNE A,TIMED4,LOOP771 ;判断是否小于 10sLOOP771: JC LOOP881 ;6010 MOV EW,#99H MOV SN,#59H LJMP OUTT01 ;6010LOOP881: MOV A,TIME

32、JZ OUT881 MOV 20H,EW CPL 06H CPL 02H MOV EW,20H MOV 20H,SN CPL 02H19 MOV SN,20H LJMP OUTT01 ;7060OUT881: MOV TIME,TIMED0 ;120S 初值 CPL SNEWFLAGOUTT01: LCALL TUNBCD POP PSW POP ACC SETB ET0 RETI;*显示程序*;显示数据在 70H72H 单元内，用 3 位 LED 共阳数码管显示，LEDOUT 口输出段码数据，;SCAN 口作扫描控制，每个 LED 数码管亮 1ms 再逐位循环DISPLAY: MOV R1,

33、#70H ;指向显示数据首地址 MOV R5,#0FEH ;扫描控制字初值PLAY: MOV A,R5 ; 扫描字放入 A MOV SCAN,A ;从 SCAN 口输出 MOV A,R1 ; 取显示数据到 A MOV DPTR,#TAB ; 取段码表地址 MOVC A,A+DPTR;查显示数据对应段码 MOV LEDOUT,A ; 段码放入 LEDOUT 口LOOP6: LCALL DL1MS ; 显示 1ms INC R1 ; 指向下一个地址 MOV A,R5 ; 扫描控制字放入 A JNB ACC.2,ENDOUT ; ACC.2=0 时，一次显示结束 RL A MOV R5,A MOV LEDOUT,#0FFH AJMP PLAYENDOUT: MOV LEDOUT,#0FFH ;一次显示结束，端口复位 MOV SCAN,#0FFH ;端口复位 RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H