交通灯系统课程设计

1、广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文） 课程名称 微机原理与单片机综合设计与实践 题目名称 交通灯控制系统设计 学生学部（系） 机电与信息工程学部 专业班级 11电气1班 学 号 12031101001 学生姓名 指导教师 黄淑芬 2014年 5 月 26 日广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书题目名称交通灯控制系统设计学系学部机电与信息工程学部专业班级11电气1班姓 名学 号12031101034一、课程设计（论文）的内容以AT89C51单片机为核心，设计交通灯控制电路。具体要求：1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间

2、段开通，循环往复2.若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态;3.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；4.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。二、课程设计（论文）的要求与数据1、系统框图、方案论证；2、各部分的硬件电路原理图及功能说明；3、程序流程图及分析；4、系统调试与分析；5、源程序清单。三、课程设计（论文）应完成的工作1. 完成硬件和软件设计，绘出电路原理图；2. 完成课程设计报告的撰写。四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1收集单片机等相关资料，确定设计方案校内2014年5月26日2进行硬件和软

3、件设计，绘出电路原理图校内2014年5月27日5月30日3进行课程设计报告的撰写校内2014年5月31日、6月1日五、应收集的资料及主要参考文献1 李全利. 单片机原理与应用技术M.高等教育出版社,20082 杨建良. 数字电子技术基础M.武汉大学出版社,20073 谭浩强. C语言程序设计M.清华大学出版社,2008发出任务书日期： 2013年 05月23日 指导教师签名：计划完成日期： 2013年 06月01 日 教学单位责任人签章：目 录第1章 绪论.11.1 交通灯的重要作用.11.2 该交通灯系统的特点.1第2章 系统概况.22.1 交通灯结构图.22.2 设计功能.22.3 交通灯

4、控制系统各部分硬件组成.2 2.4 元器件清单.3第3章 交通灯控制系统.43.1 8051单片机简介.43.2 89051部分关联功能简介.53.3 交通灯的总电路图.6第4章 软件设计.6 4.1 交通灯控制系统软件流程图及程序分析.7 4.2 路口指示灯部分.9 4.3 程序设计代码.9参考文献.12 交通灯控制系统的设计摘 要：本设计是在熟练掌握单片机及其仿真系统使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理等课程方面的知识，设计一个采用AT89S52单片机控制的交通灯控制电路。该设计结合实际情况给出了一种简单低成本城市交通灯控制系统的硬件及软件设计方案、各个路口交通灯的状态循环显示，并

5、对程序流程图进行详细讲解分析。硬件的设计采用89ATS52单片机为核心器件。并辅助复位电路，驱动电路。通过中断扩展实现交通灯系统特殊情况的转换。软件设计部分分为一个主程序和两个中断子程序，开始时候南北可通行，K0复位，K1则东西南北都不能通行，K3转换通行道路。十字路口的交通灯在工作时应具有如下特点:红灯表示该条道路禁止通行；黄灯表示该条道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。 关键字：单片机；交通灯；程序第1章 绪论 1.1 交通灯的重要作用交通灯在城市交通中起着重要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。如今随着人们生活水平的提

6、高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识，设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。 1.2 该交通灯系统的特点本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。第2章 系

7、统概况 2.1 交通灯结构图单 片机AT89C51数据信号复位电路电路振荡电路交通灯图（1）系统原理框图调时、紧急情况处理根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图（1）所示。 2.2 设计功能1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间段开通，循环往复2.若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态;3.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；4.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。2.3 交通灯控制系统各部分硬件组成2.3.1 复位部分复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与

8、按钮复位的组合，当振荡频率是6MHz时，电容C取22uf, R取1K，Rs取200左右。上电瞬间复位端（RST/Vpd）的电位与Vcc相同，随着充电电路电流的减少，RST/Vpd的电位下降，最后为0V，当按钮按下后，电源Vcc通过电阻R，施加在单片机复位端RST/Vpd上实现复位，电路连接图如下图: 2.3.2时钟电路部分本系统采用内部时钟产生方式：在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。晶振采用12MHz的振荡频率和两个30Pf瓷片电容C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。其电路如下图： 2.3.2 路口指示灯部分采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代表路口的交

9、通灯。其中每两组控制一个路口,具体时序如下表:方向灯色东西南北红灯54黄灯11绿灯342.4 元器件清单 如下表：器件名称型号大小数量单片机AT89S521晶振12MHz1逻辑芯片74LS04/74LS86各一个电容10uF1电容30pF2电阻1K3电阻51012发光二极管红4黄4绿4开关按键式4第3章 交通灯控制系统 3.1 8051单片机简介 89051部分管脚定义Vss ：地Vcc ：电源：提供掉电、空闲、正常工作电压P0.0-0.7 ： P0 I/O 口 - P0 口是开漏双向口，可以写为1 使其状态为悬浮用作高阻输入。P0 也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存

10、储器时作数据总线，此时通过内部强上拉输出1。P1.0-1.7 ： P1 I/O 口 - P1 口是带内部上拉的双向I/O 口，向P1 口写入1时，P1 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P1 口会因为内部上拉而输出电流(见DC 电气特性)。 P1 口第2 功能：T2(P1.0) 定时/计数器2 的外部计数输入/时钟输出(见可编程输出)T2EX(P1.1) 定时/计数器2 重装载/捕捉/方向控制P2.0-2.7 ： P2 I/O 口 - P2 口是带内部上拉的双向I/O 口，向P2 口写入1时，P2 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P

11、2 口会因为内部上拉而输出电流(见DC 电气特性)。 在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16 位地址(MOVX DPTR)，此时通过内部强上拉传送1。 当使用8 位寻址方式(MOVRi)访问外部数据存储器时，P2 口发送P2 特殊功能寄存器的内容。RST ： 复位 当晶振在运行中，只要复位管脚出现2 个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到Vss 仅需要外接一个电容到Vcc ，即可实现上电复位。PSEN ：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时，PSEN 每个机器周期被激活两次，在访问外部数据存储器时PSEN无效，访问内部程序存储器时PSEN 无效。XTAL1 ：晶体

12、1 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。XTAL2 ：晶体2 反相振荡放大器输出。3.2 89051部分关联功能简介（1） 复位在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平12 时钟模式为24 个振荡器周期6，时钟模式为12 振荡器周期可实现复位为了保证上电复位的可靠，RST 保持高电平的时间至少为振荡器启动时间（通常为几个毫秒）再加上两个机器周期。复位后，振荡器以12 时钟模式运行当已通过并行编程器设置为6 时钟模式时除外。（2） 振荡器特性XTAL1 和XTAL2 为输入和输出，可分别作为一个反相放大器的输入和输出。此管脚可配置为使用内部振荡器。要使用外部时钟源驱动器件时，XT

13、AL2 可以不连接而由XTAL1 驱动。外部时钟信号无占空比的要求，因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。但高低电平的最长和最短时间必须符合手册的规定。（3） 定时器0 和1 的操作定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD 的控制位进行选择。这两个定时/计数器有4 种操作模式，通过TMOD 的M1 和M0 选择。两个定时/计数器的模式0、 1 和2 都相同模式3 不同。（4）中断本器件提供6 个中断源。外部中断INT0 和INT1 可根据寄存器TCON 中的IT0 和IT1 位状态分别设置为电平或者边沿触发。实际产生的中断标志是TCON 中的位IE0 和IE1。 当产生外部中断时，如果是边

14、沿触发，进入中断服务程序后由硬件清除中断标志位。如果中断是电平触发，由外部请求源而不是由片内硬件控制请求标志。定时器0 和定时器1 中断由TF0 和TF1 （分别由各自的定时/计数寄存器控制，定时器0 工作在模式3时除外）产生。当产生定时器中断时，进入中断服务程序后由片内硬件清除标志位。8（P12-15）3.3 交通灯的总电路图交通灯的总电路图如下图所示（图中省略了复位电路及驱动电路）：第4章 软件设计开始初始化AT89C52东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，延时南北方向剩余时间1S？东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪亮，延时南北方向剩余时间0S？东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，延时东西方向剩余时间

15、1S？东西方向黄灯闪亮，南北方向红灯亮，延时东西方向剩余时间0S？图（5）主程序流程图4.1 交通灯控制系统软件流程图及程序分析4.1.1 主程序流程图及程序模设计该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图（5）所示（南北方向的交通灯为例）：（1） 东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。表示东西方向车道上的车辆禁止通行，南北方向车道允许通行。绿灯亮足规定的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。 （2）东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯闪亮。表示南北方向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西方向车道禁止通行。黄灯闪亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到

16、下一工作状态。（3）东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮。表示东西方向车道允许通行，南北方向车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）东西方向车道黄灯闪亮，南北方向车道红灯亮。表示南北方向车道禁止通行，东西方向车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯闪亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。 4.1.2 INT0中断服务程序流程图及程序模设计开始初始化T0P3.2=0？P2.4=0？东西南北方向灯全红P2.5=0？P2.6=0？中断返回东西方向加1S南北方向减1S图（6）中断服

17、务流程图INT0与K2连接，另一端与地连接。按下K2，东西南北四个方向全红，也就是说，东西南北四个通道都不能通车，这是紧急情况，但救护车等特殊车辆可以通过。K0与AT89C52的25管脚相连。K1与P2.5相接，K3与P2.6相接，K2与P3.2相接。在按下K2的前提下，按按下K0，如果3秒中之内没有按键，则交通灯恢复正常。50ms中断计算方法(适用于12MHz晶振): T0的计数初值：X0=M-计数值2 =M-Tc/TP =M-(Tcfosc)/12 =65536-(50ms1SMHz/12) =15536 15535 =3CB0H其中4E.0H单元存放3s钟控制标志位,4F.0H单元存放1

18、s控制标志位;4D.0单元存放0.5秒控制标志位60H和61H单元分别存放产生1s和3s的中断次数,当它们单元中的值为零时,分别表示1s和3s到,对4E.0H单元和4F.0H单元进行置1,62H单元用于产生0.5秒由于采用工作模式1,所以每次中断后,一定在中断程序中重装记数初值.4.2 路口指示灯部分用P1端口作为输出端口,用P1.0到P1.5端口分别控制东西和南北两组灯的状态低电平点亮,具体端口功能如下:P1.0控制东西红灯的亮灭P1.1控制东西绿灯的亮灭P1.2控制东西黄灯的亮灭P1.3控制南北红灯的亮灭P1.4控制南北绿灯的亮灭P1.5控制南北黄灯的亮灭具体的程序我们以点亮东西红灯东南北

19、绿灯为例: MOV P1, #0EEH其余部分根据硬件不同而修改#0EEH的值.4.3 程序代码如下： ORG 0000H LJMP MAIN ;转向主程序 ORG 0003H LJMP INTT0 ;转向紧急车辆中断服务程序 ORG 0013H LJMP INTT1 ;转向有车车道中断服务程序 ORG 0200H MAIN:MOV SP,#30H SETB PX0 ;置外部中断0为高优先级中断 MOV TCON,#00H ;置外部中断0、1为电平触发 MOV TMOD,#10H ;置定时器1为方式1 MOV IE,#85H ;开CPU中断，开外中断0、1中断 LOOP: MOV P1,#0F

20、3H ;A道绿灯放行，B道红灯禁止 MOV R1,#90 ;置0.5秒循环次数（0.590=45S） DIP1: ACALL DELAY ;调用0.5秒延时子程序 DJNZ R1,DIP1 ;45秒不到继续循环 MOV R1,#06 ;置A绿灯闪烁循环次数 WAN1: CPL P1.2 ;A绿灯闪烁 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN1 ;闪烁次数未到继续循环 MOV P1,#0F5H ;A黄灯警告，B红灯禁止 MOV R1,#04H ;置0.5秒循环次数（0.54=2S） YL1:ACALL DELAY DJNZ R1,YL1 ;2秒未到继续循环 MOV P1,#0DEH ;A红

21、灯，B绿灯 MOV R1,#32H ;置0.5秒循环次数（0.550=25S） DIP2: ACALL DELAY DJNZ R1,DIP2 ;25秒未到继续循环 MOV R1,#06H WAN2: CPL P1.5 ;B绿灯闪烁 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN2 MOV P1,#0EEH ;A红灯，B黄灯 MOV R1,#04H YL2: ACALL DELAY DJNZ R1,YL2 AJMP LOOP ;循环执行主程序 INTT0:PUSH P1 ;P1口数据压栈保护 PUSH ACC ;ACC寄存器压栈保护 PUSH TH1 ;TH1压栈保护 PUSH TL1 ;TL1

22、压栈保护 MOV P1,#0F6H ;A、B道均为红灯 MOV R2,#40 ;置0.5秒循环初值(20S) DEY0: ACALL DELAY DJNZ R2,DEY0 ;15秒未到继续循环 POP TL1 ;弹栈恢复现场 POP TH1 POP ACC POP P1 RETI ;返回主程序 INTT1: CLR EA ;关中断 PUSH P1 ;压栈保护现场 PUSH ACC PUSH TH1 PUSH TL1 SETB EA ;开中断 JB P3.0,BOP ;A道无车转向B道 MOV P1,#0F3H ;A道绿灯，B道红灯 SJMP DEL1 ;转向15秒延时 BOP: JB P3.1,EXIT ;B道无车退出中断 MOV P1,#0DEH ;A红灯，B绿灯 DEL1: MOV R5,#30 ;置0.5秒循环初值(15S) NEXT: ACALL D