交通灯控制系统

1、河南科技大学课 程 设 计 说 明 书 课程名称 微机化医学仪器原理与接口技术课程设计 题 目 交通灯控制系统设计 学 院 医学技术与工程学院 班 级 生物医学工程121班 学生姓名 莫永健 指导教师 张晓兰 郭静玉 日 期 2015年10月14日 课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称 微机化医学仪器原理与接口技术课程设计 学生姓名 莫永健 专业班级 生医121班 设计题目 交通灯控制系统设计 一、课程设计目的 微机化医学仪器原理与接口技术课程设计是工科院校“生物医学工程”专业对学生进行“能力培养”的重要环节， 又是生物医学工程专业技术人员必须经过的基础训练。微机化医学仪器原理与接口技术

2、 课程设计是课程理论的模拟实践，通过课程设计既要达到巩固课堂所学知识的目的；又要达到培养学生能综合运用所学各种知识， 初步分析问题和解决问题的能力，为毕业设计和今后的实践打下基础。二、设计内容、技术条件和要求 设计内容： 1、 完成简易交通灯控制系统设计的原理图设计； 2、 绘制软件流程图； 3、 设计软件并进行调试； 4、 书写设计说明书。技术条件和要求： 1、利用“单片机课程设计练习系统” 在基本练习的基础上设计软、 硬件系统。要求利用“单片机课程设计练习系统”的单一功能模块， 组合成题目所要求设计内容的新系统。 2、设计交通灯控制系统原理图， 分别控制东西向和南北向的交通灯，用数码管显示

3、秒数； 3、设计软件并进行调试； 4、书写设计说明书， 严格按照学校规定格式完成。3、 时间进度安排 第一周： 进行基础练习， 完成基本的人机界面系统练习及单个功能程序设计； 第二周：按照要求， 完成老师在任务书中下达的设计任务。 第三周：完成设计任务， 撰写说明书并答辩。四、 主要参考文献 1、 MCS-51 单片机应用设计 张毅刚 哈工大出版社2、单片机课程设计指导楼然苗 北京航空航天大学出版社3、单片机原理及接口技术余锡存 电子科大出版社 指导教师签字： 年 月 日.河南科技大学课程设计说明书.目 录摘要.1第一章 Proteus及Keil软件简介.2 1.1 Proteus软件.2 1

4、.2 Proteus功能特点.2 1.3 Proteus电路仿真.31.4 Keil软件.4第二章 交通灯设计方案及硬件设计.5 2.1设计思路.5 2.2 总体方案及结构框图.5 2.3 硬件设计.6第三章 软件设计.11 3.1 系统软件设计.11 3.2 工具介绍.12 3.3 程序模设计.12第四章 系统仿真与调试.14 4.1 电路仿真.14 4.2 系统调试.16总结.17参考文献.18附录1.19摘 要随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。

5、近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键词： 交通灯 单片机AT89C51 数码管 LED灯显示第 1 页 共 25 页.河南科技大学课程设计说明书.第一章 Proteus及Keil软件简介1.1 P

6、roteus软件 Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件

7、三合一的设计其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。1.2 Proteus功能特点 Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真革命性的特点 1.互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2.仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列

8、、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。1.3 Proteus电路仿真 在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连

9、接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯

10、得愈来愈广泛的应用。使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。1.4 Keil软件简介 Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C

11、语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。第 5 页 共 25 页第二章 交通灯设计方案及硬件设计2.1 设计思路 东西、南北两干道交于一个十字路口，各个路

12、口有一个交通灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，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。设南北道比东西道的车流量大。（1）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为25秒。（2）黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。（3）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为30秒。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。2.2 总体方案及结构框图采用标准的AT89C51单

13、片机作为控制器，通行倒计时显示采用2位数码管：外接8255芯片作为键盘和数码管显示的扩展端口：停止、直行及行人四种通行指示灯采用双色发亮发光二极管；数码管显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实时外部中断0完成。按以上系统构架设计，单片机单口资源刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电较少，可靠性能高等特点。设计原理框图如下所示：晶振电路数码管显示单片机AT89C51紧急控制LED模拟灯组图2.2-1 方案原理框图2.3 硬件设计1、主控制系统 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一

14、种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示：图2.3-1 AT89C51外形及引脚图2、晶振电路该设计中选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振的谐振频率，产生的频率是 12MHz。因为晶振与单片机的脚XTAL

15、0和脚XTAL1 构成的振荡电路中会产生偕波,为了电路的稳定性起见，所以晶振所配的瓷片电容为33pf 的。 晶振电路用于产生单片机工作所需要的晶振信号，而时序所研究的是指令执行中各地信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的晶振信号控制下严格地按时序进行工作。晶振电路如下所示：图2.3-2 晶振电路图3、 紧急控制由于只有两种特殊情况，考虑实际应用中的资源浪费问题，此设计只用到两个按键，分别为紧急情况K1 和紧急情况K2。紧急控制按键电路图：图2.3-3 紧急控制电路图4、数码管显示交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等

16、待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全满足系统的要求。两位数码管显示图：图2.3-4 两位数码显示管及引脚图 图中引脚1、2、分别为数码显示选择位，顺序从左至右，低电平有效。引脚A、B、C、D、E、F、G表示的是七段字符，控制数码管显示，高电平有效。引脚DP表示的是小数点，高电平有效。4、 实际信号显示电路根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，每个方向上设置红绿黄 灯，总共 4 组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然。 本系统的交通信号显示电路是

17、6 个LED 灯组成P1.0，P1.1，P1.2，P1.3， P1.4，P1.5，P1.6 分别对应为东西红绿黄和南北红绿黄。每一个LED灯上串一个电阻，对LED 灯过流保护。实际信号显示电路如图所示：图2.3-5 实际信号显示电路第 20 页 共 25 页第三章 软件设计3.1 系统软件设计系统主程序如下：开始东西南北方方向都亮红灯倒计时5.4.3.1南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯倒计时30.29.284南北方向绿灯灭，黄灯闪烁东西方向依旧亮红灯倒计时3.2.1南北方向亮红灯，东西方向亮绿灯倒计时25.24.234东西方向绿灯灭，黄灯闪烁南北方向依旧亮红灯倒计时3.2.1图3.1-1 系统主

18、程序图开机后交通灯都处于红灯5秒状态，随后南北方向通行30秒后变为东西方向通行25秒，如此55秒循环一次，使得东西方向和南北方向交替通行。显示系统则显示到下一次改变通行方向所剩的时间，利于司机调整车辆状况。每到通行方向转换时，正在通行的方向绿灯熄灭，变为黄灯闪烁，提醒司机注意通行方向的改变，避免不必要的危险。3.2 工具介绍 C语言是一门通用计算机编程语言，应用广泛。C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。尽管C语言提供了许多低级处理的功能，但仍然保持着良好跨平台的特性，以一个标准规格写出的C语言程序可在许多电

19、脑平台上进行编译，甚至包含一些嵌入式处理器（单片机或称MCU）以及超级电脑等作业平台。 二十世纪八十年代，为了避免各开发厂商用的C语言语法产生差异，由美国国家标准局为C语言订定了一套完整的国际标准语法，称为ANSI C，作为C语言最初的标准。3.3 程序模设计 1、INTO中断服务程序模设计 INT0与K1连接，另一端与地连接。按下K1，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯，也就是说，东西两个通道不能通车，这是紧急情况，救护车等特殊车辆可以通过。K1与P3.2相接，K2与P3.3相接。按下K2，南北方向亮红灯，东西方向亮绿灯，也就是说，南北两个通道不能通车。K1、K2同时打开，则交通灯恢复正常。2、

20、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3、显示部分数码管的片选部分由P2.0提供,码段部分由P0.0到P0.6控制.其中P2.0控制剩余时间的十位数的显示,P2.1控制剩余时间的个位数的显示,低电平选中。P0.0到P0.7控制分别控制点亮数码段的A段到H段，可以显示不同位数的各个数值。4、源程序代码 用keil软件编写的程序代码： 程序源代码见附录1第4章

21、 系统仿真与调试4.1 电路仿真在此次设计中，用Proteus对硬件部分进行模式。在Proteus中输入原理图后，在单片机中载入C程序生成的hex文件，运行仿真，结果如下： 1、南北绿灯，东西红灯的情形：图4.1-1南北绿灯，东西红灯图 2、南北黄灯，东西红灯的情形：图4.1-2 南北黄灯，东西红灯图3、南北红灯，东西绿灯的情形：图4.1-3 南北红灯，东西绿灯图4.2 系统调试1、调试步骤（1）根据电路图选择器件连接电路。（2）双击AT89C51装入源程序编译生成的HEX文件。（3）单击运行按钮运行仿真。（4）根据仿真情况与程序实现任务对比，对于不能实现的任务修改并调试程序，重新装载重新运行

22、调试仿真，直到能完全实现所要求的功能为止。（5）进一步改进和简化程序在进行调试仿真。2、调试结果（1）开机，东西南北方方向都亮红灯倒计时5.4.3.1。（2）南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯倒计时30.29.284。（3）南北方向绿灯灭，黄灯闪烁东西方向依旧亮红灯倒计时3.2.1。（4）南北方向亮红灯，东西方向亮绿灯倒计时25.24.234。（5）东西方向绿灯灭，黄灯闪烁南北方向依旧亮红灯倒计时3.2.1.开机后交通灯都处于红灯5秒状态，随后南北方向通行30秒后变为东西方向通行25秒，如此55秒循环一次，使得东西方向和南北方向交替通行。 经过调试运行，交通灯控制系统能够能正常工作，且红绿灯及数码

23、管能够按照预期的设计显示运行，达到本次课程设计的目的。总 结通过交通灯控制系统的课程设计，在短短三周的时间里，使用单片机进行交通灯的控制，实现了简易交通灯控制系统。同时掌握了一些Proteus仿真电路的知识。本次课程设计，对我们刚学习课程设计有很大的提高，课程设计书如何撰写，对课程设计有了一定的掌握。微机原理编程和撰写程序代码的能力也有了一定的提高。这次课程设计，我们进步了很多，课堂上的知识能的运用到实际，对知识更进一步掌握和运用。交通灯是我们生活中非常常见的一种东西，在这里我们设计的交通灯仅仅只是模拟现实中的情况。此设计最大的优点就是实现智能化控制，不需要人为。同时，它的缺点是系统稳定性不是

24、很好。通过这次交通灯的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力，使我在单片机的基本原理、单片机应用学习过程中，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。希望能为以后的工作学习打下基础。由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流得到解决。第 34 页 共 25 页参考文献1 童诗白 华成英主编模拟电子技术（第四版)北京：高等教育出版社20062 张毅刚主编MCS-51单片机应用设计北京：哈尔滨工业大学出版社20103 邱关源 罗先觉电路（第五版）北京：高等教育出版社，20064 刘欣亮 李敏普杰信 C语言程

25、序设计北京：电子工业出版社，20135 王敏等编著单片机原理及接口技术北京：清华大学出版社，220136 李群芳 肖看 张士军单片微型计算机与接口技术（第4版）北京：电子工业出版社，20127 张唯真主编生物医学电子学北京清华大学出版社，2012.8 余锡存主编单片机原理及接口技术北京电子科大出版社2009.附录1 源程序代码： #include/头文件#define uchar unsigned char/宏定义#define uint unsigned int/宏定义sbit RED_ZHU = P10;sbit YELLOW_ZHU = P11;sbit GREEN_ZHU = P12;

26、sbit RED_ZHI = P13;sbit YELLOW_ZHI = P14;sbit GREEN_ZHI = P15; uint aa, bai,shi,ge,bb;/*数码管显示0-9*/uint code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/*子函数声明*/void delay(uint z);void delay0(uint z);void display(uint ge,uint shi);void xtimer0();void check();void init1();void init2();voi

27、d init3();void init4();void init5();void xint0();void xint1();void GREEN_ZHU_ON();void GREEN_ZHI_ON();void main()EA=1;/开中断EX0=1;/允许外部中断INT0中断IT0=0;/定义INT0触发方式PX0=1;/中断优先级高EX1=1;/允许外部中断INT1中断IT1=0;/定义INT1触发方式PX1=1;/中断优先级高check();/开机自检 init1();/第1个状态 while(1) init2();/第2个状态 init3();/第3个状态 init4();/第4个

28、状态 init5();/第5个状态 void init1()/第一个状态：主干道、支干道均亮红灯5S int temp;temp=6;/变量赋初值TMOD=0x01;/定时器T0工作于方式1TH0=0x4c;TL0=0x00;/定时器赋初值EA=1;/开中断ET0=1;/开定时中断TR0=1;/开定时器T0while(1)RED_ZHU=0; RED_ZHI=0;GREEN_ZHU=1;GREEN_ZHI=1;YELLOW_ZHU=1;YELLOW_ZHI=1;if(aa=20)/定时20*50MS=1Saa=0;/定时完成一次后清0temp-;/变量自减if(temp0)break;shi=

29、temp%100/10;/显示十位ge=temp%10;/显示个位 display(ge,shi);void init2()/第二个状态：主干道亮绿灯27S、支干道亮红灯int temp;temp=31;/变量赋初值TMOD=0x01;/定时器T0工作于方式1TH0=0x4c;TL0=0x00;/定时器赋初值EA=1;/开中断ET0=1;/开定时中断TR0=1;/开定时器T0while(1) RED_ZHU=1;RED_ZHI=0;GREEN_ZHU=0; GREEN_ZHI=1;YELLOW_ZHU=1; YELLOW_ZHI=1;if(aa=20)/定时20*50MS=1Saa=0;/定时

30、完成一次后清0temp-;/变量自减if(temp=3)break;shi=temp%100/10;/显示十位ge=temp%10;/显示个位display(ge,shi);void init3()/第三个状态：主干道黄灯闪烁、支干道红灯闪烁int temp;temp=4;/变量赋初值TMOD=0x01;/定时器T0工作于方式1TH0=0x4c;TL0=0x00;/定时器赋初值EA=1;/开中断ET0=1;/开定时中断TR0=1;/开定时器T0while(1)GREEN_ZHU=1;if(aa=20)/定时20*50MS=1Saa=0;/定时完成一次后清0temp-;/变量自减YELLOW_Z

31、HU=YELLOW_ZHU;RED_ZHI=RED_ZHI;if(temp0)break;shi=temp%100/10;/显示十位ge=temp%10;/显示个位 display(ge,shi);void init4()/第四个状态：主干道亮红灯、支干道亮绿灯22S int temp;temp=26;/变量赋初值TMOD=0x01;/定时器T0工作于方式1TH0=0x4c;TL0=0x00;/定时器赋初值EA=1;/开中断ET0=1;/开定时中断TR0=1;/开定时器T0while(1)RED_ZHU=0; RED_ZHI=1;YELLOW_ZHU=1; GREEN_ZHI=0;if(aa=20)/定时20*50MS=1Saa=0;/定时完成一次后清0temp-;/变量自减if(temp=3)break;shi=temp%100/10;/显示十位ge=temp%10;/显示个位 display(ge,shi);void init5()/ 第五个状态：主干道红灯闪烁、支干道黄灯闪烁int temp;temp=4;/变量赋初值TMOD=0x01;/定时器T0工作于方式1TH0=0x4c;TL0=0x00;/定时器赋初值EA=1;/开中断ET0=1;/开定时中断TR0=1;/开定时器T0whil