硬件系统-单片机系统课程设计方案之交通模拟灯

-PAGE19-硬件系统课程设计报告题目：交通灯控制系统设计学院：信息工程学院专业：计算机092班学生姓名:易小艳熊晶学号：0510指导教师：董丽凤201目录TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc327969988"一、设计目的 4HYPERLINK\l”_Toc327969989”二、设计任务和要求 4HYPERLINK\l”_Toc327969990"2.1设计任务 4HYPERLINK\l”_Toc327969991"2。2设计要求 4HYPERLINK\l”_Toc327969992”三、总体设计及原理分析 4HYPERLINK\l”_Toc327969993"3。1总体设计图 5_Toc327969995”四、硬件设计及其分配 6_Toc327969998”4。3硬件图 115.1、主程序框图 12HYPERLINK\l”_Toc327970001"5.2.中断服务程序框图 12HYPERLINK\l”_Toc327970002"六、程序 12HYPERLINK\l”_Toc327970003”七、调试运行 15HYPERLINK\l”_Toc327970004”7.1keil调试 157。2Proteus中加载。Hex文件并运行 16HYPERLINK\l”_Toc327970006”7。3系统整体运行具体操作 16八、仿真截图 17九、设计心得体会 18HYPERLINK\l”_Toc327970009"十、参考文献 19前言本设计是单片机控制的交通灯控制系统设计，随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注.人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。当前,国内大多数城市正在采用“自动"红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯"三部分组成。现在我们利用“自动控制”控制交通灯的方法.将事先编制好的程序输入单片机,利用单片机的定时、查询、中断功能;能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式,根据具体情况,自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明".一、设计目的1、通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。2、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器及中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。二、设计任务和要求2。1设计任务设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统2.2设计要求利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用LED灯显示倒计时间.1、东西绿灯亮，南北红灯亮2、黄灯亮3、东西红灯亮,南北绿灯亮三、总体设计及原理分析3。1总体设计图人行道人行道人行道人行道人行道人行道人行道图3-1总体设计图3。2设计步骤1）、首先了解实际交通灯的变化情况和规律.假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。初始状态0：为东西绿灯亮,南北红灯亮；然后转状态1：东西绿灯亮黄灯亮,南北红灯亮黄灯亮；过后转状态2：东西红灯亮,南北绿灯亮；再转状态3：东西红灯亮黄灯亮，南北绿灯亮黄灯亮.一段时间后，又循环至状态0。中间可通过中断按钮产生中断,跳入中断程序执行中断。列出交通信号灯的状态表如下：（其中,1代表灯亮，0代表灯灭）表3—1交通信号灯的状态表状态北西南东绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红00011000011001011110011110210000110000131100111100112）、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了,因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。3）、通过编写程序,实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换.4）、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能,实现其功能的扩展。5)．通过脉冲中断编写中断程序，可实现中断.四、硬件设计及其分配4.1AT89C51简介：主要用到的硬件有AT89C51的P1口、P3口，LED数码，、LED发光二级管，定时器T0。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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和闪烁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。AT89C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。图片见下图：图4-1AT89C51引脚图1）．主要特性：

·与MCS—51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命:1000写/擦循环

数据保留时间:10年

·全静态工作：0Hz—24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路2）．管脚说明：

VCC：供电电压。

GND:接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入.并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位.在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3。3/INT1(外部中断1）

P3。4T0(记时器0外部输入）

P3。5T1（记时器1外部输入）

P3。6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入.当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的.然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H—FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）.

XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。3）．振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4）．芯片擦除:

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行.

此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4.2硬件分配：1、P1口：做为输出口，与发光二极管相连接，其状态及对应的十六进制值如下：表4—1方向状态无南北东西十六进制值说明P1。7P1。6P1。5P1。4P1。3P1.2P1。1P1.000010000122H东西绿南北红10011001133H东西绿黄全亮2000011000CH东西红南北绿3000111101EH东西红黄全亮2、P3口中的P3。0(RXD)和P3。1(TXD)作特殊用途,数据（倒计时时间)从RXD端输入,TXD端输出.3、LED发光二极管用来显示灯亮情况。4、定时/计数器T0用来产生1秒的定时5．Led显示器十位与p0相连接,个位与p2连接用来显示时间，下面是LED显示接口及原理.1）LED是发光二极管的英文缩写，LED显示器是由发光二极管构成的，它在单片机中的应用非常普遍。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列形状如图所示。此外,显示器中还有一个圆点型发光二极管以dp表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:2)共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极.使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。3）共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极.使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。4）控制数码管驱动级的控制电路有静态式和动态式两类：5）静态驱动：它是指每个数码管都要用一个译码器译码驱动。6）动态驱动：它是所的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流显示，它的扫描速度极快，因此显示效果与静态驱动相同。7）采用动态数码管显示，可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，就是所谓的分时显示，显示所需要的硬件电路可分时复用。共阴极共阳极符号与引脚图4-2为共阳极与共阴极的代码表表4-2十六进制数字形代码表字型共阳极代码共阴极代码字型共阳极代码共阴极代码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H灭FFH00H880H7FH4。3硬件图图5—1交通灯系统硬件图五、程序框图5.1、主程序框图图6—1主程序框图5.2。中断服务程序框图设置中断返回地址设置中断返回地址中断响应返回图6-2中断服务程序框图六、程序#include<reg52.h>#defineport1P0#defineport2P2sbitgreen1=P1^0;sbitred1=P1^1;sbityellow1=P1^2；sbitgreen2=P1^3;sbitred2=P1^4;sbityellow2=P1^5；unsignedcharflag=0;unsignedcharmun=25;unsignedcharcodetab［]={0x3F，0x06，0x5B,0x4F，0x66,0x6D，0x7D，0x07，0x7F，0x6F｝;voidinit_timer0(void）{ TMOD=0x01; TH0=(65536—50000）/256； TL0=(65536—50000）%256； ET0=1； EA=1; TR0=1;｝voiddisplay（unsignedcharx）｛ unsignedcharm,n; m=x/10; n=x％10； port1=tab［m]; port2=tab[n]；｝voidinit（void）｛ P1=0x00; init_timer0（）;}voidmain（）｛ init(）; while(1） {do { display（mun）； green1=1； red1=0； green2=0; red2=1； } while（mun!=5）； do { if（mun==5） { yellow1=1; yellow2=1; ｝ display（mun); } while（mun!=0)； if(mun==0） ｛ mun=25； yellow1=0; yellow2=0； } do { display（mun）; green1=0; red1=1； green2=1； red2=0； } while(mun!=5）； do { if(mun==5） ｛ yellow1=1; yellow2=1； }; display（mun); ｝while（mun！=0)； if(mun==0) { mun=25; yellow1=0; yellow2=0； } ｝｝voidtimer(void）interrupt1using1{ TH0=(65536-50000)/256； TL0=（65536—50000)%256； flag++； if（flag==20） ｛ flag=0； mun-—; }}：七、调试运行7.1keil调试Keil进入调试状态后,可通过全速运行、停止、单步执行、断点控制程序的运行.调试命令可在Debug菜单下找到。将程序停止在所设置的观察点处,选中所要观察的变量，按右键将其加载到Watch1或Watch2窗口进行变量值的观察，从而检查程序是否有逻辑错误。(watch观察窗口可以通过，View菜单下Watch&CallStackWindow打开）可通过全速运行检验程序运行的情况，判断是否满足设计要求。Keil编译生成的“交通灯.hex"文件，如下图：图8-1keil调试生成。hex文件7.2Proteus中加载.Hex文件并运行调试程序无误后，在Proteus原理图中的单片机上双击，出现图8-1对话框,在Program-〉File中选择工程文件夹中由Keil编译生成的“交通灯.hex”文件(程序二进制代码)，如图8—1,再完成对单片机程序的加载，如图8—2。图8-2Proteus中加载。Hex文件完成程序加载后，则在不使用Keil调试下,点击Proteus的Debug菜单中的“执行"，程序运行结果如图9—1所示。7.3系统整体运行具体操作1、接硬件图接线，为了确保东西南北红黄绿灯能够对应显示，实验时，对P1口的接线做了调整。即，P1.0接绿灯，P1.1接黄灯,P1.2接红灯，P1。3接绿灯,P1.4接黄灯,P1.5接L3红灯2、从0100H单元开始连续运行，观察六个LED灯是否与交通显示情况对应,如果有偏差,则单步运行或断点运行，进行调试,直至满足设计要求.3、调试完灯的显示后,从0100H开始连续运行，观察数码管显示的是否正常，如果不正常，则运用单步运行或断点运行进行分析和调试，直至满足要求.4、整体运行，观察灯显示和时间显示是否都符合要求,如果不符合,则再调试。直至满足要求。八、仿真截图图9—1仿真运行图图9—2中断处理仿真图九、设计心得体会两周的单片机课程设计很快就结束了,在课程设计的这段时间里，我们不仅学到了许多新的知识，而且加深了我对以前学习的理论知识的掌握。以前我们学的东西仅限于课本，对实实在在的应用还比较模糊，这次课程设计有利于同学们学习目的的明确性和主动性。通过这次课程设计