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1、0单片机课程设计报告单片机课程设计报告题题 目目 5151 交通灯的设计交通灯的设计 专专 业业 班班 级级 学学 号号 学生姓名学生姓名 1基于基于 5151 单片机的交通灯控制系统设计单片机的交通灯控制系统设计摘要摘要：在日常生活中，交通信号灯的使用，市交通得以有效管理，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。交通灯控制系统由89C52 单片机、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有 LED 信息显示功能，使交通实现有效控制。关键词：关键词：交通灯，单片机，自动控制1 1、引言引言当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效
2、的手段。但这个技术在 19 世纪就已经出现了。1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般手势信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的会议大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，是警察受伤，遂被取消！电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成，1914 年始装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行” 。信号灯的出现，使得交通
3、得以有效的管理，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标2志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯时通行信号灯，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正在路口内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路口！二、概要设计二、概要设计2.12.1 设计思路设计思路利用单片机实现交通灯的控制，该任务分以下几个方面：a 实现红、绿、黄
4、灯的循环控制，并且交通灯系统带有左转信号灯。要实现此功能需要表示三种不同颜色的共 16 个 LED 灯，每两个一组分别接在 51 单片机的不同管脚，用软件实现控制。b 用数码管显示倒计时。采用 2 个两位共阳极数码管，利用动态显示，通过单片机 IO 口控制位选，段选动态显示时间情况。C 实现急通车。这需要人工实现，编程时利用到中断才能带到目的，只要有按钮按下，那么四个方向全部显示红灯，禁止以诶车辆通行。当情况解除，让时间回到只能隔断处继续进行。2.22.2 设计的主要内容和要求设计的主要内容和要求交通灯处在十字路口上。它有红黄绿三种颜色的灯组成。红灯亮时道3路上的车辆停止运行；黄灯是一种过渡用
5、的信号灯，当它亮时，表示道路上的红绿色信号灯即将进行转换。下面拿东西南北四个方向来说明。当东西方向允许行车（或者左转）的时候，南北方向就禁止行车，即此时东西方向的绿灯亮红灯灭，而南北方向的绿灯灭红灯亮。反之当南北方向允许行车（或者左转）的时候，东西方向就禁止行车，即此时南北方向的绿灯亮红灯灭，而东西方向的绿灯灭红灯亮。交通灯配置示意图如图 1 所示。同时当有特殊的情况发生时，能手动控制各个方向的信号灯。设计任务就是将这一电路用单片机来实现具体的控制。数码管北西南绿直行数码管北黄灯缓红灯停绿左转东图 1 十字路口交通灯配置示意图42.32.3 总体设计框图总体设计框图见图 2：交通灯循环最小系统
6、倒计时显示紧急情况控制图 2三、三、 硬件设计硬件设计3.1LED3.1LED 循环电路设计循环电路设计89C52 单片机概述MCS-51 单片机内部结构：589C52 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，现在以这一代表性的机型进行系统的讲解。89C52 单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM） 、数据存储器（RAM） 、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等极大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。89C52主要功能特性： 标准标准 MCS-51MCS-51内核和指令系统内核和指令系统 片内片内8kROM8kROM（可扩充（可扩充64kB64kB 外部存储器）外部存储器）
7、 3232个双向个双向 I/OI/O 口口 256x8bit256x8bit 内部内部 RAMRAM（可扩充（可扩充64kB64kB 外部存储器）外部存储器） 3 3个个1616位可编程定时位可编程定时/ /计数器计数器 时钟频率时钟频率3.5-12/24/33MHz3.5-12/24/33MHz 向上或向下定时计数器向上或向下定时计数器 改进型快速编程脉冲算法改进型快速编程脉冲算法 6 6个中断源个中断源 5.0V5.0V 工作电压工作电压 全双工串行通信口全双工串行通信口 布尔处理器布尔处理器帧错误侦测帧错误侦测 4 4层优先级中断结构层优先级中断结构自动地址识别自动地址识别 兼容兼容 T
8、TLTTL 和和 CMOSCMOS 逻辑电平逻辑电平 空闲和掉电节省模式空闲和掉电节省模式 PDIP(40)PDIP(40)和和 PLCC(44)PLCC(44)封装形式封装形式单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。6MCS-51 系统的引脚说明：MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，图 3 是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和底线两根，外置石英振荡器
9、的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 Y1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 GNDPDIPVCC P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 EA/VPP ALE/PROG PESN P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2
10、.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A840 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 211 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20图 389C51 的复位方式可以自动复位，也可以是手动复位，见下图。除此之外，RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可以接上没用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。7在编程时，EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压。3.23.2 LEDLED 循环说明循环说明为了便于
11、说明，不妨将东西方向允许直行命名为状态 1，东西方向允许左转命名为状态 2，东西方向行车到南北方向行车的转换阶段命名为状态 3，将南北方向允许直行命名为状态 4，南北方向允许左转命名为状态 5，南北方向行车到东西方向方向行车的转换阶段命名为状态 6。假定左转绿灯点亮的时间为 25s，直行绿灯点亮的时间为 20s，黄灯点亮的时间为 5s，则对方红灯的点亮时间为 50 秒。黄灯每隔 500ms 亮一次，之后灭 500ms（亮灭一次叫作闪烁一次） ，一共闪烁 5 次，持续 5s。各个状态之间的变换情况如下：状态 1 状态 2 状态 3 状态 4 状态 5 状态 6 状态 1具体显示周期如下：图 42
12、5s20s5s50s 状态 1状态 2状态 3状态 4状态 5状态 6东西路口直行 绿灯亮左转 绿灯亮黄灯亮 缓行红灯亮禁行南北路口红灯亮禁行直行 绿灯亮左转 绿灯亮黄灯亮 缓行50s25s20s5s83.33.3 单片机单片机 I/OI/O 口控制交通灯电路口控制交通灯电路protelprotel 电路原理图：电路原理图：LED 灯采用共阳极接法，所有的 LED 灯阳极都接在 5V 电压一端，加上限流电阻，阴极接单片机的 IO 口，当 IO 口输出低电平时 LED 亮，通过设置不同的输出来改变 LED 的亮灭，实现交通灯的控制。9上图为 51 单片机的最小系统，包括 51 的晶振电路和上电复
13、位电路。3.43.4 倒计时显示电路倒计时显示电路ProtelProtel 电路原理图：电路原理图：数码管采用共阳极数码管，位选端口直接接在 IO 口上，段码端口通过 8 个上拉电阻接在 IO 口上，通过 IO 口控制数码管显示时间。 3.43.4 紧急情况按钮电路紧急情况按钮电路 为了实现此功能，利用单片机中断达到目的。利用一个手动开关接至单片机外部中断 0，同时在软件设计时将其设为最高优先级。当开关闭合，四方全为红灯。当开关打开，回到原来的位置继续执行，电路图如下图。103.53.5 整体电路图整体电路图ProtelProtel 电路原理图：电路原理图：上图是利用 protel99se 做
14、出的整体设计原理图11ProtelProtel 电路原理图的电路原理图的 PCBPCB 图：图：上图是利用 protel99se 做出的 51 交通灯的印制电路板 PCB 图。12印制电路板印制电路板 3D 效果图：效果图：上图是利用 Altium Designer 09 打开 PCB 图做出的印制电路板 3D 效果图。13ProteusProteus 仿真电路图：仿真电路图：上图是利用 proteus7.5 搭建的 51 交通灯仿真电路，截图状态为仿真运行开始状态。14四四 软件按设计软件按设计4.14.1 程序流程图：程序流程图：154.24.2 LEDLED 红绿灯显示红绿灯显示当 P1
15、 端口输出高电平，即 P1 各端口=1 时，根据发光二极管的单向导电性可知，这是发光二极管熄灭；当 P1 个端口输出低电平，即 P1 各端口=0 时，发光二极管亮。通过设置 P1 口不同时段输出电平的不同来控制发光二极管模16拟交通灯的各种状态。4.34.3 倒计时显示倒计时显示数码管的显示采用共阳极数码管的动态显示，通过 P2 口的 P2.0 至 P2.3分别控制东西南北方向的数码管位选信号，然后通过 P0 口作为数码管的段选信号，通过位选信号的分时选择来控制数码管的个位，十位分别显示，又由于这期间的时间间隔很短，所以我们看起来数码管的个位十位是同时亮的。然后利用定时器倒计时，通过数码管显示
16、出来。4.44.4 急通车控制急通车控制将一按钮接到单片机外部中断 0 端口。另一端接地，通过在程序里设置外部中断 0 为最高优先级。当检测到有按钮按下时，产生中断，停止刚才的程序，转向中断执行。4.54.5 程序代码程序代码见附录。五五 总结总结单片机是一门强调实践的课程，在学习单片机理论课时候就感觉到内容很多，知识点很杂，分繁琐。虽然老师的课上得不错，但是对于单片机内部结构17还不是很理解。不过单片机综合设计这门课程给了我们一次实践的机会。通过这次设计逐渐了解了单片机的内部构造和工作原理，以及接外部电路的情况。通过实际动手去实践。真正把课堂上所学的用到日常生活中，理论联系实际，做出实物模型。这次单片机实习，我选的是交通灯设计，从代码的编写，做仿真到画电路原理图，PCB 图，到
