设计题目 交通灯控制器设计

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1、广西科技大学单片机技术课程设计报告课 程： 单片机技术 题 目： 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 成绩评定设计报告得分 S1： (百分制)平时考勤得分 S2： (百分制)问题回答得分 S3： (百分制)总成绩：总成绩： (S10.6+S20.2+ S30.2)指导教师签字 年 月 日摘要摘要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于 1918 年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明

2、家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制 LED 灯模拟指示。模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。以 89C52 单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。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。和复位电

3、路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键词：交通灯关键词：交通灯 单片机单片机 数码管数码管目录目录1.1.概述概述12 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计.22.1 设计内容.22.2 设计要求.22.3 总体设计思想.22.4 设计参考.22.5 知识点准备.23 3 各模块设计各模块设计.3 3.1 设计项目简介.33.2 总体设计.33.3 硬件设计.33.4 软件设计.94 4 软件仿真软件仿真.125 5 课程设计体会课程设计体会.13参考文献参考文献.14附录一程序清单附录一程序清单.15 附录二系统原理图附录二系统原理图.211 1 概述概述自从 185

4、8 年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，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。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 AT89C52 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

5、、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。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计2.1 设计内容 交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制 LED 灯模拟指示。模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。以 89C52 单片机为核心芯片，采用中 断方式实现控制。 （1）数码管选用 2 位共阴极显示的数码管，共 4 个； （2）东西通行时间为 80s，南北通行时间为 60s，缓冲时间为 3s； 2.2 设计要求设计单片机最小系统（包括复位按钮、晶振电路等）； 绘

6、制实现本设计内容的硬件电路（原理图），系统的组成框图。 相应的控制状态表； 编写本课程设计内容的软件设计（包含程序流程图和对程序注释）。 硬件实验部分可用 Proteus 仿真软件实现。 2.3 总体设计思想（供参考） 利用定时器 T0 产生每 10ms 一次的中断，每 100 次中断为 1s； 对两个方向分别显示红、绿、黄灯的剩余时间即可； 用 MAX7219 芯片实现共阴极显示驱动； A 方向的红灯时间=方向的绿灯时间+黄灯缓冲时间。 2.4 设计参考 交通灯控制器设计有电源电路、单片机主控电路、显示电路、信号灯电路 等组成，如图 1 所示： 2.5 知识点准备： +5V 电源原理及设计；

7、MAX7219 工作原理； 单片机复位电路工作原理及设计（元件选择的依据）； 单片机晶振电路工作原理及设计（元件选择的依据）； 数码管显示特性、驱动设计及应用； LM1602 液晶显示屏特性、驱动设计及应用； 89C51 单片机引脚资源、引脚分配等； 单片机汇编语言及程序设计（中断、延时子程序的设计）。3 3 各模块设计各模块设计3.1 设计项目简介 功能：交通灯控制器，通过单片机控制交通灯和数码管，实现 4 路口交通灯的正确亮灭，并能显示发亮交通灯发亮状态的剩余时间。东西通行时间为 80s，南北通行时间为 60s，缓冲时间为 3s。 类似产品简介： 基于数字电子技术设计的交通灯控制器：元器件

8、多而复杂，连线复杂易出错，设计困难，且功耗较大，不经济，不利于节约环保。 基于 PLC 技术设计的交通灯控制器：设计程序简单易懂，但价格较贵，不经济。 项目特色：通过单片机控制，进行模块化处理，体积小，功耗低，元器件 少且简单，价格实惠，功能齐全，能够实现正常显示，而不会出现 4 路口交通 灯混乱的情况，时间显示正常。 3.2 总体设计 总体设计模式图：AT89C52 单片 机控制中心MAX7219 控制 模块路口数字显示模 块4 路口交通灯 模块用一片 AT89C52 单片机控制 4 路口交通灯的亮灭。单片机发送地址、数据 信息给 MAX7219，通过 MAX7219 控制数码管的时间显示。

9、 3.3 硬件设计硬件原理图：晶振模块复位模块块数字显示模块交通灯模块MAX7219 模块单片机中心模块电路图：硬件选型及相关依据： AT89C52：4 组 8 位 I/O 输入/输出端口，可满足控制所需 I/O 口数目要求。 可外接时钟电路，有复位管脚，接复位电路可实现复位功能。接 5V 高电平， 功耗小，价格低。 MAX7219：串行输入，16 位并行输出，可控制 8 位八段数码管显示。满足 设计中的四位控制要求。 4 组 2 位共阴数码管：4 路口两位数显示，满足所需，易实现控制。 4 个 LED-GREEN：10mA 额定电流，2.2V 额定电压，用于模拟十字路口绿 灯亮灭显示。 4

10、个 LED-YELLOW：10mA 额定电流，2.0V 额定电压，用于模拟十字路口 黄灯亮灭显示。 4 个 LED-RED：10mA 额定电流，2.0V 额定电压，用于模拟十字路口红灯 亮灭显示。 4 个 280 电阻、8 个 300 电阻：由 VCC=V+IR，（VCC：5V；I：LED灯额定电流；V：LED 灯额定电压）计算出电阻大小。 9K 电阻 1 个：MAX7219 的 18 管脚接高电平时串联电阻。 12MHZ 晶振 1 个、30pf 电容 2 个：根据经验，12M 晶振与 2 个 30p 电容 并联构成外部时钟振荡电路。 10K 电阻 1 个、1K 电阻 1 个、10uf 电解电

11、容 1 个、1 个按键：构成单 片机复位电路。电容放电时间 =RC=10K10uf=0.1s21/12M=s（2 个时钟周期）， 即电容放电时间大于 2 倍的时钟周期，即可实现复位。 AT89C52 简介： AT89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。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

12、芯片中，ATMEL 的 AT89C52 是一种高效微控制 器，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。 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。 MAX7219 芯片简介： MAX7219 是 MAXIM 公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯 片，一片 MAX7219 可驱动 8

13、个 7 段（包括小数点共 8 段）数字 LED、LED 条线图形显示器、或 64 个分立的 LED 发光二级管。该芯片具有 10MHz 传输 率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED 的段电流。它的操作很简单，MCU 只需通过模拟 SPI 三线接口就可以将 相关的指令写入 MAX7219 的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择 多种译码方式和译码位。此外它还支持多片 7219 串联方式，这样 MCU 就可 以通过 3 根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管 显示。MAX7219的外部引脚分配如图 1 所示及内部结构如上图所示。各引脚的

14、功能为：DIN：串行数据输入端DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展LOAD：装载数据输入CLK：串行时钟输入DIG0DIG7：8 位 LED 位选线，从共阴极 LED 中吸入电流SEG ASEG G DP 7 段驱动和小数点驱动ISET： 通过一个 10k 电阻和 Vcc 相连，设置段电流 MAX7219 有下列几组寄存器： 译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描 界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄 存器，MAX7219 才可工作。 MAX7219 读写时序说明： MAX7129 是 SPI 总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要 读取相应寄存器的数

15、据。 要想与 MAX7129 通信，首先要先了解 MAX7129 的控制字。MAX7129 的控制字格式如下图。如图，工作时,MAX7219 规定一次接收 16 位数据，在接收的 16 位数据中：D15D12 可以与操作无关，可以任意写入，D11D8 决定所选通的内部寄存器地址，D7D0 为待显示数据或是初始化控制字。在 CLK 脉冲作用下，DIN 的数据以串行方式依次移入内部 16 位寄存器，然后在一个 LOAD 上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位 D16，最后是 D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。工作时序图见下图。由于 52 是 8 位单片机故需要分两次来送数据。数据读写时序图 单片机复位电路