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1、IHUANGHE S&T COLLEGE单片机应用技术课程设计基于单片机的交通灯控制系统设计院（系）名称专业名称学生姓名 指导教师2012年 月 日目录1设计任务与要求12系统硬件设计32.1硬件系统设计42.1.1单片机模块42.1.2 显示模块52.1.3按键模块62.2系统软件设计62.2.1正常工作模式子程序82.2.2延时子程序92.2.3夜间模式子程序102.2.4绿灯闪烁子程序122.2.5显示倒计时子程序123系统测试与实现143.1汇编源程序143.2 Proteus 仿真144课程设计总结17参考文献181设计任务与要求当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常
2、见和最有效的 手段。但这一技术在19世纪就已出现了。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 扳手式信号灯，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议会大厦前的广场上，安装了世界 上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示停止, 绿色表示注意。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组 成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示停止，绿灯亮 表示通行。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线
3、红绿灯。带控制的红绿灯，一 种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来 启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行 人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯 的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，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志信号协 定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行, 左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法 地正在路口内行驶的车
4、辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对 红灯的车辆必须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，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路 口。本次课程设计需要完成的任务是用单片机实现交通灯的基本功能，该系统 除了可以实现基本交通灯功能外，也能实现紧急特殊模式等功能。详细功能为：在白天正常东西方向和南北方向通车，通车时间均为45秒。 正常通车情况下，可以对通车的时间进行倒计时计数，并通过显示器显示出来。 如果遇到特殊情况，在处理特殊事件时，可使整个十字路口禁止通车。强制东西 通行，适用某些需要只进行东西通车的情况。强制南北通行，适用某些需要
5、只进 行南北通车的情况。在夜间车流量较少的情况下，正常东西方向和南北方向通车, 通车时间均为10秒，相对与白天通行模式，车辆等待时间减少，提高了通行效 率。2系统设计此次设计通过ATMEL公司的单片机AT89C52对整个交通灯电路进行控制。 根据上面的功能要求，本次设计需要完成正常模式、计时功能、紧急特殊模式、 夜间模式等四个功能。在正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通 行。而LED显示系统则显示到下一次改变所剩的时间，利于司机调整车辆状况。 每到同行方向转换时，绿灯闪烁，变为黄灯。提醒司机注意通行方向的改变，避 免不必要的危险。本交通灯的设计运用了单片机的外部中断
6、，系统的紧急和夜间模式的切换 采用中断系统完成。这样在任何通行情况下都可进入以上两种模式。在设计中， 设置外部中断0为夜间模式触发按钮，由电平触发完成，设置为低优先级，设置 外部中断1为紧急模式触发按钮，由电平触发完成，设置为高优先级。此时无论 紧急状况（如车祸等）发生在何时都可以直接进入紧急模式以便于交通管理人员 处理问题。同时，通过在紧急模式下软件检测p3.7和p3.6是否不为1来触发东 西及南北强制通行模式，以弥补外部中断的不足，实现更多的功能。此次设计运用了软件延时程序，这样不仅调整延时长短十分灵活，而且不占用 内部定时/计数器的资源。设计中通过对指令运行的次数进行循环来实现软件延 时
7、。当晶振频率为12MHz时有以下时间周期：震荡周期：1/12微秒；状态周期：1/6微秒；机器周期：1微秒；指令周期：14微秒；（根据指令的不同而不同）软件延时的优点是较为灵活，调整更为容易，且不受延时时间限制。但软件 延时长时间占用系统资源，使得CPU工作效率不高，在中断频繁的系统中其定 时精度也受到中断的影响。但本系统要求延时时间较长，且没有频繁申请的中断 系统，所以选择软件延时配合外部申请中断模式切换较为合理。2.1硬件系统设计根据上面的功能要求，硬件系统主要模块有单片机模块、显示模块、按键 模块，其硬件总电路图如附录二所示。211单片机模块AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/
8、输出（I/O）端口，同时 内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口， 2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。 本设计中AT89C52使用12MHz晶振。XTAL1 （19脚）和XTAL2 （18脚）：外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别 接外部晶振一端；RST：即为RESET,该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 在此设计中接正常模式按扭；P3.7：使用第二功能，接强制南北通行按扭；P3.6： 使用第二功能，接强制东西通行按扭；P3.3:使用第二功能INT1,接紧急工作 模式按扭；P3.2:使用第二功能INTO,接夜间工作模式按扭
9、；P1.0P1.7:输出 BCD码，用来控制LED显示器的显示控制；P2.7、P2.6、P2.5：输出高低电平, 用来控制南北交通信号灯；P2.1、P2.2、P2.3:输出高低电平，用来控制东西交 通信号灯；第40脚为电源端VCC，接+5V电源，第20引脚为接地端VSS。单片机与其他模块的连接如下图1所示：U1XTAL1P0.0/AD0XTAL2P0.1/AD1 P0 2M2 P0.3/AD3P0.5/AD5P0.-6/AMSfi1PENALErU.P2.0/A6P2 1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12EAP2.5/A13P2.5/A14P27/A15P1 .cm P1.
10、12EXPS.tVRXDPS.1/TXDP1.2P33LMTDP1 &ps.a/imP1 4P1.5P3.4/T0P3.5/T1P1 6P1 7P-3.7/RD1939303710与丄229303?2122232d25至27201015-.32.1.2显示模块传统的共阳极或共阴极的数码管其显示输入需要为段码，这样就使得电路相 对复杂和繁琐。对于相同的功能在成本相差不大的情况下，此处运用了带BCD 译码电路的LED显示器。这样既可使线路简化，又可使可靠性提高本设计中使用的自带BCD译码电路的LED显示器，其主要特点是采用四线 BCD码输入，可显示0-F十六进制数。使用时直接输入BCD码即可显示相
11、应的 数字，使得电路大大简化。设计时，把P1.0P1.7当 做BCD码输出端口，连接 到LED显示器上，这样可把BCD码直接转换成可显示的数字，显示模块的连接 如图2所示：nQB图2-2显示模块图中的总线接至单片机的P1.0P1.7端口。213按键模块在此系统中，按键模块是实现各项功能的关键，按键通过电阻与单片机相连 接，可以对单片机进行控制，低电平信号对相应的单片机引脚有效，可使按键的 另一端接地。本设计中有强制东西通行按键、强制南北通行按键、夜间模式按键 、正常模式按键、紧急模式按键五个按键，分别对应着相应的子模式。如图3所示:R8TATMC52TOEN ALE1ZT2EXP3.CURKD
12、 P3.1HXD P3.2?INT) F3.汐而TTP3.-WT0 pgs/TtP3.B/RP3.7/.RDP2.1/A&P2.311F2.4JA12P2.WA1JP2.&A14P2.73A15PCiMDQPO.1/AD1 PDJ/AD2 PD.SiADl PO.J/AD4 FD.5/AD5 POADv PQ 7D?1317图2-3按键模块 各按键与单片机相对应的接见上面的单片机模块。2.2系统软件设计根据前面的要求以及硬件的设置情况，本系统的软件部分需要进行中断设 置。为了实现上述要求，软件部分应包括正常模式、夜间模式、紧急模式、强制 通行等子程序。主程序流程图如图4所示：开始图2-4主程序
13、流程图开机上电处于正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和 东西交替通行。而显示系统则显示到下一次改变所剩的时间，利于司机调整车辆 状况。每到同行方向转换时，绿灯闪烁，变为黄灯。提醒司机注意通行方向的改 变，避免不必要的危险。在设计运用了单片机的外部中断，系统的紧急和夜间模式的切换采用中断 系统完成。这样在任何通行情况下都可进入以上两种模式。在设计中，设置外部 中断0为夜间模式触发按钮，由电平触发完成，设置为低优先级，设置外部中断 1为紧急模式触发按钮，由电平触发完成，设置为高优先级。此时无论紧急状况 （如车祸等）发生在何时都可以直接进入紧急模式以便于交通管理人员处理问 题。同时
14、，通过在紧急模式下软件检测p3.7和p3.6是否不为1来触发东西及南 北强制通行模式，以弥补外部中断的不足，实现更多的功能。总程序见附录一。2.2.1正常工作模式子程序正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通 行，其流程图如图5所示。其主要程序为：MOVR6,#03H;绿灯闪烁次数MOVRO,#OOH9MOVP2,R0;灯全灭SETBP2.7;南北绿灯亮SETBP2.1;东西红灯亮ACALLDISPLAY;显示倒计时ACALLFLASHN;南北方向绿灯闪烁CLRP2.7;南北绿灯灭SETBp2.6;南北黄灯亮ACALLDELAY2;短延时2CLRP2.6;南北黄灯灭CLRP2.1;东西红灯灭SETBP2.3;东西绿灯亮SETBP2.5；南北红灯亮ACALLDISPLAY；显示倒计时ACALLFLASHS;东西方向绿灯闪烁CLRP2.3;东西绿灯灭SETBP2.2;东西黄灯亮ACALLDELAY2;短延时2CLRP2.2;东西黄灯灭开始外部中断初始化进入正常工作状态t南北45秒倒计时显示LJF1东西45秒倒计时显示图2-5正常工作模式流程图2.2.2延时子程序设计中通过对指令运行的次数进行循环来实现软件延时。当晶振频
