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1、河南理工大学单片机课程设计报告交通灯控制系统设计摘要这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统的设计。首先设计出各个功能模块，再搭建出完整的硬件系统，选好合适的单片机型号并依照硬件连接图设计出相应的软件系统，通过编译软件（WAVE6000）编译出可执行的目标文件，最后作出原理图并在仿真软件（PROTEUS）上仿真出设计结果。其实编译软件有很多种，比如配硬件仿真软件PROTEUS本身就可以进行编译，这也是我后来才知道的。设计的具体要求主要有以下几点：1A道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。A放行5分钟（调试时改成5秒钟），B道上放行4分钟（调试时改成4秒钟）。2一道有车而
2、另一道无车（实验时用开关K0和K1控制），即当A道有车B道无车，按K0键可以控制交通灯系统让A道立即放行B道禁止；当B道有车A道无车,按K1键可以控制交通灯系统让B道立即放行A道禁止。 3有紧急车辆通过时，按开关K2可以控制系统能禁止普通车辆通行，即A、B道均为红灯。4绿灯转换成红灯时黄灯亮一秒钟。 以上的各种要求我都已经完成（在上个学期），后来因有时间重做了，有了充分的时间思考程序的改进工作，我就又加上了时间调整模块，加上了三个键，一个时间调整切换键、一个加一键还有一个减一键。能够方便的进行时间的调整，显示多长的计时时间都可以。一来有更高的实用性，二来又锻炼了自己英勇单片机的能力。 新加的有
3、三个键，那就是K3、K4、K5。当K3第一次按下式，系统置于调时状态，这是可以调整南北红东西绿的时间，第二次按下时可以调整东西红南北绿的时间，第三次按下时，就推出了调时模块了。 目录1概述31.1单片机的结构31.2单片机的产生和发展31.3单片机的应用领域42系统总体方案及硬件设计62.1 系统总体方案62.2单片机选择62.3时钟电路模块72.4复位电路模块82.5交通灯连灭控制电路模块82.6时间显示模块92.7键盘扫描控制模块102.8时间调时模块113软件设计133.1主程序133.2中断服务程序153.3显示子程序163.4其他程序段164 PROTEUS仿真174.1交通灯转换状
4、态174.2调时状态185课程设计体会19参考文献19附1：程序原代码20附2：系统原理图301概述本次设计主要是利用单片机制作一个交通灯控制系统并由此加深我们对单片机的各种模块的理解和应用能力。比如这次设计就用到了单片机的数码管显示模块，键扫描模块，单片机的中断服务系统（包括定时器中断合外部中断），四个并行I/O口的输入/输出功能等。而要想灵活的应用这些这些功能，不仅要对软件要有一定的理解能力，还有对硬件有一定的了解。首先说说单片机。1.1单片机的结构单片机实际上是微型计算机的一种，自从它问世以来，人们对它不断地改进，应用在现代化社会的各个方面。单片机有体积小价格低廉，开发较为容易，可根据需
5、要制作成各种智能控制器以代替人工操作，实现自动化和智能化。单片机实际上是小型简单化的个人计算机(Pc)，它由这样几个部分构成：CPU(进行运算和控制)、RAM(进行数据存储)、ROM(进行程序存储)、输入/输出设备(例如串行口、并行口等)。在个人计算机上，这些部分被分成若干块芯片，安装在一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机，这边部分(甚至还有A/D利D/A等)，全部被集成到一块电路芯片中了所以就称为为单片机。器节后框图如下1所示： 图1 1.2单片机的产生和发展单片机（MicroController Unit，MCU）是一种能进行数学和逻辑运算，根据不同使用对象完成不同控制任务的面向控制而
6、设计的集成电路。由intel公司发明，后来把核心技术转让给了世界上的许多小公司。在我国流行的是ATMEL公司的89C51、89C52、89S51等，它们都是SISC（复杂指令集单片机）的结构。AVR是atmel公司生产的8位单片机，采用RISC（精简指令集单片机）的结构，而PIC是microchip公司的产品。80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可
7、达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C5
8、1系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：低功耗COMS化，微型单片化，主流化和多样化。1.3单片机的应用领域单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字
9、化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4.在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通
10、信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5.单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。3由单片机控制的交通灯 锁着现代社会的发展，和交通设施的日益健全，对交通的维持交通秩序的功能有了越来越高的要求，要求交通灯必须有一定的反馈能力，和时间计时能力。本设计是用单片机控制交通灯的亮灭，并用数码管显示交通灯的亮
11、灭时间，通过P2、P3口的输入/输出功能设计键扫描程序，利用键盘来模拟不同的外部情况，进行相应的控制，完成交通灯的不同亮灭状态的转变和进行调时。2系统总体方案及硬件设计2.1 系统总体方案单片机控制交通灯系统总共可分为四个环节，分别是单片机控制系统、时间显示模块、控制键盘块和交通灯闪烁模块。通过这四个模块的协调工作就可以完成相应的交通灯控制和显示功能。这四个模块的相互连接如下图2所示： 图22.2单片机选择这次设计用到了AT89C52单片机（如图3），AT89C52系列单片机是由Atmel公司生产，而这家公司得到了Intel公司MCS51系列单片机内核生产授权，所以，它与MCS51系列单片机指
12、令兼容，同时它的内部包含有用作程序存储器的4KB的基于FLASH技术的只读存储器。采用这款芯片及克服了采用8031需要添加外部外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点。AT89C52单片机芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引脚与Intel公司的8051兼容；2）4KB片内在系统可编程FLASH程序存储器；3）时钟频率为033MHZ；4）128字节片内随机读写存储器（RAM）；5）6个中断源，2级优先级；6）2个16位定时/记数器；7）全双工串行通信接口；8）监视定时器；9）两个数据指针；图32.3时钟电路模块 为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用1
13、2MHZ的晶振，另外有两个22P的独石电容，两晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。具体连接图如图4所示： 图42.4复位电路模块 单片机系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用510的阻值，电容采用电容值为22的电解电容。具体连接电路如图示5： 图52.5交通灯连灭控制电路模块在交通灯闪烁模块我用到了专用的交通灯发光二极管，并通过线路连到P1口。其具体的连接图如图6所示：图6我们知道交通灯总共有四种状态的来回变换，即南北红灯东西绿灯、南北红灯东西黄灯、南北绿灯东西红灯、南北黄灯东西红灯。有这四种状态按照特定的时间延迟循环变换就会形成我们在大街上时常
14、看到的交通灯的来回变换。按上图所示的连接电路，这四种状态可以通过单片机P1口的四种不同的输出状态来表示，具体请看下表1： B道A道P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0控制码状态说明时间间隔绿黄红绿黄红10000121HB道放行，A道禁止5S01000111HB道警告，A道禁止1S0011000DHA道放行，B道禁止4S0010100AHA道警告，B道禁止1S00100109HA道禁止B道禁止无限时表1当这四种不同的P1输出状态不停的循环输出是就会控制交通灯按次序不停的闪烁着知道有紧急情况或者是特殊情况。其中特殊情况就是表格的最后一行，两边都是红灯或是一路一直红一路一直绿。2.6时间显示模块时间显示模块具体采用7段码数码管显示数字，从P0口输出代码信号，从P1口输出片选信号。在这里我总共用到了16个7段码数码管，因为双数码管只有红色和蓝色，所以这里我在每一路都按了4个数码管，红数码管显示的是红灯点亮的时间，蓝数码管显示的是绿灯点亮的时间，而黄灯点亮的时间则由这两个数码管共同显示。具体到各灯的显示时间可以在软件设计时具体设定。 其具体电路如下图7所示：
