單片機交通燈課程設計報告

.PAGE.摘要11.引言22.總體設計方案22.1.總體要求22.1.1.設計目的22.1.2.設計任務和內容32.1.3.方案設計與論證32.1.4.芯片簡介52.2.設計方框圖83.總體設計及功能描述83.1.交通燈四種通行模式及行車方向指示83.2.交通燈顯示時間的理論分析與計算103.3.電路模塊113.數碼管顯示模塊11D紅綠燈顯示模塊133.3.3.復位電路153.3.4.晶振電路164.收獲和體會165.參考文獻166.附錄176.1.附錄1：程序清單176.2.附錄2：電路設計總圖22..摘要交通在人們的日常生活中占有重要的地位,隨著人們社會活動的日益頻繁,這點更是體現的淋漓盡致。交通信號燈的出現,使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。近年來隨著科技的飛速發展,單片機的應用正在不斷深入,同時帶動傳統控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中,單片機往往作為一個核心部件來使用,僅單片機方面知識是不夠的,還應根據具體硬件結構軟硬件結合,加以完善。本系統采用單片機AT89S52為中心器件來設計交通燈控制器,系統實用性強、操作簡單、擴展性強。本設計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態顯示以及倒計時時間。本設計系統由單片機I/O口擴展系統、交通燈狀態顯示系統、LED數碼顯示系統、復位電路等幾大部分組成。系統除基本的交通燈功能外,還具有倒計時等功能,較好的模擬實現了十字路口可能出現的狀況。軟件上采用C51編程,主要編寫了主程序,LED數碼管顯示程序,中斷程序延時程序等。經過整機調試,實現了對十字路口交通燈的模擬。關鍵字：電子線路AT89S52LED交通燈引言隨著社會和城市交通的快速發展,近幾年機動車輛數字急劇增加,道路超負荷承載道路現象嚴重,致使交通事故逐年增加。交通燈是城市交通有序、安全、快速運行的重要保障,因此解決好公路交通信號燈控制問題也成了保障交通有序、安全、快速運行的重要環節。本設計是一款基于單片機AT89C52為控制核心的交通控制系統,它可以實現對車輛、行人的有效導引。總體設計方案2.1總體要求本課程設計的題目機設計內容自選,學生可以根據平時的觀察、了解單片機實際的應用系統,弄清其結構和功能,結合單片機課程及其他相關課程的知識,充分發揮自身的想象力和創造力,自行選定設計項目,但總體應達到以下要求：用89S51CPU,12M時鐘,常規的上電和手動復位電路包括3個以上的獨立式按鍵至少2位LED數碼顯示器及其接口一路蜂鳴器輸出至少有2路輸入信號,可以是模擬量或數字量設計目的〔1加強對單片機和匯編語言的認識,充分掌握和理解設計各部分的工作原理、設計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。〔2用單片機模擬實現具體應用,使個人設計能夠真正使用。〔3把理論知識與實踐相結合,充分發揮個人能力,并在實踐中鍛煉。〔4提高利用已學知識分析和解決問題的能力。〔5提高實踐動手能力。設計任務和內容設計任務單片機采用用AT89S52芯片,使用發光二極管〔紅,黃,綠代表各個路口的交通燈,用8段數碼管對轉換時間進行倒時〔東西路口15秒,南北路口25秒,黃燈時間5秒。設計內容〔1設計并繪制硬件電路圖〔2制作PCB并焊接好元器件〔3編寫程序并將調試好的程序固化到單片機中方案設計與論證電源提供方案為使模塊穩定工作,須有可靠電源,采用單片機控制模塊提供電源。此方案的優點是系統簡明扼要,節約成本；缺點是輸出功率不高。復位方案復位方式有兩種：按鍵復位與軟件復位。由考慮到程序的簡潔,避免冗長,本設計采用按鍵復位,在芯片的復位端口外接復位電路,通過按鍵對單片機輸入一個高電平脈沖,達到復位的目的。輸入方案直接在IO口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優化了電路,所以剩余的口資源還比較多,我們使用2個按鍵,分別是K1、K2。

由于該系統對于交通燈及數碼管的控制,只用單片機本身的I/O口就可實現,且本身的計數器及RAM已經夠用。2.1.3.4.顯示界面方案采用數碼管與點陣LED相結合的方法因為設計既要求倒計時數字輸出,又要求有狀態燈輸出等,為方便觀看并考慮到現實情況,用數碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統功能要求,又減少了系統實現的復雜度。設計方框圖整個設計以AT89S52單片機為核心,由數碼管顯示,LED數碼管顯示,復位電路組成。硬件模塊入圖2-1。AT89S52AT89S52單片機數碼管顯示LED數碼管顯示晶振電路復位電路交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個十字路口,各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈,指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行,綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態即將切換,且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。指示燈燃亮的方案如表2。25S5S25S5S……東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮……南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮……表2說明：〔1當東西方向為紅燈,此道車輛禁止通行,東西道行人可通過；南北道為綠燈,此道車輛通過,行人禁止通行。時間為25秒。〔2黃燈5秒,警示車輛和行人紅、綠燈的狀態即將切換。〔3當東西方向為綠燈,此道車輛通行；南北方向為紅燈,南北道車輛禁止通過,行人通行。時間為25秒。〔4這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。芯片簡介1．AT89S52單片機簡介其引DIP封裝的腳圖如下：主要性能與MCS-51單片機產品兼容、8K字節在系統可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態操作：0Hz～33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。功能特性描述At89s52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造,與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程,亦適于常規編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節Flash,256字節RAM,32位I/O口線,看門狗定時器,2個數據指針,三個16位定時器/計數器,一個6向量2級中斷結構,全雙工串行口,片內晶振及時鐘電路。另外,AT89S52可降至0Hz靜態邏輯操作,支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下,RAM內容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。8位微控制器8K字節在系統可編程FlashAT89S52P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫"1"時,引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時,P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下,P0具有內部上拉電阻。在flash編程時,P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時,輸出指令字節。程序校驗時,需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口,p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫"1"時,內部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因,將輸出電流〔IIL。此外,P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入〔P1.0/T2和時器/計數器2的觸發輸入〔P1.1/T2EX,具體如下表所示。在flash編程和校驗時,P1口接收低8位地址字節。引腳號第二功能P1.0T2〔定時器/計數器T2的外部計數輸入,時鐘輸出P1.1T2EX〔定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發信號和方向控制P1.5MOSI〔在系統編程用P1.6MISO〔在系統編程用P1.7SCK〔在系統編程用P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫"1"時,內部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因,將輸出電流〔IIL。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器〔例如執行MOVXDPTR時,P2口送出高八位地址。在這種應用中,P2口使用很強的內部上拉發送1。在使用8位地址〔如MOVXRI訪問外部數據存儲器時,P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時,P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口,p2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫"1"時,內部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因,將輸出電流〔IIL。P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能使用,如下表所示。在flash編程和校驗時,P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能P3.0RXD<串行輸入口>P3.1TXD<串行輸出口>P3.2INTO<外中斷0>P3.3INT1<外中斷1>P3.4TO<定時/計數器0>P3.5T1<定時/計數器1>P3.6WR<外部數據存儲器寫選通>P3.7RD<外部數據存儲器讀選通>此外,P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST——復位輸入。當振蕩器工作時,RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG——當訪問外部程存儲器或數據存儲器時,ALE〔地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下,ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖〔PROG。如有必要,可通過對特殊功能寄存器〔SFR區中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。該位置位后,只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會被微弱拉高,單片機執行外部程序時,應設置ALE禁止位無效。PSEN——程序儲存允許〔PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當AT89C52由外部程序存儲器取指令〔或數據時,每個機器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個脈沖,在此期間,當訪問外部數據存儲器,將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP——外部訪問允許,欲使CPU僅訪問外部程序存儲器〔地址為0000H-FFFFH,EA端必須保持低電平〔接地。需注意的是：如果加密位LB1被編程,復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平〔接Vcc端,CPU則執行內部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。復位晶振源設計方框圖復位晶振源AT89S52AT89S52LED倒計時顯示各路口紅綠燈燈LED倒計時顯示各路口紅綠燈燈總體設計及功能描述3.1交通燈四種通行模式及行車方向指示按交通燈控制規則,每個街口有轉彎、直行及行人三種指示燈。主要指示燈有紅、綠、黃三種顏色。交道口模型如圖4所示：圖2-1交道口模型圖4組LED數碼管按照設置的通行時間〔各路口默認的通行時間均為1分鐘進行倒計時,并各自進行紅、綠、黃燈顯示,共有四種通行狀態,分別為：圖2-1a通行狀態一示意圖圖2-1b通行狀態二示意圖圖2-1c通行狀態三示意圖圖2-1d通行狀態四示意圖直行默認時間為40秒,轉彎默認時間為20秒,系統設置了任意更改功能,可以根據實際情況進行倒計時調整,以提高車輛通過率,緩減交通壓力。在直行狀態變為轉彎狀態時結束前5秒鐘,黃燈閃爍直至結束。請注意圖2－1b和圖2－1d,它們在一個時間段中四個方向都可以通車,這種狀態能在一定的時間內達到較大的車流量,效率特別高。

依據上述的車輛行駛的狀態圖,可以列出各個路口燈的邏輯表,由于相向的燈的狀態圖是一樣的,所以只需寫出相鄰路口的燈的邏輯表；根據圖2－3可以看出,相鄰路口的燈它們的狀態在相位上相差180°。因此最終只需寫出一組S1、S2、S3、S4的邏輯狀態表。如表2－1所示。表2－1表中的"×"代表是紅燈亮〔也代表邏輯上的0,"√"是代表綠燈亮〔也代表邏輯上的1,依上表,就可以向相應的端口送邏輯值。3.2.交通燈顯示時間的理論分析與計算東西和南北方向的放行時間的長短是依據路口的各個方向平時的車流量來設定,并且S1、S2、S3、S4各個狀態保持的時間之有嚴格的對應關系,其公式如下示。

T-S1+T-S2=T-S3

T-S2=T-S4

T-S1=T-S3

我們可以依據上述的標準來改變車輛的放行時間。按照一般的規則,一個十字路口可分為主干道和次干道,主干道的放行時間大于次干道的放行時間,我們設定值時也應以此為參考3.3.電路模塊3.3.1.LED數碼管顯示模塊A、七段數碼顯示器：七段發光線段分別用a、b、c、d、e、f、g七個小寫字母表示。七段顯示組合與數字對照表〔表中"L"表示低電位,"H"表示高電位B、LED數碼管：半導體數碼管又稱LED數碼管,是一種廣泛使用的顯示器件。LED有兩種：共陽極型和共陰極型。LED優點：亮度高、字形清晰,工作電壓低〔1.5~3V、體積小、可靠性高、壽命長,響應速度極快。數碼管顯示子程序：DISP:MOVA,R2MOVB,#10DIVABMOV60H,AMOV61H,BMOVA,R3MOVB,#10DIVABMOV62H,AMOV63H,BMOV40H,#04HMOVR5,#0F7HMOVR0,#60HLLP:MOVA,R0MOVDPTR,#TABLEMOVCA,A+DPTRMOVP0,AMOVA,R5MOVP2,ALCALLDELAY1MOVP2,#0FFH;令顯示器熄滅,以免產生殘影RRAMOVR5,AINCR0DJNZ40H,LLPRETDELAY1:;延時子程序MOVR4,#12DL2:MOVR7,#12DJNZR7,$DJNZR4,DL2RETTABLE:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099HDB092H,082H,0F8H,080H,090HEND3.3.2.LED紅綠燈顯示模塊本實驗有四種狀態：狀態1,東西綠燈亮,南北紅燈亮,此時P1.0口—P1.7口的高低電平為#0BBH。子程序：ST1:MOVP1,#0EBH;第一個狀態,主干道亮綠燈、支干道亮紅燈；CJNER1,#0FFH,TZ1MOVR1,#00HDEC20HDEC23HTZ1:MOVR2,20HMOVR3,23HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,20HCJNEA,#00H,ST1MOV20H,#25狀態2,東西黃燈亮,南北紅燈亮,此時P1.0口—P1.7口的高低電平為#0BDH。子程序：ST2:MOVP1,#0EDH;第二個狀態,主干道亮黃燈、支干道亮紅燈；CJNER1,#0FFH,TZ2MOVR1,#00HDEC21HDEC23HTZ2:MOVR2,21HMOVR3,23HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,21HCJNEA,#00H,ST2MOV21H,#05狀態3,東西紅燈亮,南北綠燈亮,此時P1.0口—P1.7口的高低電平為#0DEH。子程序：ST3:MOVP1,#0BEH;第三個狀態,主干道亮紅燈、支干道亮綠燈；CJNER1,#0FFH,TZ3MOVR1,#00HDEC24HDEC22HTZ3:MOVR2,24HMOVR3,22HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,22HCJNEA,#00H,ST3MOV22H,#15狀態4,東西紅燈亮,南北黃燈亮,此時P1.0口—P1.7口的高低電平為#0EEH。再采用顯示子程序與延時子程序可使LED顯示燈按照要求點亮。子程序：ST4:MOVP1,#0DEH;第四個狀態,主干道亮紅燈、支干道亮黃燈；CJNER1,#0FFH,TZ4MOVR1,#00HDEC24HDEC21HTZ4:MOVR2,24HMOVR3,21HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,21HCJNEA,#00H,ST4MOV21H,#05MOV24H,#20LJMPST1程序初始化程序初始化狀態1<S1>狀態2<S2>狀態3〔S3狀態4〔S43.3.3.復位電路復位方式有多種,本設計采用按鍵復位。接線圖如圖程序3.1復位電路,框圖在設定的定時時間內,89S52必須在RST引腳產生一個由高到低的電平變化,以清內部定時器.3.3.4.晶振電路晶振電路原理圖如3-2：3-2晶振模塊原理圖選取原則：傳統做法,但能夠實現所需,即最簡單也最是實用。電容選取30pF,晶振為30MHz。收獲和體會通過這次課程設計,使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程,以及在常用編程設計思路技巧〔特別是匯編語言的掌握方面都能向前邁了一大步。本次課程設計的過程是艱辛的,不過收獲卻是很大的。在設計過程中,會出現了一些問題,但都是常見的小問題,如：代碼中雙引號的使用并不是在英語書寫狀態下,輸入字母出錯等,在調試時出現異常,不過這些都是經常性錯誤,經過調試修改都一一解決,程序順利完成,并實現了其功能。單片機課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識,對已有知識有了更進一步的理解和認識。在此,由于自身能力有限,在課程設計中碰到了很多的問題,我通過查閱相關書籍、資料以及和周圍同學交流。由于使用的是單片機作為核心的控制元件,使得電路的可靠性比較高,功能也比較強大,而且可以隨時的更新系統,進行不同狀態的組合。但是在我們設計和調試的過程中,也發現了一些問題,譬如紅燈和綠燈的切換還不夠迅速,紅綠燈規則不效率還不是很高等等,這需要在實踐中進一步完善。當然,通過這次課程設計,我也發現了自身的很多不足之處,在以后的學習中,我會不斷的完善自我。參考文獻[1].肖金球.單片機原理及接口技術[2].蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作[3].樓然苗.單片機課程設計指導[4].趙廣林.電路設計與制版附錄附錄1：程序清單ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINTT0ORG0013HLJMPINTT1ORG001BHLJMPTT1ORG0100HTT1:MOVTH1,#0D8H;定時器1,定時10msMOVTL1,#0F0HDJNZR6,EXITMOVR6,#100;定時器定時100次MOVR1,#0FFHEXIT:RETIINTT0:MOVP1,#0BEH;外部中斷0,P3.2,$RETIINTT1:MOVP1,#0BBH;外部中斷1,P3.3,$RETIORG1000HMAIN:MOVR6,#100;主程序；MOVR1,#00HMOVTMOD,#10H;初始化MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HMOVIE,#8DHMOV20H,#25MOV21H,#5MOV22H,#15MOV23H,#30MOV24H,#20SETBTR1ST1:MOVP1,#0EBH;第一個狀態,主干道亮綠燈、支干道亮紅燈；CJNER1,#0FFH,TZ1MOVR1,#00HDEC20HDEC23HTZ1:MOVR2,20HMOVR3,23HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,20HCJNEA,#00H,ST1MOV20H,#25ST2:MOVP1,#0EDH;第二個狀態,主干道亮黃燈、支干道亮紅燈；CJNER1,#0FFH,TZ2MOVR1,#00HDEC21HDEC23HTZ2:MOVR2,21HMOVR3,23HLCALLDISP;調用顯示子程序。MOVA,21HCJNEA,#00H,ST2MOV21H,#05MOV23H,#30ST3:MOVP1,#0BEH;第三個狀態,主干道亮紅燈、支干道亮綠燈；CJNER1,#0FFH,TZ3MOVR1,#0