单片机交通灯优秀课程设计优质报告.docx

单片机课程设计题 目： 基于单片机智能交通灯设计 学 院 机电和信息工程学院 专 业 电子信息工程 年 级 级 学 号 17114006、17114029 姓 名 张晋笙、张榜 指 导 教 师 邓凌云 成 绩 12 月 27 日摘要伴随社会主义建设，城市规模在不停扩大，城市交通也在不停提升和改善，交通顺畅已经成为制约社会主义建设一个关键原因。本系统采取单片机AT89S52来设计交通灯控制器，实现了能依据实际车流量经过AT89S52芯片P1口设置红、绿灯燃亮时间功效；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示。本系统实用性强、操作简单、扩展功效强。 关键词： AT89S52单片机；交通灯；倒计时；时间显示 Abstract With the construction of socialism, the city scale in expanding constantly, urban traffic is also in constant improvement and improvement, traffic flow restriction of socialist construction has become one of the important factors. The system USES the monolithic integrated circuit ATAT89S52 to design and realize the traffic light controller can according to actual traffic through the mouth AT89S52 chip set red, green P1 burning time function; Traffic lights circulation lighted, with 5 seconds countdown yellow lights flashing warning. This system is practical, simple operation and function expansion is strong.Keywords: AT89S52 microcontroller, Traffic lights, The countdown, Time display 目录第一章 绪 论-5 1.1背景-51.2单片机概述-5 1.3 目标和意-5 1.4方案设计和论证-6第二章 总体设计-6 2.1总体设计-6 2.2 单片机选择-7第三章 硬件设计 -93.1 最小系统-93.2 按键电路-103.3 显示模块电路设计-103.4 pcb图-11第四章 交通信号灯控制系统设计（软件设计）-124.1 十字路口交通信号灯具体控制要求-124.2十字路口交通信号灯示意图-12 4.3 软件设计应用环境-13 4.4 软件设计步骤-14 4.5 程序分段作用解释-16 4.6 仿真-16第五章 参考文件-17附件一：总体原理图-18第一章 绪论1. 1背景伴随城市机动车量不停增加，很多大城市出现了交通超负荷运行情况，所以，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成早期，它们也曾有效地改善了交通情况。然而，伴随交通量快速增加和缺乏对高澎路系统研究和控制，高速道路没有充足发挥出预期作用。而城市高速道路在结构上特点，也决定了城市高速道路交通情况肯定受高速道路和一般道路藕合处交通情况制约。所以，怎样采取适宜控制方法，最大程度利用好花费巨款修建城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙交通拥堵情况，越来越成为交通运输管理和城市计划部门待处理关键问题。1.2单片机概述计算机系统发展已显著地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以处理复杂系统计算和高速数据处理仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在现在在朝高速及处理能力方向努力。单片机在出现时，Intel企业就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机最显著优势，就是能够嵌入到多种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到单片机在现在发展形势下，表现出几大趋势： （1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一个显著走向。 （2）所集成部件越来越多；NS（美国国家半导体）企业单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机意义只是在于单片集成电路，而不在于其功效了；假如从功效上讲它能够讲是万用机。原因是其内部已集成上多种应用电路。 （3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 伴随半导体工艺技术发展及系统设计水平提升，单片机还会不停产生新改变和进步，最终大家可能发觉：单片机和微机系统之间距离越来越小，甚至难以识别。1.3目标和意义本设计以单片机为关键，以LED数码管作为倒计时指示，依据设计要求我们考虑了各功效模块多个设计方案，以求最好方案，实现实时显示系统多种状态，系统还增设了依据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道通行时间，以提升效率，缓减交通拥挤。系统总体设计框图图所表示。交通灯控制框图以下图所表示，关键有控制电路、按键电路、晶振电路、复位电路、显示电路、电源电路等电路组成。1.4方案设计1.采取单片机控制模块提供电源。该方案优点是系统简明扼要，节省成本；缺点是输出功率不高。2.完全采取数码管显示。这种方案优点是实现简单，能够完成倒计时功效。缺点是功效较少，只能显示有限符号和数码字符。依据本设计要求，采取此方案以实现系统显示功效。3.直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩下端口资源还比较多。第二章 总体设计2.1 总体设计本设计以单片机为控制关键，采取模块化设计，共分以下多个功效模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统关键，它既是协调整机工作控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。系统采取双数码管倒计时计数功效，最大显示数字99。灵活控制方法、优化物理结构是本设计亮点。单片机数码管显示电路电源电路时钟电路 复位电路Led控制电路按键电路主程函数延时函数延时函数数码管显示函数数码管选位函数交通灯处理函数交通定时器中止服务程序设置函数东西开通时间函数南北开通时间函数独立按键程序图2-1.总体设计框图2.2单片机选择单片机微型计算机是微型计算机一个关键分支，也是颇具生命力机种。单片机微型计算机简称单片机，尤其适适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机基础功效部件：中央处理器、存放器和I/O接口电路等。所以，单片机只需要和合适软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过1、2、3、3代发展，正朝着多功效、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存放容量、强I/O功效及很好结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下多个方面：1、多功效 单片机中尽可能地把所需要存放器和I/O口全部集成在一块芯片上，使得单片机能够实现更多功效。比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器-看家狗）、高速I/O口及计数器捕捉/比较逻辑等。 有单片机针对某一个应用领域，集成了相关控制设备，以降低应用系统芯片数量。比如，有芯片以51内核为关键，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解码器、CAN或I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。2、高效率和高性能 为了提升实施速度和实施效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP设计技术，使单片机性能有了显著提升，表现为：单片机时钟频率得到提升；一样频率单片机运行效率也有了很大提升；因为集成度提升，单片机寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM容量全部突破了以往数量和限制。 因为系统资源和系统复杂程度增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机程序。使用高级语言能够降低开发 难度，缩短开发周期，增强软件可读性和可移植性，便于改善和扩充功效。3、低电压和低功耗 单片机嵌入式应用决定了低电压和低功耗特征十分关键。因为CMOS等工艺大量采取，很多单片机能够在更低电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。这些特征使得单片机系统能够在更小电源支持下工作更长时间。4、低价格 单片机应用面广，使用数量大，带来直接好处就是成本降低。现在世界各大企业为了提升竞争力，在提升单片机性能同时，十分注意降低其产品价格。下面大致介绍一下单片机关键应用领域和特点。（1）家用电器领域 用单片机控制系统替换传统模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功效更完善，愈加智能化和易于使用。（2）办公自动化领域 单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。第三章 硬件设计3.1 最小系统 图3-1.最小系统电路图最小系统作用：单片机最小系统,或称为最小应用系统,是指用最少元件组成单片机能够工作系统.对51系列单片机来说,最小系统通常应该包含:单片机、晶振电路、复位电路.分四个部分：1.晶振，至于大小由你单片机时钟周期要求而决定（用于计时，和两个电容并联使用，电容大小由你晶振决定，通常见22pF）2.复位电路（用于复位）3.电源（用于供电，通常见电脑USB口供电）4.烧制程序口（可用串口配合MAX232配合使用，也能够做个并口输入，这个要依据你使用单片机种类决定，比如ATC可用并口，STC通常只用串口输入等等3.2 按键电路图3-2.按键电路图说明： 按键电路作用是用于调整红路灯延长时间和延长模式。3.3 显示模块电路设计该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管IO口P20和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通三极管给数码管供电，则数码管被点亮，利用数码管点亮余辉和人眼视觉暂留原理，则看起来数码管是同时被点亮。 图3-3.显示模块从设计完成任务和要求来看，显示通行时间必需用二位数码管，从节省硬件资源角度考虑，可采取扫描方法来处理，对于7段数码管，占用7个单片机I/O口，另外设置2个电子开关对2位显示进行配合，占用2个I/O端口，十字路口共需4组红绿灯，加上转换黄灯，一共是12只灯，须用12个端口进行控制，加上两个方向紧急通行按钮，占2个I/O端口和一个蜂鸣器端口，所以实际占用单片机I/O口为24个，为此，我们能够选择51系列单片机中ATAT89S52来作为中央处理器。这款单片机I/O口作为输出时，含有较大吸收电流能力，所以我们能够选择共阳型数码管，这么由单片机I/O口就能够直接驱动，能简化硬件电路设计。3.4 pcb图 图 3-4 PCB原理图第四章 交通信号灯控制系统设计（软件设计）4.1 十字路口交通信号灯具体控制要求(1) 交通信号灯分布于东南西北，每个路口全部有三个。南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮；假如同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。系统工作后，首先南北红灯亮并维持30s；和此同时，东西绿灯亮，并维持25s时间，到25s时，东西绿灯熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持5s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮；东西红灯亮并维持30s；和此同时，南北绿灯亮并维持15s；然后，南北绿灯熄灭南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5s后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环,以下交通信号灯改变表：交通信号灯改变表东西绿灯亮黄灯亮红灯亮25S5S20S南北红灯亮绿灯亮黄灯亮30S15S5S 表 4-1 信号灯改变时间(2)在交通信号灯亮和闪烁同时，路口设有两位七段码显示器倒数计时，让车辆行人能够清楚地知道再过多久信号灯就会发生改变。方便于司机和行人能够在有限时间内正确通行。4.2十字路口交通信号灯示意图 交通信号灯共有12盏，每个路口各有红，黄，绿三盏，具体分布以下图所表示： 图 4-2 交通灯示意图 4.3 软件设计应用环境本设计软件设计是在Keil C51环境下编译。Keil C51是美国Keil Software企业出品51系列兼容单片机C语言软件开发系统，软件提供丰富库函数和功效强大集成开发调试工具，全Windows界面。另外关键一点，只要看一下编译后生成汇编代码，就能体会到Keil C51生成目标代码效率很之高，多数语句生成汇编代码很紧凑，轻易了解。在开发大型软件时更能表现高级语言优势。C语言有以下特点：1、语言简练、紧凑、使用方便、灵活。C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写自由，关键用小写字母表示，压缩了一切无须要成份。2、运算符丰富。C运算符包含范围很广泛，共有34种运算符，使得C运算类型极其丰富，表示式类型多样化，灵活使用多种运算符能够实现在其它高级语言中难以实现运算。3、数据结构丰富，含有现代化语言多种数据结构，能用来实现多种复杂数据结构运算。4、含有结构化控制语句，用函数作为程序模块单位，便于实现程序模块化。5、语法限制不太严格，程序设计自由度大。6、C语言能进行位操作，能实现汇编语言大部分功效，能够直接对硬件进行操作。所以，C既含有高级语言功效，又含有低级语言很多功效，可用来写系统软件。C语言这种双重性，使它既是成功系统描述语言，又是通用程序设计语言。7、生成目标代码质量高，程序实施效率高。8、用C语言写程序可移植性好。基础上不用修改就能用于多种型号计算机和多种操作系统。对操作系统和系统实用程序和需要对硬件进行操作场所，用C语言显著地优势于其它高级语言，有大型应用软件也用C语言来编写。4.4 软件设计步骤软件总体设计关键完成各部分软件控制和协调。本系统主程序模块关键完成工作是对系统初始化，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等候外部中止，和依据所需要功效进行对应操作。交通灯依据其显示情况能够分为四个状态，能够经过定时来控制每个状态时间；经过定时也能够向LED数码管中每隔1秒送一个数，显示该状态剩下时间。其步骤图图所表示。设置定时，显示初始化南北绿灯亮，东西红灯亮，延时南北黄灯闪烁，东西红灯亮，延时 南北红灯亮，东西绿灯亮，延时南北红灯亮，东西黄灯闪烁，延时 开 始 图4-4-1 软件步骤图 图4-4-2 运行状态图4.4.1交通灯定时器模块AT89S52单片机内部有3个定时器T0，T1和T2，此次设计中使用T0工作在方法1，即16位定时器，定时50ms，20次中止产生秒信号，从而控制红绿灯点亮时间。 工作方法寄存器TMOD用来设置T0、T1工作方法。这次实习中设置TMOD=0x01，即T0工作于方法0（16位定时器）。内部定时器/计数器用作定时器时，是对机器周期计数，每个机器周期长度是12个振荡周期。定时常数设置可用一下方法计算：机器周期=12/12MHz=1us（65536-定时常数）*1.0us=50ms 所以定时常数是50000。4.5 总原理图 图4-5 总原理图4.6 仿真 图 4-6 仿真 第五章 参考文件1 刘勇.数字电路M.电子工业出版社.2 杨子文.单片机原理及应用M.西安电子科技大学出版社.3 刘华东.单片机原理和应用（第2版）M.电子工业出版社.84 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.清华大学出版社，.5 沈精虎.电路设计和制版Protel99入门和提升M.人民邮电出版社，.6 范风强，兰婵丽.单片机语言C51应用实战集锦M.电子工业出版社.，.7 顾曙敏.单片机和串行时钟DS1307接口设计J.现代电子技术，26(14)85-87.8 孙晓燕.基于8051单片机交通灯控制系统设计和模拟J.南宁职业技术学院学报，03期.9 陈毅，许飞，王学飞.基于单片机交通灯智能控制系统J.中国高新技术企业，第15期.10附录一：程序#include /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /宏定义uchar替换unsigned char。#define uint unsigned int /宏定义uint用来定义无符号整型数。#include uchar a_a;uchar code smg_du=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff;/数码管段选定义 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 AB C D E F不显示 /断码uchar dis_smg8 = 0;uchar smg_i = 4; /显示数码管个位数/数码管位选定义sbit smg_we1 = P20; /数码管位选定义sbit smg_we2 = P21;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;char dx_s = 0,nb_s = 0;/东西 南北 倒计时变量sbit dx_red = P27; /东西红灯sbit dx_green = P26;/东西绿灯sbit dx_yellow = P25;/东西黄灯sbit nb_red = P24;/南北红灯sbit nb_green = P23;/南北绿灯sbit nb_yellow = P22;/南北黄灯uchar flag_jtd_mode; /交通灯模式 依据时间 bit flag_1s = 0;bit flag_500ms;bit flag_dx_nb = 0; /东西南北模式uchar flag_5m_value;uchar i;uchar flag_alarm;/模式uchar dx_time = 30,nb_time = 20; /东西、南北时间uchar flag_jdgz ; /交通管制void smg_we_switch(uchar i)switch(i)case 0: smg_we1 = 0; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 1: smg_we1 = 1; smg_we2 = 0; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 2: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 0; smg_we4 = 1; break;case 3: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 0; break;void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j110;j+);void display()uchar i;for(i=0;ismg_i;i+)P0 = 0xff; /消隐 smg_we_switch(i); /位选P0 = dis_smgi; /段选 delay_1ms(3);void time0_init() EA = 1; /开总中止TMOD = 0X11; /定时器0、定时器1工作方法1ET0 = 1; /开定时器0中止 TR0 = 1; /许可定时器0定时void jiaotongdeng_dis()if(flag_1s = 1)flag_1s = 0;if(flag_dx_nb = 0) /南北时间dx_s -;nb_s -;if(dx_s = 5)nb_s = 5;if(flag_dx_nb = 1) /东西时间dx_s -;nb_s -;if(nb_s = 5)dx_s = 5;if(dx_s 5)dx_red = 0; /亮dx_green =1; /灭dx_yellow = 1; /灭nb_red = 1; /灭nb_green =0; /亮nb_yellow = 1; /灭flag_5m_value = 0;else if(dx_s 5)dx_red = 1; /灭 dx_green =0;/亮dx_yellow = 1;/灭nb_red = 0; /亮 nb_green =1;/灭nb_yellow = 1;/灭flag_5m_value = 0;else if(nb_s 5)flag_jdgz = 0;if(flag_jdgz = 1) / 全部亮红灯 dx_red = 0; /亮 dx_green =1;/灭dx_yellow = 1;/灭nb_red = 0; /亮 nb_green =1;/灭nb_yellow = 1;/灭if(flag_jdgz = 2) / 东西红灯 南北绿灯dx_red = 0; /亮 dx_green =1;/灭dx_yellow = 1;/灭nb_red = 1; /灭 nb_green =0;/亮nb_yellow = 1;/灭if(flag_jdgz = 3) / 南北红灯 东西绿灯dx_red = 1; /灭 dx_green =0;/亮dx_yellow = 1;/灭nb_red = 0; /亮 nb_green =1;/灭nb_yellow = 1;/灭if(flag_jdgz = 4) / 南北绿灯 东西绿灯dx_red = 1; /灭 dx_green =0;/亮dx_yellow = 1;/灭nb_red = 1; /灭 nb_green =0;/亮nb_yellow = 1;/灭if(flag_jdgz = 5) / 南北黄灯 东西黄灯dx_red = 1; /灭 dx_green =1;/灭dx_yellow = 0;/亮nb_red = 1; /灭 nb_green =1;/灭nb_yellow = 0;/亮if(key_can = 1) /设置键menu_1 +;if(menu_1 = 2)menu_1 = 0;if(menu_1 = 1) /设置东西时间if(key_can = 2)dx_time + ;/加1if(dx_time 99)dx_time = 99;if(key_can = 3)dx_time - ;/减1if(dx_time 99)nb_time = 99;if(key_can = 3)nb_time - ;/减1if(nb_time = 5)nb_time = 5;dis_smg0 = smg_du11 ;/显示为Bdis_smg1 = smg_du11 ;/显示为Bdis_smg2 = smg_dunb_time % 10 ;/显示东西设置时候dis_smg3 = smg_dunb_time / 10 ;void main()time0_init();while(1)key();if(key_can = 20)value = 0;flag_1s = 1;