protues专业课程设计.doc

成绩

课程论文

题 目： 基于单片机十字路口交通灯设计

课程名称： Proteus
学生姓名： 赵德平
学生学号：
系 别： 电子工程学院
专 业： 通信工程
年 级： 级
任课老师： 王守亚

电子工程学院制
4月

课程论文题目:基于单片机十字路口交通灯设计
学生：赵德平
指导老师：王守亚
电子工程学院 通信工程

1　设计要求

1.1　程序开始运行先南北段通行、东西段严禁60s，后东西段通行、南北段严禁60s，依此循环。
1.2　系统分三种工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，而且经过三个按钮“正常”、“繁忙”、“特殊”可相互转化。
1.3　正常模式：
直行时间显示数码管显示60。此时南北段直行通行（绿灯）、东西段严禁（红灯）40s，南北段人行道通行（绿灯），东西段人行道严禁（红灯），同时南北段和东西段方向数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最终5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；以后南北段左拐（左拐灯亮）通行、东西段严禁（红灯）20s，南北段、东西段人行道全部严禁（红灯），同时南北段和东西段方向数码管全部从20s开始倒计时，至最终5s时南北段左拐灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段严禁（红灯）40s，东西段人行道通行（绿灯），南北段人行道严禁（红灯），同时东西段和南北段方向数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最终5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最终东西段左拐（左拐灯亮）通行、南北段严禁（红灯）20s，东西段、南北段人行道全部严禁（红灯），同时东西段和南北段方向数码管全部从20s开始倒计时，至最终5s时东西段左拐灯变成黄灯闪烁。
1.4　繁忙模式：
繁忙指示灯亮，南北段、东西段通行时间改为45s，其中左拐时间改为15s，其它和正常模式类似。
1.5　特殊模式：
特殊模式灯亮，南北段、东西段通行时间改为75s，其中左拐时间改为20s，其它和正常模式类似。

2　设计目标

2.1　了解交通灯管理基础工作原理
2.2　熟悉AT89C51工作原理和应用编程
2.3　熟悉AT89C51并行接口多种工作方法和应用
2.4　熟悉AT89C51计数器/定时器工作方法和应用编程外部中止方法
2.5　掌握多位LED显示问题处理

3　方案比较、设计和论证

3.1 显示界面方案
3.1.1 倒计时显示
　该系统要求完成倒计时功效。因只需显示数字，基于上述原因，我们考虑完全采取数码管显示，四个路口分别采取一个二位阴极数码管即可。

3.1.2 状态灯显示
该系统要求完成状态灯显示功效。求于简单，我们把各个路口红灯和黄灯设成直行和左拐两个通行方法所共有，也就是说，一个路口只需四个状态灯，一个直行通行绿灯，一个左拐通行绿灯，一个共有红灯，一个共有黄灯。

3.2 输入方案
该系统要求能手动改变东西和南北通行时间、紧急情况处理，我们采取扩展I/O
口方法，在外部中止P32口上扩展三个中止口，分别连接三个按钮。该方案优点是：使用灵活，而且可提供较多I/O口,节省了AT89C51中止口资源。

4　原理分析

4.1 交通灯显示时序理论分析
下图所表示为一个红绿灯规则状态图。

图4.1 状态S1南北直行通行
图4.2 状态S2南北左拐通行

图4.4 状态S4东 西左拐通行
图4.3 状态S3东西直行通行

共四种状态，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四种状态为一个周期，循环实施以下图所表示：

图4.5 交通灯状态循环图

依据上述车辆行驶状态图，能够列出各个路口灯逻辑表以下表所表示(其中逻辑值“1”代表直行通行，逻辑值“0”代表严禁通行，逻辑值“L”代表左拐通行)：

S1状态
E
S
W
N
逻辑值
0
1
0
1
显示时间
正常模式下为40S

S2状态
E
S
W
N
逻辑值
0
L
0
L
显示时间
正常模式下为20S

S3状态
E
S
W
N
逻辑值
1
0
1
0
显示时间
正常模式下为40S

S4状态
E
S
W
N
逻辑值
L
0
L
0
显示时间
正常模式下为20S

程序就是在上述四种状态下循环转化。一个周期四个状态，在正常模式下共花费2分钟。
4.2 交通灯显示理论分析
4.2.1 倒计时显示理论分析
利用定时器中止，设置 TH0=TH1＝(65536-50000)/256，即每0.05秒中止一次。每到第20次中止即过了20*0.05秒＝1秒时，使时间计数值减1，便实现了倒计时功效。

4.2.2 状态灯显示理论分析
黄灯闪烁一样能够利用定时器中止。每到第10次中止即过了10*0.05秒＝0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。

5　程序设计步骤图

T0响应
N
南北黄灯标志位为1
N
东西黄灯标志位为1

Y
0.5s到
Y
1s到

南北黄灯位置反
团里

Y
东西黄灯位置反
团里

Y
返回
倒计时减1,计数值置0
N
N

开始
南北直行通行东西严禁
南北左拐通行东西严禁
AT89C51初始化
南北黄灯闪烁
南北黄灯闪烁
通行35秒
Y
N
闪烁5秒
Y
N
通行15秒
Y
N
闪烁5秒
Y
N
东西黄灯闪烁
东西直行通行南北严禁
东西左拐通行南北严禁
东西黄灯闪烁
通行35秒
Y
N
闪烁5秒
Y
N
通行15秒
Y
N
闪烁5秒
Y
N

图5.1 定时器0中止步骤图

INT0响应
N
“繁忙”键按下
N
“特殊”键按下
N
“正常”键按下
返回
关中止
开中止
正常模式设置
Y
繁忙模式设置
Y
特殊模式设置
Y

图5.2 主程序步骤图
AT89C51是美国ATMEL企业生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中止口，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，片内含8k bytes可反复擦写Flash只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，和标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存放单元，能够根据常规方法对其进行编程，也能够在线编程。其将通用微处理器和Flash存放器结合在一起，尤其是可反复擦写Flash存放器可有效地降低开发成本。

6　总体设计和电路图

6.1　芯片选择

图6.1 AT89C51芯片引脚图

6.2 电路设计

图6.2 电路图

图中大部分连线采取总线形式。共五个二位阴极数码管，其中四个分别用于四个路口倒计时显示，另外一个用于总体直行时间显示，五个数码管阳极全部接到AT89C51P0口，阴极接到P2口；共32个发光二极管，其中16个绿色发光二极管，14个红色发光二极管，2个黄色发光二极管，四个路口每个路口各有一个红（禁行）、黄（警告）发光二极管，二个绿色发光二极管（通行），一个用于直行通行，一个用于左拐通行，四个人行道，每个人行道两边各有一红、绿发光二极管，另外两个红色发光二极管分别用于繁忙模式和特殊模式指示，其中四个路口二极管接到P1口，人行道发光二极管接到P3口，繁忙模式和特殊模式指示灯接P2口;外部中止0接上三个按钮，分别用于繁忙、特殊、正常模式转化。

7 总结和展望
7.1 软件延时和定时器计时
软件延时，设计简单，使用方便，不过无法进行正确计时，无法在实际应用中进行使用，此次设计采取了定时器0进行计时，每50ms产生一个脉冲信号，能够正确计时并方便8段数码管进行显示。
7.2 使用中止好处
使用中止能够进行多样化设计，强化程序功效和实施效率。
在本设计中程序每50ms请求一次中止，实现正确定时和数码管显示刷新。
7.3 相关此次设计
此次课程设计过程是艰辛，不过收获却是很大。
在设计过程中，会出现了部分问题，但全部是常见小问题，如：代码中双引号使用并不是在英语书写状态下，输入字母犯错等，在调试时出现异常，不过这些全部是常常性错误，经过调试修改全部一一处理，程序顺利完成，并实现了其功效。
综合课程设计让我把以前学习到知识得到巩固和深入提升认识，对已经有知识有了更深入了解和认识。在此，因为本身能力有限，在课程设计中碰到了很多问题，但经过查阅相关书籍、资料和和周围同学交流后全部得以一一处理。
因为使用是单片机作为关键控制元件，使得电路可靠性比较高，功效也比较强大，而且能够随时更新系统，进行不一样状态组合。不过在我们设计和调试过程中，也发觉了部分问题，譬如红灯和绿灯切换还不够快速，红绿灯规则效率还不是很高等等，这需要在实践中深入完善。
当然，经过这次课程设计，我也发觉了本身很多不足之处，在以后学习中，我会不停完善自我，不停进取，能使自己在单片机编程这方面有一个大发展。

参考文件：
[1] 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1998.
[2] 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1992.
[3] 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社，1994.
[4] 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.
[5] 谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989.
[6] 徐爱均，彭秀华．单片机高级语言编程和应用实践．北京：电子工业出版社，．　

附录程序：
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit Time_Show_LED2=P2^5;
sbit Time_Show_LED1=P2^4;
sbit EW_LED2=P2^3;
sbit EW_LED1=P2^2;
sbit SN_LED2=P2^1;
sbit SN_LED1=P2^0;
sbit SN_Yellow=P1^6;
sbit EW_Yellow=P1^2;
sbit EW_ManGreen=P3^0;
sbit SN_ManGreen=P3^1;
sbit Special_LED=P2^6;
sbit Busy_LED=P2^7;
sbit Nomor_Button=P3^5;
sbit Busy_Btton=P3^6;
sbit Special_Btton=P3^7;
sbit EW_ManRed=P3^3;
sbit SN_ManRed=P3^4;
bit Flag_SN_Yellow;
bit Flag_EW_Yellow;
char Time_EW;
char Time_SN;
uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19;
uchar EW1=60,SN1=40,EWL1=19,SNL1=19;
uchar code table[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //0-9段选码
uchar code S[8]={0x28,0x48,0x18,0x48,0x82,0x84,0x81,0x84};
void Delay(uchar a)
{
uchar i;
i=a;
while(i--){;}
}

void Display(void)
{
uchar h,l;
h=Time_EW/10;
l=Time_EW%10;
P0=table[l];
EW_LED2=1;
Delay(2);
EW_LED2=0;
P0=table[h];
EW_LED1=1;
Delay(2);
EW_LED1=0;

h=Time_SN/10;
l=Time_SN%10;
P0=table[l];
SN_LED2=1;
Delay(2);
SN_LED2=0;
P0=table[h];
SN_LED1=1;
Delay(2);
SN_LED1=0;

h= EW1/10;
l= EW1%10;
P0=table[l];
Time_Show_LED1=1;
Delay(2);
Time_Show_LED1=0;
P0=table[h];
Time_Show_LED2=1;
Delay(2);
Time_Show_LED2=0;
}
void INT0_srv(void)interrupt 0 using 1
{
EX0=0;
if(Nomor_Button==0) {
EW1=60;
SN1=40;
EWL1=19;
SNL1=19;
Busy_LED=0;
Special_LED =0;
}
if(Busy_Btton==0)
{
EW1=45;
SN1=30;
EWL1=14;
SNL1=14;
Special_LED=0;
Busy_LED=1;

}
if(Special_Btton==0)
{
EW1=75;
SN1=55;
EWL1=19;
SNL1=19;
Busy_LED=0;
Special_LED =1;
}
EX0=1; }
void timer0(void)interrupt 1 using 1
{
static uchar count;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
count++;

if(count==10)
{
if(Flag_SN_Yellow==1)
{SN_Yellow=~SN_Yellow;}
if(Flag_EW_Yellow==1)
{EW_Yellow=~EW_Yellow;}
}
if(count==20)
{
Time_EW--;
Time_SN--;
if(Flag_SN_Yellow==1)
{SN_Yellow=~SN_Yellow;}
if(Flag_EW_Yellow==1)
{EW_Yellow=~EW_Yellow;}
count=0;
}
}
void main(void)
{
Busy_LED=0;
Special_LED=0;
IT0=1;
TMOD=0x01;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
EX0=1;
TR0=1;

while(1)
{

SN_ManRed=0;
SN_ManGreen=1;
EW_ManRed=1;
EW_ManGreen=0;
Flag_EW_Yellow=0;
Time_EW=EW;
Time_SN=SN;
while(Time_SN>=5)
{
P1=S[0];
Display();
}

P1=0x00;
while(Time_SN>=0)
{
Flag_SN_Yellow=1;
P1=P1|0x08;
Display();
}

SN_ManRed=1;
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=1;
EW_ManGreen=0;
Flag_SN_Yellow=0;
Time_SN=SNL;
while(Time_SN>=5)
{
P1=S[2];
Display();
}

P1=0x00;
while(Time_SN>=0)
{
Flag_SN_Yellow=1;
P1=P1|0x08;
Display();
}
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
SN_ManRed=1;
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=0;
EW_ManGreen=1;
Flag_SN_Yellow=0;
Time_EW=SN;
Time_SN=EW;
while(Time_EW>=5)
{
P1=S[4];
Display();
}

P1=0X00;
while(Time_EW>=0)
{
Flag_EW_Yellow=1;
P1=P1|0x80;
Display();
}
SN_ManRed=1;
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=1;
EW_ManGreen=0;
Flag_EW_Yellow=0;
Time_EW=EWL;
while(Time_EW>=5)
{
P1=S[6];
Display();
}
P1=0X00;
while(Time_EW>=0)
{
Flag_EW_Yellow=1;
P1=P1|0x80;
Display();
}

EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
}
}