城市交道口交通灯控制糸统-电子设计竞赛成果报告书.docx

目 录
一、 设计任务…………………………………………3
二、 设计要求…………………………………………3
三、 总体设计…………………………………………4
四、 硬件模块…………………………………………5
4.1主控系统……………………………………..5
4.2数码管显示时间电路……………………….7
4.3交通灯输出控制电路……………………….8
五、 程序模块………………………………………....11
5.1主程序设计…………………………………..11
5.2数码管显示子程序…………………………..11
5.3 LED灯显示子程序………………………….12
5.4紧急状况中断子程序………………………...16
5.5定时/计数子程序……………………………..16
六、 系统调试………………………………………….16
七、 元件清单………………………………………….17
八、 学习心得………………………………………….18
九、 参考文献………………………………………….19

一、设计任务
设计并制作一个城市交道口交通灯控制糸统

二、基本要求
(1) 在1平方米左右木板上制作交道口模型，装上交通灯。交道口模型如图所示。

(2) 交通灯控制规则如下：
1）每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿两种颜色。自行车与汽车共用左拐、右拐和直行灯。
2）共有四种通行方式：
① 车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。
② 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1分钟。
③ 东西向直行、各路右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。
④ 东西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行时间为1分钟。
3）在通行结束前10秒钟，绿灯闪烁直至结束。
(3)不必自制电源。
发挥部分：有倒计时时间显示；若交道口出现紧急情况，交警可将糸统设置成手动：全路口车辆禁行、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。

三、总体设计
整个系统采用AT89C51单片机系统为核心，使用LED发光二极管代表各个路口的交通灯，用7SEG-MPX2-CC数码管对转换时间进行倒时.

电源
复位电路

AT89C51单片机

手动控制
LED灯显示
数码显示管

图3.1 总体设计框图

图3.2 硬件电路设计仿真图

四、硬件模块
4.1主控系统
整个系统采用AT89C51单片机为核心，P1口控制交通灯的亮、灭，P0口为倒数计时器显示控制端，P2口是显示器公共端的扫描口，P3.2为外部中断，当紧急情况下课按下开关，此时所有红灯亮，禁止所有车辆和行人通行。使用LED发光二极管代表各个路口的各种交通灯，用7SEG-MPX2-CC数码管对转换时间进行倒时。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要管脚说明：
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（计时器0外部输入）
P3.5 T1（计时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

图4.1 AT89C51外形图及引脚图

4.2数码管显示时间电路：
动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。若显示器的位数不大于8位，则显示器的公共端只需一个8位I/O口进行动态扫描（称为扫描口），控制每位显示器所显示的字形也需一个8位口（称为段码输出）。

图4.2.1 7SEG-MPX2-CC数码管

图4.2.2 数码管显示时间电路

4.3 交通灯输出控制电路：
道口交通灯采用LED二极管，左拐、直行、右拐、行人各一个。当发光电流为6mA时，按公式R=（5V-1.8V）/0.006计算，限流电阻应为510欧，以保护单片机输出端口。（仿真图未接电阻）
显示状态流程如下：
00-10车辆南北向直行、南北向行人通行

10-50，车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行

50-60后，车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行，路灯闪烁

00-50南北向左拐、各路右拐，行人禁行

50-60南北向左拐、各路右拐，行人禁行，路灯闪烁

00-10东西向直行，东西向行人通行

10-50东西向直行、各路右拐，东西向行人通行

50-60东西向直行、各路右拐，东西向行人通行，路灯闪烁

00-50东西向左拐、各路右拐。行人禁行。

50-60东西向左拐、各路右拐，行人禁行，路灯闪烁

五、程序模块
5.1主程序设计
首先程序初始化，包括定时器初始化。然后进入子程序ST1状态1。在状态1中又调用显示子程序，由于状态已不用闪烁因此不用调用闪烁子程序。状态1只用显示10s，所以判断A是否等于50H，不等于则继续执行ST1语句，等于则跳转到ST2中。同时（50H）加1。在ST2中雨ST1不同的是ST2中最后10s，灯要闪烁。因此先判断A是否等于10，如果是则同时调用显示子程序和SHANSHUO1子程序，将（50H）的值和01H比较，若等于则跳转到ST3，同时（50H）加1。在ST3中判断A是否等于10H，等于则同时调用显示子程序和SHANSHUO2子程序，将（50H）的值和02H比较，若等于则跳转到ST4中。其他状态同理。
考虑到有紧急状况发生，程序设计了一个外部中断INT0，当紧急状况发生时，按下开关，给P3.2口一个低电平，触发外部中断，进入中断服务程序。撤销中断时，程序继续执行。
主程序：
ORG 1000H
MAIN: MOV R6,#100 ;主程序；
SETB EX0
CLR IT0
MOV 50H,#00H
MOV TMOD,#10H ;初始化
MOV TH1,#0D8H
MOV TL1,#0F0H
MOV IE,#8DH
MOV 22H,#60H ;60s;
SETB TR1

5.2数码管显示子程序
显示程序如下：它将显示缓冲区4个字节数据依次读出，每一字节数据分两次分别对应显示到数码管上（读一字节显示两位，直到四个数码管显示完毕）
DISP: MOV A,R2 ;显示子程序。
ANL A,#0F0H
SWAP A
MOV 60H,A
MOV A,R2
ANL A,#0FH
MOV 61H,A
MOV A,R3
ANL A,#0F0H
SWAP A
MOV 62H,A
MOV A,R3
ANL A,#0FH
MOV 63H,A

MOV 40H,#04H
MOV R5,#0FEH
MOV R0,#60H
LLP: MOV A,@R0
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
MOV A,R5
MOV P2,A
LCALL DELAY1
MOV P2, #0FFH;
RL A
MOV R5,A
INC R0
DJNZ 40H,LLP
RET
DELAY1: ;延时子程序
MOV R4,#02H
DL2: MOV R7,#0FFH
DJNZ R7,$
DJNZ R4,DL2
RET
TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H
END

5.3 LED灯显示子程序
状态1：车辆南北直行，南北向行人通行10s。
子程序：
ZT1: MOV P1,#0FAH ;第一个状态，南北直行，行人通行；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#50H,ZT1
状态2：车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行50s。通行结束前10s闪烁。
子程序：
ZT2: MOV P1,#0D8H ;第二个状态，南北直行，各路右拐50s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT2
SHANSHUO1:
MOV P1,#0D8H
MOV R1,#100
LIANG1:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE1
DJNZ R1, LIANG1
MOV R1,#100
MIE1:
MOV P1,#0DDH ;闪烁灭
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE1
DJNZ R1,MIE1
MOV A,50H
CASE1:
CJNE A,#01H,SHANSHUO1 ;闪烁10s结束
状态3： 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1分钟。
子程序：
ZT3: MOV P1,#0D5H ;第三个状态，南北左拐，各路右拐60s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT3
SHANSHUO2:
MOV P1,#0D5H
MOV R1,#100
LIANG2:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE2
DJNZ R1,LIANG2
MOV R1,#100
MIE2:
MOV P1,#0FFH
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE2
DJNZ R1, MIE2
MOV A,50H
CASE2:
CJNE A,#02H,SHANSHUO2
状态4：车辆东西直行，东西向行人通行10s。
子程序：
ZT4: MOV P1,#0AFH ;第四个状态，东西直行；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#50H,ZT4
状态5：车辆东西直行、各路右拐，东西向行人通行50s。通行结束前10s闪烁。
子程序：
ZT5: MOV P1,#08DH ;第五个状态，东西直行，各路右拐50s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT5
SHANSHUO3:
MOV P1,#08DH
MOV R1,#100
LIANG3:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE3
DJNZ R1,LIANG3
MOV R1,#100
MIE3:
MOV P1,#0DDH
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE3
DJNZ R1,MIE3
MOV A,50H
CASE3:
CJNE A,#03H,SHANSHUO3
状态6： 东西向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1分钟。
子程序：
ZT6: MOV P1,#5DH ;第六个状态，东西左拐，各路右拐60s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT6
SHANSHUO4:
MOV P1,#5DH
MOV R1,#100
LIANG4:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE4
DJNZ R1,LIANG4
MOV P1,#0FFH
MOV R1,#100
MIE4:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE4
DJNZ R1,MIE4
MOV A,50H
CASE4:
CJNE A,#00H,SHANSHUO4
5.4紧急状况中断子程序
中断设置为外部中断INTT0。当手动按下开关，进入中断程序，首先将显示程序缓冲口中的数据压入堆栈保护起来，全部红灯亮，计数器停止计数。中断结束后，继续中断前的工作。
INTT0: ;外部中断0
PUSH ACC ;保护显示程序，中断结束后继续显示
MOV A,R2
PUSH ACC
MOV A,R3
PUSH ACC
MOV P1,#0FFH ;全部红灯亮
CLR TR1
JINJI:
MOV R2,22H ;若交道口出现紧急情况，交警可将糸统设置成手动，全路口禁止车辆、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。
MOV R3,22H
LCALL DISP
JNB P3.2,JINJI
SETB TR1
POP ACC
MOV R3,A
POP ACC
MOV R2,A
POP ACC
RETI
5.5定时/计数子程序
定时器采用T1定时器，定时10ms，循环100次刚好为1s，
TT1: MOV TH1,#0D8H ;定时器1，定时10ms
MOV TL1,#0F0H
DJNZ R6,EXIT
MOV R6,#100 ;定时器定时100次

六、系统调试
6.1仿真调试
本次我们使用Keil uVision4与Proteus 6 professional连接仿真调试，因为整个系统含有很多个子程序，所以调试时把各个子程序分别调试，成功后进行整体调试。在调试过程中发现了一些错误，加了修改。
问题1，在中断服务程序中必须将与主函数中共用的变量进行堆栈，如果不堆栈程序执行结果将无法想象。
问题2，开始直接将22H的内容用来倒计时，做减一的工作，但在调试时发现当它减到0时与闪烁退出程序发生冲突，于是又用了一个寄存器50H，闪烁程序每次与(50H)的值比较判断。
综合仿真调试成功。
6.2 硬件调试
焊接电路完毕后，使用AT89C51最小系统驱动控制。逐步调试了LED灯闪烁电路，数码管倒计时显示电路，紧急情况手动控制电路，各个模块均无问题。但连接整个电路时发现单片机驱动不了，于是在数码管上加传输门实现电流放大。将程序写入烧录器，连接硬件，硬件运行正常，基本达到预计功能。
硬件调试成功。

七、元件清单
元件名称
数量
AT89C51（单片机）
1
RESPACK—8（排阻）
1
7SEG—MPX2—CC（数码管）
4
CAP(0.1UF)（电容）
4
LED_GREEN
16
单控开关
2
按钮（自动复位）
1
RES（0.51K）
16
RES（10K）
1
烧录器
1
底板
1
74LS04
2

八、学习心得
专业知识方面：通过本次课程设计，设为加深了对单片机的理解，并且熟悉了单片机系统的设计流程，收获丰硕，也对以后的单片机学习铺垫了道路。两外，我们学会了Keil uVision4与Proteus 6 professional两个软件，想必在以后的学习单片机编程和仿真中大有裨益。本次设计比较粗糙，基本能满足要求，但是总还是有一些欠缺，比如没有加入红灯而是直接将绿灯灭了就看做红灯，导致在闪烁的时候有异议。如果需更满足需要，则在硬件电路中加入电压比较器，将红灯和绿灯并联在电路中。还有，由于时间紧迫，我们的发挥部分方案，比如超速监测等没有应用到硬件部分。
个人素质方面：经历了这次课程设计，使我们认识了自己在专业课程方面的欠缺和漏洞，比如程序方面，由于平时对Keil uVision4与Proteus 6 professional两个软件不是很熟悉，但为了要先做出仿真电路图，我们用了近两天的时间来熟悉软件、编程调试、修改方案。硬件方面，之前我们没有焊接过电路板，这次我们要从零学起，开始我们要两人配合才能焊接一个灯，后来慢慢熟悉，一个人就可以焊接；中间我们还要多次调试，失败了很多次，但我们从不气馁，一直坚持。实验期间，我们还查阅了大量的资料，向老师和同学求教，使我们意识到不能只停留在书本知识上，要把学到的东西用到实践中去，这样才能学以致用、举一反三。
团队合作方面：经过4天的设计学习，我们觉得个人的能力是有限的，但团队的力量是强大的。我们团结一致，共同克服困难。我们有明确的分工，以提高工作效率；我们制定了严密的工作计划，一定的时间段里完成规定的任务，丝毫不懈怠。在合作实验过程中，很多我看不出的问题，队友却能看出来；一个人想不出的办法，两个人就能想出来，真的应验了“团结力量大”的古话。

九、参考文献
《MCS-51系列单片机系统及其应用》(第二版),高等教育出版社
百度百科
新浪爱问

附件1：
软件程序：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP INTT0
ORG 001BH
LJMP TT1
ORG 0100H
TT1: MOV TH1,#0D8H ;定时器1，定时10ms
MOV TL1,#0F0H
DJNZ R6,EXIT
MOV R6,#100 ;定时器定时100次
PUSH ACC
MOV A,22H
JNZ WANG
INC 50H
MOV A,50H
CJNE A,#04H,WANG
MOV 50H,#00H
WANG: MOV A,22H
JNZ JIANYI
MOV A,#60H
JIANYI: ;显示计数器减一;
ADD A,#99H
DA A
MOV 22H,A
POP ACC
EXIT: RETI
INTT0: ;外部中断0
PUSH ACC ;保护显示程序，中断结束后继续显示
MOV A,R2
PUSH ACC
MOV A,R3
PUSH ACC
MOV P1,#0FFH ;全部红灯亮
CLR TR1
JINJI:
MOV R2,22H;若交道口出现紧急情况，交警可将糸统设置成手动：全路口禁止车辆、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。
MOV R3,22H
LCALL DISP
JNB P3.2,JINJI
SETB TR1
POP ACC
MOV R3,A
POP ACC
MOV R2,A
POP ACC
RETI
ORG 1000H
MAIN: MOV R6,#100 ;主程序；
SETB EX0
CLR IT0
MOV 50H,#00H
MOV TMOD,#10H ;初始化
MOV TH1,#0D8H
MOV TL1,#0F0H
MOV IE,#8DH
MOV 22H,#60H ;60s;
SETB TR1
ZT1: MOV P1,#0FAH ;第一个状态，南北直行,行人通行；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#50H,ZT1
ZT2: MOV P1,#0D8H ;第二个状态，南北直行，各路右拐50s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT2
SHANSHUO1:
MOV P1,#0D8H
MOV R1,#100
LIANG1:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE1
DJNZ R1, LIANG1
MOV R1,#100
MIE1:
MOV P1,#0DDH ;闪烁灭
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE1
DJNZ R1,MIE1
MOV A,50H
CASE1:
CJNE A,#01H,SHANSHUO1 ;闪烁10s结束
ZT3: MOV P1,#0D5H ;第三个状态，南北左拐，各路右拐60s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT3
SHANSHUO2:
MOV P1,#0D5H
MOV R1,#100
LIANG2:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE2
DJNZ R1,LIANG2
MOV R1,#100
MIE2:
MOV P1,#0FFH
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE2
DJNZ R1, MIE2
MOV A,50H
CASE2:
CJNE A,#02H,SHANSHUO2
ZT4: MOV P1,#0AFH ;第四个状态，东西直行；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#50H,ZT4
ZT5: MOV P1,#08DH ;第五个状态，东西直行，各路右拐50s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT5
SHANSHUO3:
MOV P1,#08DH
MOV R1,#100
LIANG3:
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE3
DJNZ R1,LIANG3
MOV R1,#100
MIE3:
MOV P1,#0DDH
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP
MOV A,22H
JZ CASE3
DJNZ R1,MIE3
MOV A,50H
CASE3: CJNE A,#03H,SHANSHUO3
ZT6: MOV P1,#5DH ;第六个状态，东西左拐，各路右拐60s；
MOV R2,22H
MOV R3,22H
LCALL DISP ;调用显示子程序。
MOV A,22H
CJNE A,#10H,ZT6