交通灯单片机交通灯专业课程设计.doc

单片机课程设计

————设计汇报

学 院： 物理电气信息学院
专 业： 电子信息工程
姓 名： 杨锋
学 号： 1243756
指导老师： 陈潮红
完成时间： -12-28

目录
目录
第一章 序言
1.1：传统交通灯介绍
1.2 基于单片机智能交通灯控制系统设计意义
第二章 课程设计流程
2.1 课程设计目标
2.2 经过单片机实现交通灯
第三章 硬件设计和介绍
3.1 8255单片机介绍
3.2 8255单片机关键性能参数
3.3 8255芯片内部结构介绍关键引脚功效
3.4 80C5I单片机介绍和结构
3.5 课程设计系统步骤图
第四章 课程设计系统原程序
第五章 系统仿真图
第六章 课程设计总结及心得体会
致谢

第一章 前 言
1.1：传统交通灯介绍
在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效手段。但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年，在英国伦敦关键街头安装了以燃煤气为光源红，蓝两色机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早交通信号灯。1868年，英国机械工程师，纳伊特在伦敦威斯敏斯特区议会大厦前广场上，安装了世界上最早煤气红绿灯。它由红绿两灯以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
19，电气开启红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形投光器组成，安装在纽约市5号大街一座高塔上。红灯亮，表示“停止”，绿灯亮，表示“通行”。而中国最早马路交通灯却是诞生于1928年上海英租界。从最早手牵皮带到20世纪50年代电气控制，从采取计算机控制到现代化电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不停地更新、发展和完善。不过，伴随社会不停进步，传统交通灯缺点也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路最大通行效率是最显著问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。
伴随中国经济高速发展，大家对多种交通车辆需求量不停增大，城市交通拥护问题日益严重，现在，大部分城市十字路口交通控制灯，通常做法是：事先经过车辆流量调查，利用传统方法设计好红绿灯延时，然而，实际上车流量是不停改变，有路口在不一样时间段车流量大小甚至有很大差异，所以说，统计方法已不能适应快速发展交通现实状况。
1.2基于单片机智能交通灯控制系统设计意义

现在，中国交通灯通常设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色指示灯。加上一个倒计时显示计时器来控制行车。对于通常情况下安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但依据实际行车过程中出现情况，还存在以下缺点：1．两车道车辆轮番放行时间相同且固定， 在十字路口，常常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车经过时，两车道应采取方法，臂如，消防车实施紧急任务经过时，两车道车全部应停止，让紧急车经过。
针对道路交通拥挤，交叉路口常常出现拥堵情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案及两点改善方法：1、依据各道路路口车流量大小自动调整通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。

第二章 课程设计步骤
交通灯通常设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色指示灯。加上一个倒计时显示计时器来控制行车。对于通常情况下安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但依据实际行车过程中出现情况，还存在以下缺点：1．两车道车辆轮番放行时间相同且固定， 在十字路口，常常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车经过时，两车道应采取方法，臂如，消防车实施紧急任务经过时，两车道车全部应停止，让紧急车经过。

2.1、课程设计目标
1． 巩固《单片机技术》课程所学相关知识。
2． 经过硬件设计、软件设计，使学生掌握用单片机组成应用系统方法，提升软件设计能力。
3． 掌握单片机用于多种功效控制方法。
4． 学会产品设计方法。
2.2经过单片机实现交通灯

系统完成内容以下：
1南北方向：绿灯亮30S放行，黄灯亮4S警告，然后红灯亮30S严禁。
2东西方向：绿灯亮30S放行，黄灯亮4S警告，然后红灯亮30S严禁。
3．南北方向红灯亮时，同时用2位LED进行30S递减时间显示。
4．东西方向红灯亮时，同时用2位LED进行30S递减时间显示。
5．单片机程序设计、调试。
第三章硬件设计和介绍

3.1.8255内部结构和引脚功效

8255内部结构图
3.2.特征
　　(1)一个并行输入/输出LSI芯片,多功效I/O器件,可作为CPU总线和外围接口.
　　(2)含有24个可编程设置I/O口,即3组8位I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位I/O口,A组包含A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包含B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基础I/O口,闪控(STROBE)I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基础I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器控制字决定.
3.3.引脚功效
　　RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，全部内部寄存器（包含控制寄存器）均被清除，全部I/O口均被置成输入方法。
　　CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，许可8255和CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法和CPU做数据传输.
　　RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,许可8255经过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
　　WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,许可CPU将数据或控制字写入8255。
　　D0～D7:三态双向数据总线，8255和CPU数据传送通道，当CPU 实施输入输出指令时，经过它实现8位数据读/写操作，控制字和状态信息也经过数据总线传送。
　　PA0～PA7:端口A输入输出线，一个8位数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位数据输入锁存器。
　　PB0～PB7:端口B输入输出线，一个8位I/O锁存器， 一个8位输入输出缓冲器。
　　PC0～PC7:端口C输入输出线，一个8位数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位数据输入缓冲器。端口C能够经过工作方法设定而分成2个4位端口， 每个4位端口包含一个4位锁存器，分别和端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。'
　　A0,A1:地址选择线,用来选择8255PA口,PB口,PC口和控制寄存器.
　　当A0=0,A1=0时,PA口被选择;
　　当A0=0,A1=1时,PB口被选择;
　　当A0=1,A1=0时,PC口被选择;
当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择.

3.4.80C51单片机介绍和结构
有4个I/O端口，每个端口全部是8位双向口，共占32根引脚。每个端口全部包含一个锁存器（即专用寄存器P0～P3）、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口称为P0～P3。在无片外扩展存放器系统中，这4个端口每一位全部能够作为双向通用I/O端口使用。在含有片外扩展存放器系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。

1. P1口
80C51单片机Pl口只有一个功效：通用输入/输出接口。通用I/O接口有输出、输入和端口操作三种工作方法。

（1）输出方法

计算机实施写P1口指令如MOV Pl, #data时，P1口工作于输出方法，此时数据data经内部总线送入锁存器锁存。假如某位数据为1，该位锁存器输出端Q = 1、 = 0，使V1截止，从而在引脚P1.x上出现高电平。反之，假如数据为0，则Q = 0、 = 1，使V1导通，P1.x上出现低电平。

（2）输入方法

计算机实施读P1口指令如MOV A, P1时，P1口工作于输入方法。控制器发出读信号打开三态门1，引脚P1.x上数据经三态门l进入芯片内部总线，并送到累加器ACC，所以输入时无锁存功效。 在实施输入操作时，假如锁存器原来寄存数据Q = 0。那么因为 = 1，将使V1导通，引脚被一直钳位在低电平上，不可能输入高电平。为此，在输入前必需先用输出指令置Q = 1，使V1截止。正因为如此，P1口称为准双向口。 单片机复位后，P1各口线状态均为高电平，可直接用作输入。

52子系列单片机P1口中P1.0和P1.1含有第二功效，除了作为通用I/O接口外，P1.0（T2）还作为定时器/计数器2外部计数脉冲输入端，P1.1还作为定时器/计数器2外部控制输入端(T2EX)。P1口输出时能驱动4个LSTTL负载。P1口内部有上拉电阻，所以在输入时，即使由集电极开路电路或漏极开路电路驱动，也无需外接上拉电阻。

2. P2口
P2口有两种用途：通用I/O接口或高8位地址总线。

1）地址总线状态
计算机从片外ROM中取指令，或实施访问片外RAM、片外ROM指令时，模拟开关打向上边，P2口上出现程序计数器PC高8位地址或数据指针DPTR高8位地址（A8～A15），上述情况下，锁存器内容不受影响。当取指或访问外部存放器结束后，模拟开关打向下边，使输出驱动器和锁存器Q端相连，引脚上将恢复原来数据。 通常地说，假如系统扩展了外部ROM，取指操作将连续不停，P2口不停送出高8位地址，这时P2口就不应再作为通用I/O口使用。假如系统仅仅扩展外部RAM，情况应具体分析，当片外RAM容量不超出256B时，能够使用寄存器间接寻址方法指令：

MOVX A,@RiMOVX @Ri,A

由P0口送出8位地址寻址，P2口引脚原有数据在访问片外RAM期间不受影响，故P2口仍可用作通用I/O接口；当片外RAM容量较大需要由P2口、P0口送出16位地址时，P2口不再用作通用I/O接口；当片外RAM地址大于8位而小于16位时，能够经过软件从P1、P2、P3口中某几根口线送出高位地址，从而可保留P2全部或部分口线作通用I/O接口用。

2）通用I/O接口状态
P2口作准双向通用I/O接口使用时，其功效和P1口相同，工作方法、负载能力也相同。

3. P3口
P3口除了作为准双向通用I/O接口使用外，每一根线还含有第二种功效。

P3口用作I/O接口时，其功效和P1口相同。P3口作为第二功效输入操作时，其锁存器Q端必需为高电平，不然无法输入或输出第二功效信号。单片机复位时，锁存器输出端为高电平。P3口第二功效中输入信号RXD、 、 、T0、T1经缓冲器1输入，可直接进入芯片内部。

4. P0口
P0口有两种功效；地址/数据分时复用总线和通用I/O接口。P0口输出时能驱动8个LSTTL负载，即输出电流大于800µA。

5.单片机在医用设备领域中应用
单片机在医用设备中用途亦相当广泛，比如医用呼吸机，多种分析仪，监护仪，超声诊疗设备及病床呼叫系统等等

6.在多种大型电器中模块化应用
一些专用单片机设计用于实现特定功效，从而在多种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单功效，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机原理），就需要复杂类似于计算机原理。如：音乐信号以数字形式存于存放器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 　　在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

3.5课程设计系统步骤图

第四章 交通灯系统原程序
#include<reg51.h>
#include<absacc.h>
#define b8255 XBYTE[0xff29] //定义8255 B口地址
#define c8255 XBYTE[0xff2a] //定义8255 C口地址
#define ctrl8255 XBYTE[0xff2b] //定义8255控制字地址
code unsigned char sag[10]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};//段码 （段码排列：abcdefg dp）
sbit clk=P3^1;
sbit sdata=P3^0;
data unsigned char c_data,b_data=0;
unsigned char *b_port,*c_port;
unsigned int intdata=65536-50000;//定时常数（按100ms计算T=(65535-intdata)Tcy，Tcy=2uS）
unsigned char sec1=10;//1秒计时初值（sec1＝10*100 ms）
unsigned char sec2=5; //0.5秒计时初值（sec2＝5*100 ms）
unsigned char sec=30; //25秒计时初值（sec＝25*sec1 s）
bit direct=0,direct1=0;
extern void display(unsigned char d);
void EastWest(void);
void SouthNorth(void);
void Flash(void);
void HC164_Send(unsigned char displaysag);
void display(unsigned char d);

void main(void)
{
unsigned char *ctrl;
ctrl=& ctrl8255;
c_port=& c8255;
b_port=& b8255;
*ctrl=0x80; //置8255控制字，A口输出，B口输出，C口输出,工作方法0
TMOD=0x01; //定时器0工作在定时方法
TH0=intdata/256; //商3C(intdata=C3B0)
TL0=intdata%256; //余数B0
IE=0x82; //开中止（总中止及T0中止）
EastWest(); //初始化交通灯显示
display(sec); //初始化计时显示
TR0=1; //开启定时
while(1)
{
if(sec2==0) //定时到0.5秒
{
sec2=5;
Flash();
*b_port=b_data;
*c_port=c_data;
}
if(sec1==0) //定时到1秒
{
sec1=10;
sec=sec-1; //倒计时
display(sec); //显示计时
if(direct1==0) //交通灯显示
{
EastWest();
*b_port=b_data;
*c_port=c_data;
}
else
{
SouthNorth();
*b_port=b_data;
*c_port=c_data;
}
if(sec==0) //变换方向
{
sec=30+1; //置计时初值（因为显示在倒 计时后，初值需加1）
direct=!direct;
}
}
direct1=direct; //确保交通灯显示和倒计时置数同时
}
}

void EastWest(void) //东西向显示
{
if(sec>5 )
{
b_data=0x08;
c_data=0x61;
}
else if(sec<=2 && sec>=0)
{
b_data=0x08;
c_data=0xa2;
}
}
void SouthNorth(void) //南北向显示
{
if(sec>5 )
{
b_data=0x03;
c_data=0x0c;
}
else if(sec<=2 && sec>=0)
{
b_data=0x05;
c_data=0x14;
}
}
void Flash(void) //闪烁显示
{
if(sec<=5 && sec>2)
{
if(!direct1) //交通灯显示
{
if((c_data & 0x41)==0x41)
{
c_data&=0xbe;

}
else
{
c_data|=0x41;
}
}
else
{
if((c_data & 0x08)==0x08)
{
c_data&=0xf7;
b_data&=0x0d;
}
else
{
c_data|=0x08;
b_data|=0x02;
}
}
}
}

void display(unsigned char d) //显示
{
unsigned char i;
unsigned int outdata[2];
outdata[1]=(d/10)%10; //取出高位（整形会将b/10小数位丢掉）
outdata[0]=d%10; //取出低位;
for(i=0;i<2;i++)
{
switch(outdata[i])
{
case 0:HC164_Send(sag[0]);break;
case 1:HC164_Send(sag[1]);break;
case 2:HC164_Send(sag[2]);break;
case 3:HC164_Send(sag[3]);break;
case 4:HC164_Send(sag[4]);break;
case 5:HC164_Send(sag[5]);break;
case 6:HC164_Send(sag[6]);break;
case 7:HC164_Send(sag[7]);break;
case 8:HC164_Send(sag[8]);break;
case 9:HC164_Send(sag[9]);break;
}
}
}

void HC164_Send(unsigned char displaysag)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if((displaysag & 0x01)==0x01) //判定段码最低位
{
sdata=1; //输出1
}
else
{
sdata=0; //输出0
}
clk=0;
clk=1; //产生上升沿
displaysag>>=1; //段码右移1位
}
}

void int_0(void) interrupt 1 using 2 //1号中止，使用2号寄存器组
{

IE=0x00; //关中止
TH0=0x3c; //intdata/256;
TL0=0xb0; //intdata%256;//置定时初值
sec1=sec1-1; //1秒倒计时
sec2=sec2-1; //0.5秒倒计时
IE|=0x82; //开中止
}
第五章 系统仿真图

第六章 课设总结及心得体会
经过此次课程设计不能，我学到了很多平时学不到东西，让我受益匪浅，感慨颇多，深有体会。这次课程设计历时一个星期，经过这个星期学习，发觉了自己很多不足，不管是对知识了解还是实践能力和理论联络实际能力还急需提升。
在这个过程中，我也曾经因为错误失落过，也曾经因为小有成绩而热情高涨。正如生活一样，汗水预示着结果也见证着收获。即使这只是一次极简单课程设计，可是平心而论，也花费了我们不少心血，这才意识到老一辈对我们社会付出，为了大家生活更美好，她们为我们社会所付出多少心血啊！
经过这次课程设计，我感到：这个工程确实很累，但当试验成功时候，我心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美回想！
对我而言，知识上收获关键，精神上丰收愈加可喜。让我知道了学无止境道理。我们每一个人永远不能满足于现有成就，人生就像在爬山，一座山峰后面还有更高山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。我想这次课程设计给我留下来很多印象，给了自己很多经验，一定会在以后学习生活中留下很多主动影响！

致谢

陈潮红 老师