C语言单片机交通灯毕业设计.doc

目 录摘要 1一、 设计目的 2二、 设计任务和要求 2三、 设计原理分析 2四、 硬件模块及功能 31、个模块功能 32、材料清单43、硬件图 5五、 软件模块及功能 61、个模块功能原理 62、程序清单63、程序流程图 9六、 调试运行 101、 程序编译链接102、 观察模拟仿真11七、 心得体会 12参考文献 12致谢 13I摘 要：单片微型计算机(单片机)自问世以来,因其小巧灵活、成本低、控制能力强、易于产品化等优势,在社会各领域中得到广泛的应用。根据89C52单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法，将整个系统缩小在一块小小的单片机上，大大提高了产品的经济性和轻便性。设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤。硬件电路其结构比较简单，主要包括核心器件单片机、12只二极管组成的模拟交通灯、复位电路、振荡电路、显示数码管模块。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。本文就用Keil编程，相比硬件设计程序设计较为复杂，必需同时考虑灯控制、时间显示、紧急开关等问题，并且具有一定的C语言基础和一定的思维能力及逻辑能力。本文对十字路口状态预设为两种，一种是正常状态，即倒计时60秒，交通灯循环亮，另一种是故障或紧急状态，即无论交通灯处于何种状态只要按下紧急开关，就立即打开相应的绿灯，另一方向则亮红灯，当再按起开关则反向，并从60秒倒计时，恢复正常状态，分别用黄、红、绿色灯的不同组合来表示。本系统采用单片机AT89C52为核心器件来设计交通灯控制器，模拟现实中的交通灯控制方法，具有较强的实用性。关键词：89C51单片机；交通灯；自动控制；时间显示器；软件；硬件；定时器；延时；外部中断一、设计目的1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。2、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器、中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。二、设计任务和要求任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯及显示时间60秒倒计时的模拟系统要求：利用单片机的定时器定时和中断功能，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用共阳极数码管显示倒计时间。三、设计原理分析红 黄 绿绿 黄 红绿 黄 红红 黄 绿1、根据实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。初始状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。列出交通信号灯的状态表如下：（其中，1代表灯亮，0代表灯灭）状态北西南东绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红10011000011002001010001010310000110000140100010100012、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制12个信号灯。3、通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。4、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。四、硬件模块及功能主要用到的硬件：P1口、P3口、P2口、LED数码管、发光二级管、定时器T0、外部中断0和外部中断1、复位开关1、个模块功能：发光二极管电路：根据发光二极管的特性，将二极管的正极与电源相接（+5V），其中与一个500欧姆的电阻串联。而发光二极管的负极与单片机的P1的八个端口相接，这样只要P1口的某个端口出现低电平，即二极管导通发光。复位电路：本电路采用的是按键电平复位，按复位键后复位端通过电阻与VCC电源接通，此时复位端由低电平变为了高电平，从而达到复位的效果。复位电路关系到一个系统能否可靠地工作，一般由电阻、电容和门电路组成。晶振电路：80C51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟，外部需附加电路，引脚XTAL1是为反相放大器和时钟发生电路的输入端，XATL2为反相放大器的输入端。本电路是由一个12M晶振和两个22pF的无极性电容组成。数码管驱动显示电路：由于数码管是四位一体的，所以必须采用动态扫描方式，其基本原理是利用人眼的“视觉暂留”效应。接口电路把所有显示器的8个笔端ab分别并联在一起，本电路时接单片机的P2口。每一个显示器的公共端COM各自独立地受I/O线控制，本电路采用的是单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3。CPU向字段输出口送出字型码时，所有的显示器都能接收到，再利用循环扫描的方式分时选通个显示器的公共极，是各个显示器轮流导通。当扫描的速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了，认为各个显示器同时发光了。紧急开关电路：紧急开关电路很简单，只需要两个开关。为了便于中断想象的产生，开关一端接于P3.2P3.3口，因为其具有中断的功能，另一端接地就行。当按键按下时相应的端口就会接受到低电平从而程序产生中断。2、材料清单：STC89C52+40脚底座1个12MHz晶振1个四位共阳极数码管+14脚底座1个PNP(9012)4个8X8按键1个LED发光二极管12个无极性电容22pF2个极性电容10uF1个4.7K电阻4个500欧电阻6个10K电阻3个自锁按键2个3、硬件图五、软件模块及功能1、各模块功能及原理数码管显示：程序进入主程序后在显示程序中一直循环，通过定时器中断改变aa、bb的值，使得数码管显示不同的数字。显示程序利用动态扫描原理：首先将共阳极编码送入P2口，同时打开P0口的第一个数码管关闭其他数码管，然后将下一个编码送入P2口，同时打开P0口的第二个数码管关闭其他数码管，以此类推。让人的视觉产生误差，这样就看到了四位数码管同时显示并且不断变化。定时器中断：本程序采用定时/计数器0，定时时间为50ms，让它50ms产生一次中断，进入中断后把（6000-5000）/256赋给高八位，把（6000-5000）%256赋给底八位，然后shu加1，判断shu的情况：如果shu等于1140即从开始到57s就将0XF5赋给P1口（南北点亮黄灯，东西依然红灯）。如果shu等于1200即过了60s，将0xDE赋给P1口（南北亮红灯东西绿灯）。如果shu等于2340即过了60+57s，就将0xEE赋给P1口（东西亮黄灯，南北红灯）。如果shu等于2400即过了两分钟，就将0xF3赋给P1口（点亮南北绿灯，东西红灯），同时将shu、xianshi重新赋值并且进入下一阶段定时中断。外部中断：本程序采用外部中断0和外部中断1，即P3.2和P3.3口，由于定时器中断0比外部中断2优先级高，所以初始化程序中将PX1=1设定外部中断1为高优先级，这样就可以达到紧急开关的作用，当按下紧急开关1时，即P3.2口由高电平变为低电平，程序立即进入中断程序，将东西方向变为绿灯，南北方向红灯，同时在中断程序中判断P3.2口是否有低电平信号，如果有（将开关按起）即将东西方向点亮绿灯 南北方向红灯并且重新给shu、xianshi、aa、bb赋值，使得数码管从60秒重新倒计时。紧急开关2与其相似。2、程序清单：#include #defineuint unsigned int #defineuchar unsigned charsbit P32=P32;sbit P33=P33;uint shu;uchar xianshi,xianshi2;uchar aa,bb;uchar code table9=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/带小数点的共阳极数码管的段编码0-9void init()/初始化函数shu=0;xianshi=20;aa=2;bb=0;P0=0xff;P1=0;TMOD=0x01; /用定时器0方式1EA=1; /打开中断ET0=1;/打开定时器0中断TL0=15536/256;TH0=15536%256;EX0=1;/外部中断0EX1=1;/外部中断1IT0=0;/外部中断0电平触发IT1=0;/外部中断1电平触发PX1=1;/设定外部中断1为高优先级void Delay(unsigned int i)/延时程序 unsigned int j;for(;i0;i-)for(j=0;j125;j+);void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d)P2=tablea; /北十位P0=0xfe;Delay(2);P2=tableb; /北个位 P0=0xfd;Delay(2);P2=tablec; /西十位 P0=0xfb;Delay(2);P2=tabled; /西个位 P0=0xf7;Delay(2);void main() init(); TR0=1;/启动定时器0 P1=0xff;P1=0xf3;/点亮南北绿灯，东西红灯 while(1) display(aa,bb,aa,bb); void timer0() interrupt 1 using 1 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;shu+;if(shu%20=0) xianshi-;xianshi2-; aa=xianshi/10;bb=xianshi%10; if(shu=1140)P1=0xf5;/南北黄亮，东西依然红灯if(shu=1200)P1=0xDE;/南北亮红灯，东西绿灯xianshi=60;if(shu=2340)P1=0xee;/东西亮黄灯，南北红灯 if(shu=2400)/再过3s返回 shu=0;xianshi=60; P1=0xf3;/点亮南北绿灯，东西红灯void inter0() interrupt 0 using 2 /南北方向绿灯P0=0xff;P1=0xf3;/南北绿 东西红while(P32=0); P1=0xDE; xianshi=60; shu=1200; aa=6; bb=0;void inter1() interrupt 2 using 3 /东西方向绿灯 P0=0xff;P1=0xDE;/ 东西绿 南北红 while(P33=0);P1=0xf3;xianshi=60;shu=0; aa=6; bb=0; 3、程序流程图 六、调试运行1、程序编译链接程序完成后，确保无误，然后进行编译链接。编译链接无错并将程序生成.hex文件图：2、观察模拟仿真利用模拟仿真观察现象，将外围设备中P0、P1、P2、P3口打开。程序正常运行：利用模拟仿真，模拟紧急开关作用，即在程序运行，将P3.2和P3.3口变为低电平，观察其现象。七、心得体会在一个多月的单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。这个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。当然最终，这个设计很成功，主要体现在，这一整个系统，参考多了多本资料书，程序由自己独立完成，与用汇编语言制作的交通灯控制系统程序相比，简单易读，结构清楚，层次分明。但我深知单片机还有更深奥的知识，我将继续学习单片机及其编程语言，尽量去学习汇编语言锻炼思维能力。参考文献：单片机原理与应用主编：张迎新等 电子工业出版社出版从零开始学单片机C语言主编：刘建清 国防工业出版社单片机C语言轻松入门主编：周坚 北京航空航天大学出版社 致谢：本文是在祝勋老师精心指导和大力支持下完成的。在课题设计中祝老师，细心教导，以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪，还有要感谢实验室的老师给我提供了实验设备，感谢他们的支持与帮助。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于单片机方面的知识，实践技能有了很大的提高。 附录资料：不需要的可以自行删除C语言编译环境中的调试功能及常见错误提示调试功能1常用健 : 激活系统菜单: 将光标在编辑窗口和、信息窗口之间切换: 加载一个文件+: 查看程序运行结果: 得到有关编辑器在线帮助+: 得到有关C语言的在线帮助+: 终止正在运行的程序2块操作 KB: 定义块首 KK: 定义块尾 KV: 块移动 KC: 块复制 KY: 块删除 KH: 取消块定义3查找、替换和删除操作 QF: 查找字符串 QA: 查找并替换字符串 Option: G（全程）， B（向文件头）， N（直接替换） Y : 删除一行 QY: 删除从光标位置到行末的所有字符编译中的常见错误例析(1)警告类错误 XXXdeclare but never used 变量XXX已定义但从未用过。 XXXis assigned a value which is never used 变量XXX已赋值但从未用过。 Code has no effect 程序中含有没有实际作用的代码。 Non-portable pointer conversion 不适当的指针转换，可能是在应该使用指针的地方用了一个非0的数值。 Possible use of XXXbefore definition 表达式中使用了未赋值的变量 Redeclaration of main 一个程序文件中主函数main不止一个。 Suspicious pointer conversion 可疑的指针转换。通常是使用了基本类型不匹配的指针。 Unreachable code 程序含有不能执行到的代码。(2)错误或致命错误 Compound statement missing in function main 程序结尾缺少括号。 “”expected； “(”expected等 复合语句或数组初始化的结尾缺少“)”；“（”。 Case outside of switch case 不属于Switch结构，多由于switch结构中的花括号不配对所致。 Case statement missing : switch结构中的某个case之后缺少冒号。 Constant expression required 定义数组时指定的数组长度不是常量表达式。 Declaration syntax error 结构体或联合类型的定义后缺少分号。 Declaration was expected 缺少说明，通常是因为缺少分界符如逗号、分号、右圆括号等所引起的。 Default outside switch Default部分放到了switch结构之外，一般是因为花括号不匹配而引起的。 do statement must have while do语句中缺少相应的while部分。 Expression syntax 表达式语法错。如表达式中含有两个连续的运算符 Extra parameter in call fun 调用函数fun时给出了多余的实参。 Function should return a value 函数应该返回一个值，否则与定义时的说明类型不匹配。 Illegal use of pointer 指针被非法引用，一般是使用了非法的指针运算。 Invalid pointer addition 指针相加非法。一个指针（地址）可以和一个整数相加，但两个指针不能相加。 Lvalue required 赋值运算的左边是不能寻址的表达式。 Misplaced else 程序遇到了没有配对的else No matching 表达式中的括号不配对。 Pointer required on left side of_ 在“_”运算的左边只能允许一个指针而不能是一个一般的结构体变量或联合类型的变量。 Statement missing； 程序遇到了后面没有分号的语句。 Too few parameters in call 调用某个函数时实参数目不够。 Unable to open include file XXXXXXXXXXX 头文件找不到。 Unexpected 或:或 在不希望的地方使用了或：。 Undefined symbol Xin function fun 函数fun中的变量X没有定义。5.连接中的常见错误主要错误类似于“undefined symbol _print in modula xxx”(print没有定义)，通常是函数名书写错误。6.运行中的常见错误Abnormal program termination 程序异常终止。通常是由于内存使用不当所致。Floating point error : Domain 或Divide by 0 运算结果不是一个数或被0 除Null pointer assignment 对未初始化的指针赋值，程序有严重错误。User break 在运行程序时终止。7.程序的跟踪调试利用Run菜单可以进行程序的跟踪调试（1）GO to Cursor ()选择该选项使程序执行到光标所在行首先将光标移到某行（一般为可执行），选择该功能项，则程序执行到该行的前一行暂停。此时程序处于跟踪调试状态，并有亮条显示在暂停处，此时可以查询变量或表达式的值。（2）Trace into ()执行一条语句或一行暂停此时程序处于跟踪调试状态，并有亮条显示在暂停处。该选项可跟踪到被调函数的内部。（3）Step over ()执行一条语句或一行暂停此时程序处于跟踪调试状态，并有亮条显示在暂停处。该选项将自定义函数当作一个语句执行，不跟踪到函程序的内部。（4）Debug 菜单程序处于跟踪状态时，可使用该菜单的选项。其主要是使用Evaluate目的是查询或更新变量或表达式的值。选择Evaluate功能后，系统弹出一个对话框。该对话框包含三个选项区域：Evaluate域可以输入一个含有目前代码中（程序暂停区的作用域）正在使用的变量名、或含变量的表达式、或常量表达式。按回车键后，在Result域中显示变量或表达式的值。还可以用New value域进行调试。如果调试程序时发现Result域显示的某变量或表达式的值不正确，并能估计出该变量或表达式的值，则可以将该值输入到New value域，继续执行程序，其目的是肯定错误发生处是否在当前位置之前。如果输入这个正确的值并将程序继续执行完毕而结果正确，说明在目前暂停处之前已经发生错误而之后无错误。（5）Break/Watch用于设置断点和监视表达式。选择Add Watch功能选项，系统将弹出一个菜单，在Add Watch框中输入变量名或表达式，按回车键后，系统在屏幕底部开辟一个窗口并显示 该变量或表达式的值。【常见错误信息语句索引】Ambiguous operators need parentheses:不明确的运算需要用括号括起 Ambiguous symbol xxx :不明确的符号 Argument list syntax error:参数表语法错误 Array bounds missing in function main 缺少数组界限符 Array bounds missing :丢失数组界限符 Array size too large :数组尺寸太大 Bad character in paramenters :参数中有不适当的字符 Bad file name format in include directive :包含命令中文件名格式不正确 Bad ifdef directive synatax :编译预处理ifdef有语法错 Bad undef directive syntax :编译预处理undef有语法错 Bit field too large :位字段太长 Call of non-function :调用未定义的函数 Call to function with no prototype :调用函数时没有函数的说明 Cannot modify a const object :不允许修改常量对象 Case outside of switch :漏掉了case 语句 Case syntax error :Case 语法错误 Code has no effect :代码不可述不可能执行到 Compound statement missing :分程序漏掉 Conflicting type modifiers :不明确的类型说明符 Constant expression required :要求常量表达式 Constant out of range in comparison :在比较中常量超出范围 Conversion may lose significant digits :转换时会丢失意义的数字 Conversion of near pointer not allowed :不允许转换近指针 Could not find file xxx :找不到XXX文件 Declaration missing ; :说明缺少； Declaration syntax error :说明中出现语法错误 Default outside of switch :Default 出现在switch语句之外 Define directive needs an identifier :定义编译预处理需要标识符 Division by zero :用零作除数 Do statement must have while :Do-while语句中缺少while部分 Enum syntax error :枚举类型语法错误 Enumeration constant syntax error :枚举常数语法错误 Error directive :xxx :错误的编译预处理命令 Error writing output file :写输出文件错误 Expression syntax error :表达式语法错误 Extra parameter in call :调用时出现多余错误 File name too long :文件名太长 Function call missing ) :函数调用缺少右括号 Fuction definition out of place :函数定义位置错误 Fuction should return a value :函数必需返回一个值 Goto statement missing label :Goto语句没有标号 Hexadecimal or octal constant too large :16进制或8进制常数太大 Illegal character x :非法字符x Illegal initialization :非法的初始化 Illegal octal digit :非法的8进制数字 Illegal pointer subtraction :非法的指针相减 Illegal structure operation :非法的结构体操作 Illegal use of floating point :非法的浮点运算 Illegal use of pointer :指针使用非法 Improper use of a typedefsymbol :类型定义符号使用不恰当 In-line assembly not allowed :不允许使用行间汇编 Incompatible storage class :存储类别不相容 Incompatible type conversion :不相容的类型转换 Incorrect number format :错误的数据格式 Incorrect use of default Default使用不当 Invalid indirection 无效的间接运算 Invalid pointer addition 指针相加无效 Irreducible expression tree 无法执行的表达式运算 Lvalue required 需要逻辑值0或非0值 Macro argument syntax error 宏参数语法错误 Macro expansion too long 宏的扩展以后太长 Mismatched number of parameters in definition 定义中参数个数不匹配 Misplaced break 此处不应出现break语句 Misplaced continue 此处不应出现continue语句 Misplaced decimal point 此处不应出现小数点 Misplaced elif directive 不应编译预处理elif Misplaced else 此处不应出现else Misplaced else directive 此处不应出现编译预处理else Misplaced endif directive 此处不应出现编译预处理endif Must be addressable 必须是可以编址的 Must take address of memory location 必须存储定位的地址 No declaration for function xxx 没有函数xxx的说明 No stack 缺少堆栈 No type information 没有类型信息 Non-portable pointer assignment 不可移动的指针（地址常数）赋值 Non-portable pointer comparison 不可移动的指针（地址常数）比较 Non-portable pointer conversion 不可移动的指针（地址常数）转换 Not a valid expression format type 不合法的表达式格式 Not an allowed type 不允许使用的类型 Numeric constant too large 数值常太大 Out of memory 内存不够用 Parameter xxx is never used 能数xxx没有用到 Pointer required on left side of - 符号-的左边必须是指针 Possible use of xxx before definition 在定义之前就使用了xxx（警告） Possibly incorrect assignment 赋值可能不正确 Redeclaration of xxx 重复定义了xxx Redefinition of xxx is not identical xx的两次定义不一致 Register allocation failure 寄存器定址失败 Repeat count needs an lvalue 重复计数需要逻辑值 Size of structure or array not known 结构体或数给大小不确定 Statement missing ; 语句后缺少； Structure or union syntax error X构体或联合体语法错误 Structure size too large 结构体尺寸太大 Sub scripting missing 下标缺少右方括号 Superfluous & with function or array 函数或数组中有多余的& Suspicious pointer conversion 可疑的指针转换 Symbol limit exceeded 符号超限 Too few parameters in call 函数调用时的实参少于函数的参数不 Too many default cases Default太多(switch语句中一个) Too many error or warning messages 错误或警告信息太多 Too many type in declaration 说明中类型太多 Too much auto memory in function 函数用到的局部存储太多 Too much global data defined in file 文件中全局数据太多 Two consecutive dots 两个连续的句点 Type mismatch in parameter xxx 数xxx类型不匹配 Type mismatch in redeclaration of xxx xx重定义的类型不匹配 Unable to create output file xxx 无法建立输出文件xxx Unable to open include file xxx 无法打开被包含的文件xxx Unable to open input file xxx 无法打开输入文件xxx Undefined label xxx 没有定义的标号xxx Undefined structure xxx 没有定义的结构xxx Undefined symbol xxx 没有定义的符号xxx Unexpected end of file in comment started on line xxx 从xxx行开始的注解尚未结束文件不能结束 Unexpected end of file in conditional started on line xxx 从xxx 开始的条件语句尚未结束文件不能结束 Unknown assemble instruction 未知的汇编结构