单片机交通灯设计方案报告.doc

单片机控制交通灯控制系统设计

所在学院：电气工程和自动化学院

目
1摘要
2 系统总体方案及硬件设计………………………………………………………1
2.1设计要求………………………………………………………………………1
2.2设计任务………………………………………………………………………1
2.3总体设计………………………………………………………………………1
2.4硬件设计………………………………………………………………………1
3 软件设计……………………………………………………………………………6
3.1总体步骤图……………………………………………………………………7
3.2子程序步骤图…………………………………………………………………8
3.3循环控制思绪……………………………………………………………………8
4 Proteus软件仿真…………………………………………………………………9
4.1正常运行仿真…………………………………………………………………9
4.2紧急中止仿真………………………… ……………………………………9
4.3南北强制通行仿真……………………………… ……………………………10
4.4东西强制通行仿真…………………… ………………………………………10
5 课程设计体会………………………… …………………………………………11
6 参考文件…………………………………………………………………………12
7 附录………………………………………………………………………………13
7.1录源程序代码附
7.2系统原理图……………………………………………………………………19

摘要

本设计是单片机控制交通灯控制系统设计伴随社会经济发展，城市交通问题越来越引发大家关注。人、车、路三者关系协调，已成为交通管理部门需要处理关键问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制和交通疏导计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最关键组成部分。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，缓解主干道和匝道、城区同周围地域交通拥堵情况，越来越成为交通运输管理和城市计划部门亟待处理关键问题。
目前，中国大多数城市正在采取“自动”红绿交通灯，它含有固定“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们通常由“通行和严禁时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。
现在我们利用“自动控制”控制交通灯方法。将事先编制好程序输入单片机，利用单片机定时、查询、中止功效；能够依据十字路口两个方向上车辆动态情况，采取查询方法，依据具体情况，自动给时间通行，其中利用中止方法来处理特殊情况。这么既方便驾驶员、路人，同时还能够紧急处理部分紧急实况。一样含有红、黄、绿灯显示功效，为驾驶员、路人“照明”。

2系统总体方案及硬件设计
2.1设计要求：
1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上车辆交替运行，主干道每次通行时间全部设为30秒、支干道每次通行间为20秒；
2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一个灯亮时间全部用显示器进行显示（采取计时方法）。
5）一道有车而另一道无车（试验时用开关 K0 和 K1 控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。
6）有紧急车辆要求经过时，系统要能严禁一般车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。
2.2设计目标：
1）东西、南北车辆交替运行。
2）绿灯转为红灯时，黄灯闪亮（间隔1秒）。
3）能显示剩下时间。
4）能对交通运行进行控制。
2.3总体设计

单片机

晶振电路

键盘
LED数码管显示
LED指示灯

复位电路

2.4硬件设计
1）单片机选型：AT89S52
和MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存放器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz～33Hz 、 三级加密程序存放器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中止源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中止可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。
功效特征描述
　At89s52 是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有 8K 在系统可编程Flash 存放器。使用Atmel 企业高密度非 易失性存放器技术制造，和工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效处理方案。 AT89S52含有以下标准功效： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口， 片内晶振立即钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工 作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52
　　P0 口：P0口是一个8位漏极开路双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻
　　辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
　　当访问外部程序和数据存放器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，
　　P0含有内部上拉电阻。
　　在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验
　　时，需要外部上拉电阻。
　　P1 口：P1 口是一个含有内部上拉电阻8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个
　　TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入
　　口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。
　　另外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2
　　触发输入（P1.1/T2EX），具体以下表所表示。
　　在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
　　引脚号第二功效
　　P1.0 T2（定时器/计数器T2外部计数输入），时钟输出
　　P1.1 T2EX（定时器/计数器T2捕捉/重载触发信号和方向控制）
　　P1.5 MOSI（在系统编程用）
　　P1.6 MISO（在系统编程用）
　　P1.7 SCK（在系统编程用）
　　P2 口：P2 口是一个含有内部上拉电阻8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个
　　TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入
　　口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。
　　在访问外部程序存放器或用16位地址读取外部数据存放器（比如实施MOVX @DPTR）
　　时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强内部上拉发送1。在使用
　　8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存放器时，P2口输出P2锁存器内容。
　　在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和部分控制信号。
　　P3 口：P3 口是一个含有内部上拉电阻8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个
　　TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时能够作为输入
　　口使用。作为输入使用时，被外部拉低引脚因为内部电阻原因，将输出电流（IIL）。
　　P3口亦作为AT89S52特殊功效（第二功效）使用，以下表所表示。
　　在flash编程和校验时，P3口也接收部分控制信号。
　　端口引脚 第二功效
　　P3.0 RXD(串行输入口)
　　P3.1 TXD(串行输出口)
　　P3.2 INTO(外中止0)
　　P3.3 INT1(外中止1)
　　P3.4 TO(定时/计数器0)
　　P3.5 T1(定时/计数器1)
　　P3.6 WR(外部数据存放器写选通)
　　P3.7 RD(外部数据存放器读选通)
　　另外，P3口还接收部分用于FLASH闪存编程和程序校验控制信号。
　　RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
　　ALE/PROG——当访问外部程序存放器或数据存放器时，ALE（地址锁存许可）输出脉冲用于锁存地址低8位字节。通常情况下，ALE仍以时钟振荡频率1/6输出固定脉冲信号，所以它可对外输出时钟或用于定时目标。要注意是：每当访问外部数据存放器时将跳过一个ALE脉冲。
　　对FLASH存放器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
　　如有必需，可经过对特殊功效寄存器（SFR）区中8EH单元D0位置位，可严禁ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机实施外部程序时，应设置ALE严禁位无效。
　　PSEN——程序储存许可（PSEN）输出是外部程序存放器读选通信号，当AT89C52由外部程序存放器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存放器，将跳过两次PSEN信号。
　　EA/VPP——外部访问许可，欲使CPU仅访问外部程序存放器（地址为0000H-FFFFH），EA端必需保持低电平（接地）。需注意是：假如加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
　　如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则实施内部程序存放器指令。
　　FLASH存放器编程时，该引脚加上+12V编程许可电源Vpp，当然这必需是该器件是使用12V编程电压Vpp。

引脚结构图以下所表示：

2）复位电路：上电+按钮

复位电路原理图
当8051ALE及/PSEN两引脚输出高电平，RST引脚高电平到时，单片机复位。RST/VPD端高电平，若直接由开启瞬间产生，则为开启复位，若经过按动按钮产生高电平复位称手动复位。图中，上电时，接通电源，电容器C相当于瞬间短路，+5V加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。若运行过程中，需要程序从头实施，只需按动按钮S，则直接把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。显然，该电路即能够上电复位，也能够手动复位，是常见复位电路之一。
3）晶振电路

晶振电路原理图
4）键盘：独立键盘+中止

5）数码管显示：LED7段码

6）发光二极管显示

3软件设计

3.1总体步骤图
程序组成：

调南北通行子程序
调南北黄灯闪烁子程
调东西通行子程
调东西黄灯闪烁子程

是否有中止按键按下？
中止处理
中止初始化

中止返回（到子程序处）
NO
YES

开 始

3.2 紧急中止子程序步骤图

断点入栈保护
状态参数设置
送状态字至端口
状态响应
断点返回
开 始
开 始

3.3循环步骤控制思绪：

东西绿灯
南北红灯
东西黄灯闪
南北红灯亮
东西红灯
南北绿灯
东西红灯亮
南北黄灯闪

4 Proteus软件仿真
4.1 正常运行仿真图

4.2 紧急中止仿真图

4.3
南北强制通行仿真

4.4
东西强制通行仿真图

课程设计体会
30天单片机课程设计很快就结束了，在这一月当中，即使开始有点困难，不过经过我们们分工合作，合理地进行设计安排，再加上老师耐心指导，我们们最终顺利地完成了此次单片机课程设计，同时也学到了很多东西。在此次课程设计中，我们经过动手实践操作，深入学习和掌握了单片机原理相关知识，尤其是程序编程方面，加深了对单片机原理及应用技术认识，深入巩固了对单片机知识了解，掌握简单单片机应用系统设计、制作、调试方法。在设计时依据课题要求，复习相关知识，查询相关资料。依据试验条件，找到适合方案，找到需要元器件及工具，进行试验。
这次单片机课程设计关键是经过实践操作和理论相结合，提升动手实践能力，提升科学思维能力，更在一周时间了解了更多相关单片机知识，使知识愈加丰富，使自己愈加充实。和此同时，我们也对团体分工合作有了深入认识，只有经过合理分工合作，我们们才能够在短短一周时间内完成设计任务，相信这对以后在社会上工作和学习会有很多帮助，让我们能愈加好进入工作状态。最关键是，这次课程设计也增加了我们对问题研究和探讨，们以后学习中会有更多帮助。
单片机为我们关键专业课之一，但要做好一个课程设计，就必需做到：在设计程序之前，对所用单片机内部结构有一个系统了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清楚思绪和一个完整软件步骤图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不停改善是程序设计必经之路；要养成注释程序好习惯，一个程序完美是否不仅仅是实现功效，而应该让人一看就能明白你思绪，这么也为资料保留和交流提供了方便；在设计课程过程中碰到问题是很正常德，但我们们应该将每次碰到问题统计下来，并分析清楚，以免下次再碰到一样问题课程设计结束了，不过从中学到知识会让我们受益终生。在设计过程中发觉了自己不足之处，对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠。我们们经过查阅大量相关资料，并在小组中相互讨论，交流经验和自学，若碰到实在搞不明白问题就会立即请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获一样巨大。经过这次课程设计我们也发觉了本身存在不足之处，即使感觉理论上已经掌握，但在利用到实践过程中仍有意想不到迷惑，经过一番努力才得以处理。
在完成单片机课程设计后,我们们发觉我们们还有很多不足,所学到知识还远远不够,以至于还有部分功效不能被动完成。但经过学习这一次实践,增强了我们们动手能力,提升和巩固了单片机方面知识,尤其是软件方面。从中增强了我们团体合作精神,并让我们们认识到把理论应用到实践中去是多么关键。

参考文件

[1] 卢艳军.单片机原理及应用系统. 北京：机械工业出版社，.2
[2] 余发山，王福忠等.单片机原理及应用. 徐州：中国矿业大学出版社，.5
[3] 金显贺，王昌长，王忠东等.一个用于在线检测局部放电数字滤波技术.清华大学学报(自然科学版)，1993，33(4)：62-67
[4] 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录.北京：高等教育出版社，1957.15-18
[5] 王明亮.相关中国学术期刊标准化数据库系统工程进展.
[6] 张洪润.单片机原理及应用系统. 北京：机械工业出版社，.2
[7] 胡雪梅.单片机原理及应用. 北京：清华大学出版社，.5
[8] 穆兰.单片机原理及接口技术. 北京：机械工业出版社，.5

7附录
7.1 源程序代码
ORG 0000H
AJMP START
ORG 0003H
LJMP INT00
ORG 0013H
LJMP INT10
START: MOV SP,#60H
SETB EX0
SETB EX1
SETB EA
;LCALL ST00
MAIN: LCALL ST10
LCALL ST20
LCALL ST30
LCALL ST40
LJMP MAIN
ST00: MOV A,#00
MOV P2,A
ST10:MOV R7,#30
ST11:MOV R0,#0DEH
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
RET
ST20:MOV R4,#05
ST21:MOV R0,#0DDH
MOV P2,R0
MOV R5,#05
L22:LCALL DELAY01S ;延时0.5S
DJNZ R5,L22
MOV R0,#0DFH
MOV P2,R0
MOV R5,#05
L23:LCALL DELAY01S ;延时0.5S
DJNZ R5,L23
DJNZ R4,ST21
RET
ST30:MOV R7,#20
MOV R0,#0F3H
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
RET
ST40:MOV R4,#05
ST41:MOV R0,#0EBH
MOV P2,R0
MOV R5,#05
L42:LCALL DELAY01S ;延时0.5S
DJNZ R5,L42
MOV R0,#0FBH
MOV P2,R0
MOV R5,#05
L43:LCALL DELAY01S ;延时0.5S
DJNZ R5,L43
DJNZ R4,ST41
; JMP ST10
RET
DELAY1S: MOV R3,#50 ; R3存循环20ms次数（50次）
CLR A
DIS0: MOV A,R7
LCALL X0
DJNZ R3,DIS0
DJNZ R7,DELAY1S
RET
DELAY01S: MOV R7,#05 ; R2存循环20ms次数（5次）
CLR A
DIS1: MOV A,R4
LCALL X0
DJNZ R7,DIS1
RET
DELAY10MS: MOV R2,#20 ;键扫描10ms子程序
DEL1: MOV R6,#248
DJNZ R6,$
DJNZ R2,DEL1
MOV R6,#00
MOV R2,#00
RET
TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH
DB 66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,6FH,77H,7CH
DB 39H,5EH,79H,71H
DB 40H,00H
X0: MOV R6,A
MOV R1,#40H R3,R4,R5,
MOV A,R6
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R1,A
INC R1
MOV @R1,B
MOV DPTR,#TAB
MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
CLR P3.7
LCALL DELAY10MS
SETB P3.7
DEC R1
MOV DPTR,#TAB
MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
CLR P3.6
LCALL DELAY10MS
SETB P3.6
RET
INT00: MOV 36H,R7
PUSH 36H
MOV 37H,R0
PUSH 37H
MOV 39H,R3
PUSH 39H
MOV R7,#10 ;紧急情况按钮，南北停止通行，均为红灯，连续10秒。
MOV P2,#0DBH
LCALL DELAY1S
POP 39H
POP 37H
POP 36H
MOV R7,36H
MOV R0,37H
MOV P2,R0
MOV R3,39H
RETI
INT10: MOV 36H,R7 ;R7----XIANSHIMIAOSHU
PUSH 36H ;R0----p2 显示灯状态
MOV 37H,R0 ;
PUSH 37H
MOV 38H,R6
PUSH 38H
MOV 39H,R3
PUSH 39H
;JNB P3.4,SV1
;JNB P3.5,SV2
; RET
SV1: MOV R7,#10 ;南北车流量多，切换成南北方向上运行
MOV R0,#0DEH
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
AJMP RETN
SV2: MOV R7,#10 ;东西车流量多,切换成东西方向上运行
MOV R0,#0F3H
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
AJMP RETN
RETN: POP 39H
MOV R3,39H
POP 38H
MOV R6,38H
POP 37H
MOV R0,37H
POP 36H
MOV R7,36H
RETI
7.2
系统原理图