单片机课程设计-基于单片机的交通灯控制系统设计.docx

目录
1．硬件设计方案 - 2 -
1.1总方案设计 - 2 -
1.2 中央处理单元 - 2 -
1.3 红、绿、黄灯显示部分 - 2 -
1.4时间显示部分 - 3 -
1.5按键部分 - 4 -
2．主要电路原理分析和说明 - 4 -
2.1红、绿、黄灯显示电路 - 4 -
2.2时间显示电路 - 5 -
2.3按键电路 - 6 -
2.4时钟及复位电路， - 7 -
其电路原理图如图2.4所示 - 7 -
2.5完整电路原理图 - 7 -
2.6单片机相应管脚及功能说明 - 9 -
3.软件设计流程及描述 - 11 -
3.1程序流程图 - 11 -
4.调试 - 12 -
（1）硬件调试 - 12 -
（2）软件调试 - 12 -
5.结束语 - 12 -
6.参考文献 - 13 -
7.附录 - 14 -
1.源程序代码 - 14 -
2.实物图 - 17 -
【摘要】：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。本系统采用单片机STC89C52RC为中心器件来设计交通灯控制器，控制十字路口的红、绿、黄灯交替点亮和熄灭，并且利用4只数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间(绿、红灯点亮的时间)和暂缓通行时间（黄灯点亮时间）。系统实用性强、操作简单、扩展性强。

【关键字】：单片机STC89C52RC 按键设置 时间显示

1．硬件设计方案
1.1总方案设计
整个交通灯控制系统可分为五大部分：中央处理单元（CPU）、红、绿、黄灯显示部分、时间显示部分、按键部分、复位与时钟部分。硬件原理框图如下图1.1-1所示：
按键
电路
部分
时钟
复位
电路

单片机
AT89C52
红黄
绿灯
显示
时间
显示

图1.1-1：硬件原理框图

1.2 中央处理单元
CPU选用STC89C52RC对整个系统进行控制：
（1）它将数据输出到数码管和LED显示。
（2）根据按键输入调用相应键处理子程序，实现对红、绿、黄灯点亮及显示时间的调整和设定。

1.3 红、绿、黄灯显示部分
红、绿、黄灯显示模块：用单片机驱动LED显示。硬件原理图如图1.1-2

单片机
AT89C52

LED显示红灯状态
LED显示绿灯状态
LED显示黄灯状态

图1.1-2：红绿黄灯显示原理图

红、绿、黄灯显示模块：为方便观看并考虑到现实情况，用LED灯显示提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。
1.4时间显示部分
时间的显示模块：经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的，可采用两组四个数码管。同时为了节省口资源，采用串口显示的方式驱动数码管，其硬件原理图如图1.1-3

单片机
AT89C52

数码管1
显示
数码管4
显示
数码管2
显示
数码管3
显示

图1.1-3：时间显示原图

1.5按键部分
按键模块：采用独立方式，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个键按下。由于独立式键盘编程简单，且可以完全达到要求，所以采用独立式键盘控制。
本系统采用三个按键：分别是绿灯时间设置键、黄灯时间设置键、确认键。

2．主要电路原理分析和说明

2.1红、绿、黄灯显示电路：接口电路如图2.1所示：

图2.1：红绿黄灯接口电路图

红、绿、黄灯显示电路，用P1口的P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5分别接一个LED作为东西、南北两个方向的红、绿、黄灯。通过编程显示东西、南北两个方向的交通灯点亮情况。当p1口输出信号为0时与之对应相连的led点亮。

2.2时间显示电路
时间显示电路：电路原理图如图2.2所示：

图2.2：时间显示电路图

在时间显示电路中，考虑到动态显示需用很多I/O口，本着节约资源的原则故采用串口接74ls164串入并出的方式驱动数码管，分别显示东西、南北两条干道所剩余的时间。由74ls164的特性选用共阳极7段数码管，中间接0.3k限流电阻。第1片74ls164ab端接单片机rxd作为信号输入，其高位接第2片ab端，以此类推。4片74ls164的Clk端全部接txd端，作为信号输入同步信号。

2.3按键电路
按键电路：电路原理如图2.3所示：

图2.3：按键电路图

图中S3为黄灯时间设置键、S2为绿灯时间设置键、S1为确认键。通过调用子程序，按S3可以设置黄灯闪烁的时间；按S2可以设置绿灯点亮的时间；由于红灯点亮的时间等于绿灯点亮的时间加上黄灯闪烁的时间所以可以不用设置；按下S1确认后，就可以按照设定好的时间运行。
2.4时钟及复位电路，
其电路原理图如图2.4所示

图2.4：时钟及复位电路图

时钟部分采用12Mhz晶振及30pf电容，复位部分采用22uf极性电容，R10为0.3k电阻，R11为1k电阻接地，该复位电路具有上电复位及手动复位功能。

2.5完整电路原理图
电路原理图如图2.5所示：
单片机系统采用STC89C52RC为核心，时钟信号采用12MHZ晶振，采用独立式键盘；显示部分用LED和数码管相结合，分别显示交通灯点亮情况和剩余时间。

图2.5：完整电路原理图
2.6单片机相应管脚及功能说明
 VCC：供电电压。
 GND：接地。
  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/地址的第八位。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外部必须被拉高。
    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口作为第八位地址接收。
    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，如下表所示：
口管脚 备选功能
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（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器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地位字节。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。

3.软件设计流程及描述
3.1程序流程图
本设计的总体流程图，如图3.1所示
开始
初始化
设置时间，确认
东西绿灯亮，南北红灯亮
延时，将时间送显
东西黄灯闪，南北红灯亮亮
延时，将时间送显
东西红灯亮，南北绿灯亮
延时，将时间送显
东西红灯亮，南北黄灯闪
延时，将时间送显

图3.1：设计总体流程图

4.调试
（1）硬件调试
第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。
第二步:用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。
第三步:加电检测。给板加电，检测所有插座或是器件的电源端是否符合要求的值
第四步:是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。
（2）软件调试：
软件调试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。
通过调试我们发现了一些问题，发现数码管显示有乱码，仔细排除发现是数码管显示字形表与实际接法不符，导致显示乱码。通过改变字型码问题得到解决。按键反应太快导致按下键数字猛闪，通过在按键程序中加入延时程序问题也得到解决。

5.结束语
通过单片机课程设计，我们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。同时，更重要的是，我们在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。

6.参考文献
[1]张毅刚，彭喜元编著.单片机原理与应用设计.北京.电子工业出版社，2008.4
[2]余锡存，曹国华编著.单片机微机原理及接口技术[M].西安：西安电子科技出版社，2000.12-14
[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] 谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989

7.附录
1.源程序代码
K1 EQU P0.0
K2 EQU P0.1
K3 EQU P0.2
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:MOV P0,#0FFH
MOV P1,#0EBH ;东西绿南北黄，数码管显示相应时间
MOV R1,#10 ;设置最小值
MOV R2,#2
LCALL BB
SW1:JB K1,SW2 ;按下则程序运行，否则设置初值
LCALL DELAY10MS
JB K1,SW2
MOV 70H,R1
MOV A,R2
ADD A,R1
MOV 71H,A
MOV P1,#0C0H
LCALL DELAY500MS
SJMP N0
SW2:JB K2,SW3 ;设置绿灯时间
LCALL DELAY10MS
JB K2,SW3
INC R1
CJNE R1,#61,BB
MOV R1,#10
SJMP BB
SW3:JB K3,SW1 ;设置黄灯时间
LCALL DELAY10MS
JB K3,SW1
INC R2
CJNE R2,#6,BB
MOV R2,#2
BB:MOV R0,#30H
LCALL DISP
SJMP SW1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
N0:MOV R1,70H
MOV R2,71H
MOV P1,#0EEH
S1:MOV R0,#30H ;东西绿南北红
DEC R1
DEC R2
LCALL DISP
LCALL DELAY
CJNE R1,#00H,S1
S2:MOV R0,#32H ;东西黄闪南北红
MOV P1,#0F6H
DEC R2
LCALL DISP
LCALL DELAY500MS
MOV P1,#0FEH
LCALL DELAY500MS
CJNE R2,#00H,S2
MOV R1,70H
MOV R2,71H
MOV P1,#0DDH
S3:MOV R0,#34H ;东西红南北绿
DEC R1
DEC R2
LCALL DISP
LCALL DELAY
CJNE R1,#00H,S3
S4:MOV R0,#32H ;东西红南北黄闪
MOV P1,#0DBH
DEC R2
LCALL DISP
LCALL DELAY500MS
MOV P1,#0DFH
LCALL DELAY500MS
CJNE R2,#00H,S4
SJMP N0
;;;;;;延时程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DELAY10MS:MOV R7,#20
D1:MOV R6,#248
NOP
DJNZ R6,$
DJNZ R7,D1
RET
DELAY500MS:MOV R5,#50
D2:LCALL DELAY10MS
DJNZ R5,D2
RET
DELAY:MOV R4,#100
D3:LCALL DELAY10MS
DJNZ R4,D3
RET
;;;;;;;;;显示程序;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DISP:MOV A,R1
MOV B,#10
DIV AB
MOV 30H,B
MOV 31H,A
MOV 36H,B
MOV 37H,A
MOV A,R2
MOV B,#10
DIV AB
MOV 32H,B
MOV 33H,A
MOV 34H,B
MOV 35H,A
MOV R3,#04
MOV SCON,#00H
MOV DPTR,#TAB
LOOP:MOV A,@R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV SBUF,A
JNB TI,$
CLR TI
INC R0
DJNZ R3,LOOP
RET
TAB:DB 03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FH,01H,09H ;0，1，2，3，4，5，6，7，8，9
END

2.实物图