单片机课设软件

成绩评定表

学生姓名王文举班级学号1003010309

专业自动化课程设计题目基于单片机的交通

灯的设计（软件）评

语

组长签字：

成绩

日期20 年月日

课程设计任务书

学院信息科学与工程学院专业自动化

学生姓名王文举班级学号1003010309 课程设计题目基于单片机的交通灯的设计——软件设计实践教学要求与任务:

要求：

1、设计电路，选择器件。

2、利用Proteus画原理图。

3、软件编程、调试。

4、焊接硬件电路，并调试。

任务：

1，用单片机控制交通灯，可应用于一般马路。

2，求红灯32s，绿灯30s，黄灯2s，某一方向有紧急事件时可立刻放行。

工作计划与进度安排:

1、查找资料。（2天）

2、设计电路、画电路图。（2天）

3、软件编程与调试。（2天）

4、焊接硬件电路并调试。（2天）

5、撰写报告。（2天）

指导教师：

201 年月日

专业负责人：

201 年月日

学院教学副院长：

201 年月日

摘要

近年来随着科技的飞速发展，一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。计算机技术作为三者之一，怎样与实际应用更有效的结合并发挥其作用。单片机作为计算机技术的一个分支，正在不断的应用到实际生活中，同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件使用，针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现交通的井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统，来实现交通的井然有序。交通信号灯控制方式很多。本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89c51，以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过AT89c51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能，通过AT89S51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间。交通灯的点亮采用发光二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现。单片机系统采用直流供电。为了系统稳定可靠，系统内集成了“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。系统实用性强、操作简单、扩展性好。

目录

摘要.............................................................. I II 1 绪论.............................................................. V

1.1技术概述 ..................................................... V

1.2本课题的背景和意义........................................... V I

2.1 基于单片机的交通灯系统简介.................................. V I

2.2 设计要求.................................................... V I

2.3 设计方案论证............................................... V II

3 设计语言及软件介绍............................................... I X

3.1 汇编语言介绍................................................ I X

3.2 wave6000软件介绍............................................. X

4 系统软件设计..................................................... X I

4.1 概述........................................................ X I

4.2 系统程序设计模块............................................ X I

4.2.1主程序 ................................................ X I

4.2.3东西方向中断程序..................................... X III

4.2.4延时子程序............................................ X IV

4.3 控制源程序................................................. X IV

4.3.1汇编程序.............................................. X IV

4.3.2程序清单.............................................. X VI

4.4 调试及仿真................................................ X VII 结论............................................................ X VIII 参考文献........................................................... X IX

1 绪论

1.1技术概述

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的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块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。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路,红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

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。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

1.2本课题的背景和意义

随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。

中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。

2 系统设计简介

2.1 基于单片机的交通灯系统简介

基于单片机的交通灯系统通过AT89S51芯片的P2口设置红、绿灯点亮的功能，通过AT89S51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间。交通灯的点亮采用发光二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现。单片机系统采用直流供电。为了系统稳定可靠，系统内集成了“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。系统实用性强、操作简单、扩展性好。

本设计方案可实现南北干道各32s红灯，30s绿灯，2s黄灯的行车要求，当某一方向有紧急车辆需优先通过时还可按下相应按钮实现放行

2.2 设计要求

东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。红灯的设计时间为32秒，绿灯为30秒，黄灯2秒。设A道和B道的车流量相同。

2.3 设计方案论证

根据系统的设计要求，选择单片机AT89C51为控制系统的核心来完成时间处理，中断响应等功能。

该系统的总体设计思路如下：连接好外部电路后按照系统设计功能的要求，运用汇编语言编写程序控制每组灯在工作时刻的亮灭，确定系统由3个模块组成：主控制器、中断电路和显示电路。

本课题以是89C51单片机为核心设计的一种交通灯系统，系统整体硬件电路包括，led 小灯，中断电路，复位电路，时钟电路，单片机主板电路等组成。

系统框图主要由主控制器、单片机复位、时钟振荡、LED 显示、温度传感器组成。 基于单片机的交通灯电路结构框图如图1所示。

图一基于单片机的交通灯电路结构框图

AT89C5

主 控 制

器

LED 显示电路

中断输入电

时钟电路

复位电路

2.4 硬件设计电路

基于单片机的交通灯设计电路图如图2所示,控制器使用单片机AT89C51,用LED小灯实现车辆通行控制，中断电路处理紧急事件。

图二基于单片机的交通灯设计电路图

3 设计语言及软件介绍

3.1 汇编语言介绍

汇编语言是直接面向处理器（Processor）的程序设计语言。处理器是在指令的控制下工作的，处理器可以识别的每一条指令称为机器指令。每一种处理器都有自己可以识别的一整套指令，称为指令集。处理器执行指令时，根据不同的指令采取不同的动作，完成不同的功能，既可以改变自己内部的工作状态，也能控制其它外围电路的工作状态。如图3所示，在电路中，每条机器指令都表现为一组电信号，通过一排导线进入处理器。这些电信号有的呈高电平，有的呈低电平，哪些为高，哪些为低，取决于不同的机器指令。如果把高电平记为“1”，低电平记为“0”，那么，不同的机器指令将表现为不同的二进制序列，由于它们的无规律性，这就使得机器指令机器指令难以理解、书写和记忆。人类最容受自己每天都使用的自然语言。为了使机器指令的书写和理解变得容易，需要借鉴自然语言的优点，为此就引入了汇编语言。汇编语言使用符号来代表不同的机器指令，而这些符号非常接近于自然语言的要素。基本上，汇编语言里的每一条指令，都对应着处理器的一条机器指令。

汇编语言包括两个部分：语法部分和编译器。语法部分提供与机器指令相对应的助记符，方便指令的书写和阅读。当然，汇编语言的符号可以被人类接受，但不能被处理器识别，为此，还要由汇编语言编译器将这些助记符转换成机器指令。根据应用领域的不同，处理器的种类繁多，比如用于工业控制和嵌入式计算的Z80、MC68000和MCS-51、广泛应用于个人计算机的INTEL x86系列，以及基于ARM体系结构的处理器，包括苹果公司在内的大企业都是ARM的客户。事实上，今天的ARM是最受欢迎的32位嵌入式处理器，而且，今天的ARM处理器比INTEL奔腾系列卖得还多，基本上是3：1的比例。不同的处理器有不同的指令集。正是因为这个原因，每一种处理器都会有自己专属的汇编语言语法规则和编译器。即使是同一种类型的处理器，也可能拥有不同的汇编语言编译器。一个明显的例子是INTEL x86系列的处理器，围绕它就

开发出好多种编译器来，如MASM、NASM、FASM、TASM和AT&T等。而且，这每一种编译器，都使用不同的语法。

汇编语言的特点:

1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。

2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。

3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等。

4.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。

5.经常与高级语言配合使用，应用十分广泛

汇编语言的应用:

1.70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。

2.某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写的。

3.某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。

3.2 wave6000软件介绍

这个软件是南京伟福公司的单片机开发软件，一般就是用在C51单片机。不需要购买仿真器，使用软件模拟器就可以了，使用很方便的。也支持KEILC，但最好不要在WA VE内使用C，如果想用C编写，还是用KEIL C方便。

WA VE6000的使用WA VE6000编译软件，采用中文界面。用户源程序大小不受限制，有丰富的窗口显示方式，能够多方位、动态地展示程序的执行过程。其项目管理功能强大，可使单片机程序化大为小，化繁为简，便于管理。另外，其书签、断点管理功能以及外设管理功能等为51单片机的仿真带来极大的便利。

4 系统软件设计

4.1 概述

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为三大类：一是控制软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来控制各灯顺序点亮。二是中断软件（中断程序），它是用来完成突发事件的处理。三是延时软件，用来实现延时功能。

4.2 系统程序设计模块

系统程序主要包括主程序，南北方向中断程序，东西方西中断程序，延时子程序等。

4.2.1主程序

主程序的主要功能是负责控制各个路口的灯按要求的顺序点亮（程序见4.3.1节）。主程序流程图如图三所示。

开始

南北绿东西红

初始化

1s延时

R1=0 N

Y

南北黄东西绿

1s延时

R0=0 N

Y

南北红东西绿初始化

1s延时

R1=0 N

Y

南北红东西黄

1s延时

Y

R0=0

N

图三主程序流程图

4.2.2南北方向中断程序

南北方向中断程序的主要功能是当南北向有紧急事件时可实现南北向紧急通行(程序见4.3.1节)。南北方向中断程序流程图如图四所示。

开始

南北绿东西红

P3.2=0

N

RETI

图四南北方向中断程序流程图

4.2.3东西方向中断程序

东西方向中断程序的主要功能是当东西向有紧急事件时可实现东西向紧急通行(程序见4.3.2节)。东西方向中断程序流程图如图五所示。

开始

南北绿东西红

P3.2=0

N

RETI

图五东西方向中断程序流程图

4.2.4延时子程序

延时子程序用于实现各灯的持续点亮，延时子程序流程图如图六

开始

R5=0 Y

RET N

R6=0

N

R5=0 Y

N

图六延时子程序图

4.3 控制源程序

4.3.1汇编程序

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP TZC1

ORG 0013H

AJMP TZC2

ORG 0030H

MAIN:

MOV R0,#1EH

MOV R1,#1CH

MOV IE,#85H

MOV SP,#40H

MOV P2,#0DDH ;南北绿东西红

LOOP1:

LCALL DELAY ;调用1s延迟程序

DEC R0

DJNZ R1,LOOP1 ;判断绿灯28s是否完毕(实际因误差绿灯为30s)

MOV P2,#0DEH ;南北黄东西红（黄灯2s正常）

LOOP2: LCALL DELAY

DJNZ R0,LOOP2

MOV P2,#0EBH ;南北红东西绿

MOV R0,#1EH

MOV R1,#1CH

LOOP3:

LCALL DELAY

DEC R0

DJNZ R1,LOOP3

MOV P2,#0F3H ;南北红东西黄

LOOP4: LCALL DELAY

DJNZ R0,LOOP4

JMP MAIN ;返回主程序起点

DELAY: MOV R5,#0D8H ;1s延迟程序

D3 : MOV R6,#0AH

D2 : MOV R7,#7DH

D1 : NOP

NOP

DJNZ R7,D1

DJNZ R6,D2

DJNZ R5,D3

RET

TZC1 : PUSH P2 ; 南北向中断程序

MOV P2,#0DDH ;南北向有特种车辆（救护车。。。。。。。）

JNB P3.2,TZC1

POP P2

RETI

TZC2 : PUSH P2 ;东西向中断程序

MOV P2,#0EBH ;东西向有特种车辆（救护车。。。。。。。）

JNB P3.3,TZC2

POP P2

RETI

END

4.3.2程序清单

HEX输出文件

4.4 调试及仿真

经软件调试-仿真器proteus调试通过，并烧录芯片，得到所要求的设计结果。如图七试验成功。

图七交通灯仿真图

结论

本系统就是利用了AT89S51芯片的I/O引脚。系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89S51，以及其它芯片（如：74HC164、74LS04六位反向器、L7805三端稳压电源）来设计交通灯控制器，实现了红灯亮32秒,绿灯30秒，黄灯2s。并通过AT89S51来控制74LS04芯片的输出口设置红、绿灯燃亮的功能和控制74HC164来实现在七段数码管上的时间显示；为了系统稳定可靠系统内集成了“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。

系统不足：时间设定中没有黄灯的等待闪烁时间，以及自动根据车流改变红绿灯时

间，此外，还没有充分考虑的把现代管理、人工智能运用到交通的控制中，来计算交通控制点之间的距离，来更合理的安排红、绿灯的持续时间，使城市的交通管理更加人性化。使人们远离目前的交通拥塞的现象。

参考文献

[1] 李群芳.张士军.单片微型计算机与接口技术.北京：电子工业出

版社.2008.

[2] 李光飞.楼然苗.胡佳文.谢象佐.单片机课程设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版社.2004.

[3] 沈德金.陈粤初.单片机接口电路与应用程序实例.北京：北京航天航空大

学出版社.1990.

[4] 徐爱钧.彭秀华.单片高级语言C51应用程序设计.北京：电子工业出版社.1998.