单片机课程设计交通灯设计(DOC)

湖南工程学院

课程设计

课程名称单片机原理与应用

课题名称交通灯

专业测控技术与仪器

班级1002 班

学号

姓名

指导教师

2013 年 5 月31 日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称单片机原理与应用

课题交通灯课程设计

专业班级

学生姓名

学号

指导老师

审批

任务书下达日期2013 年5月28日

任务完成日期20130年6月4日

目录

第1章概述 (1)

1.1设计目的 (1)

1.2设计任务和要求 (1)

第2章系统总方案选择与说明 (2)

2.1系统硬件电路设计框图 (2)

2.2工作原理 (2)

第3章硬件电路设计 (4)

3.1硬件资源及I/O分配 (4)

第4章应用软件设计 (7)

4.1 流程图 (7)

4.2算法 (7)

第5章系统仿真调试 (9)

第6章硬件调试与结果分析 (10)

6.1 中断服务程序框图 (10)

6.2硬件调试 (10)

6.3 调试运行 (10)

第7章结束语 (12)

参考文献 (14)

附录 (15)

附录A (15)

附录B (16)

第1章概述

交通灯在我们生活中既陌生又熟悉。在我们的生活中，随着人们生活水平的提高，交通工具也越来越多，交通灯的显得越发重要，公共交通也交通灯的存在才能显得如此的井然有序。下面是设计交通灯的过程及其原理：

1.1 设计目的

（1）通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，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/计数器及中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。

1.2 设计任务和要求

1.2.1 任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统

1.2.2要求：利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用LED灯显示倒计时间。

（1）东西绿灯亮，南北红灯亮

（2）黄灯闪烁

（3）东西红灯亮，南北绿灯亮

第2章系统总体方案与说明

1.1 系统硬件电路工作原理

1.1.1工作原理分析

图2—2十字路口

（1）首先了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如图2—2所以，为东南西北走向。初始状态0：为东西绿灯亮，南北红灯亮；然后转状态1：东西黄灯亮，南北黄灯亮；过后转状态2：东西红灯亮，南北绿灯亮；再转状态3：东西黄灯亮，南北黄灯亮。一段时间后，又循环至状态0。中间可通过中断按钮产生中断，跳入中断程序执行中断。

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）

表2—1交通灯状态表

( 2 ) 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6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。

（5）通过脉冲中断编写中断程序，可实现中断。

第3章硬件电路设计

3.1 各部分电路设计与原理

图3-1单片机系统的时钟振荡电路

（1）图5—1时钟振荡电路在单片机的外部通过XTAL1、XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。我们采用的为12MHz 的晶振，一个机器周期为1us，C1、C2为30 pF.

图3-2单片机系统的复位电路

（2）图5—2为复位电路，通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本次设计采用按键复位电路。按键复位电路是在按键瞬间接地来实现的。按下复位按钮后，电源对按键RESET 端维持两个机器周期的高电平实现复位的。3.2硬件资源及I/O分配

3.1.1主要用到的硬件：AT89C52、LED数码管、LED发光二级管、定时器T0

3.1.2 I/O分配：

图3-3 发光二极管和单片机的接口电路

（1）图3-3是发光二极管和单片机的接口电路，P1口：做为输出口，与发光二极管相连接。

（2）P3口中的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)作特殊用途,数据(倒计时时间)从RXD端输入,TXD端输出。

（3）LED发光二极管用来显示灯亮情况。

（4）定时/计数器T0用来产生1秒的定时，在这里，我用的是定时计数器T0，先定时50ms，然后在中断服务子程序中用一个判断指令，当中断发生了20次时，说明定时了1s，定时1s后再对数据进行相应的处理；如果没有到20次，那又继续返回到主程序。我这里的定时计数器T0设置的是工作在方式1，为定时模式，其初始值为2^16-50000=15536=4cd0H。

图3-4 数码显示管和单片机借口的连接电路

（5）图3-4为数码管的借口电路，单片机的P0口接的是数码显示管的段选，P2口的低四位接的是数码显示管的位选，采用动态驱动的方式，中间调用一个

十几毫秒的延迟子程序来实现转换！

3.1.3 LED显示接口及原理

3.1.3.1 LED显示器十位与p0相连接，个位与p2连接用来显示时间。LED 显示器是由发光二极管构成的，它在单片机中的应用非常普遍。通常所说的LED 显示器由7个发光二极管组成，其排列形状如图3—1所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管以dp表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:

图3—1 共阳极符合与引脚

（1）共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮，在这次课程设计中用的为共阳极接法。

（2）共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。

3.1.3.2 控制数码管驱动级的控制电路有静态式和动态式两类：

（1）静态驱动：它是指每个数码管都要用一个译码器译码驱动。

（2）动态驱动：它是所的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流显示，它的扫描速度极快，因此显示效果与静态驱动相同。

第4章应用软件设计

4.1软件方案设计

根据设计要求，软件要能按照设定的周期运行并且能对按键操作做出适时的反应处理。软件可由C语言完成，也可由会汇编语言完成，本课程设计采用C语言编写程序。软件设计分为以下几个功能模块：

主程序：初始化及按键功能监控。

计时程序模块：为定时器的中断服务子程序，完成0.1秒和1秒的时

间定时。

显示程序模块：完成12个发光二极管和2个LED数码管的显示驱动。4.1 流程图

图4—1程序流程图

（1）程序开始时状态一为东西绿灯亮南北红灯亮，延时并倒计时；然后进入第二个状

态东西黄灯闪南北黄灯闪，延时倒计时结束后再改变状态，第三个状态为东西红灯亮南北绿灯亮，这是东西禁行，南北通行，第四个状态东西黄灯亮南北黄灯亮。四个状态循环，循环一次为一周期。按照设计流程图进行下去，一个周期结束后马上进入现已周期，依次循环。

第5章系统仿真调试5.1仿真图

图5-3单片机系统仿真电路

第6章硬件调试与结果分析

6.1 硬件调试

6.1.1 当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。

6.1.1.1 硬件静态的调试

（1）排除逻辑故障

首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。

（2）排除元器件失效

造成元器件失效的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。

（3）排除电源故障

在通电前，检查电源电压的幅值和极性。加电后检查各插件上引脚的电位，经检查VCC与GND之间电位，发现之间电位在5V～4.8V之间属正常。

6.1.1.2 联机仿真调试

（1）我在同学的指导和帮助下借助单片机模拟仿真软件Proteus 进行单片机的联机仿真调试。

1.3 调试运行

1、接硬件图接线，为了确保东西南北红黄绿灯能够对应显示，实验时，对P1口的接线做了调整。即，P1.0接绿灯,P1.1接黄灯,P1.2接红灯,P1.3接绿灯,P1.4接黄灯,P1.5接L3红灯

2、用keil软件，对我所编写的程序进行编译，生成hex文件后，用stc驱动软件