基于51单片机的交通灯设计论文

通过单片机仿真交通灯

班级：10级电信

姓名：李倩楠

学号：20107240123

第一章概述

1.设计内容：

用AT89S52单片机控制一个交通信号灯系统，晶振采用12MHZ。

设A车道与B车道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道。设计要求如下：用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。正常情况下，A、B两车道轮流放行，A车道放行50s，其中5s用于警告；B车道放行30s，其中5s 用于警告。交通繁忙时，交通信号灯控制系统应有手控开关，可人为地改变信号灯的状态，以缓解交通拥挤状况。在B 车道放行期间，若A车道有车而B车道无车，按下开关K1 使 A车道放行15s；在 A车道放行期间，若B车道有车而A车道无车，按下开关K1 使B 车道放行15s。有紧急车辆通过时，按下K2开关使 A、B车道均为红灯，禁行20s。

2.设计目的：

1）进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。

2）掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。

3）通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。

4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为我们今后从事相应工作打下基础。

3.设计原理：

利用“自动控制”控制交通灯的方法。将事先编制好的程序输入单片机，利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。

使用AT89C51单片机控制 4个方向的交通灯（红﹑黄﹑绿）并用数码管显示其时间。

了解交通灯管理的基本工作原理，熟练掌握STC89C51的工作原理和应用编程，熟悉STC89C51单片机并行接口的各种工作方式和应用，并了解计数器/定时器的工作方式和应用编程外部中断的方法，掌握多位LED 显示问题的解决。

第二章 硬件设计

1. 设计框图：

图1-1

设计说明：

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的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。

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，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。

5）一道有车而另一道无车（实验时用开关 K0 和 K1 控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。

6）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A 、B 道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。

4.设计任务：

1）东西、南北车辆交替运行，时间可设置修改。

2）绿灯转为红灯时，黄灯闪亮（间隔1秒）。

3）能显示剩余时间。

4）能对交通运行进行控制。

2.各元器件选择及其功能介绍：

1)元器件列表

表1-1

2）2位8段数码管工作原理：

2位8段数码管电路采用“共阴”连接，阴极公共端（COM）由晶体管推动。如图4-3所示：

段码和位码，段码即段选信号 SEG，它负责数码管显示的内容，图中 a~g、dp组成的数据（a 为最低位，dp 为最高位）

就是段码。位码即位选信号 DIG，它决定哪个数码管工作，哪个数码管不工作。当需要某一位数码管显示数字时，只需要先选中这位数码管的位信号，再给显示数字的段码。

3. 设计原理图：

图1-2

交通信号灯的状态表

表1-2

共阳与共阴数码管自行代码

表1-3

1、时钟电路模块

时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个30pF的瓷片电容组成。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信

号控制下严格地工作。其电路如图1-3所示：

图1-3

2、复位电路模块

复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。本设计采用的是按键复位电路。其电路如图1-4所示：

图1-4

3、主控制系统模块

主控制器采用AT89C51，是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机。AT89C51具有1个8KB的FLASH程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I/O端口，3个16位定时/计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。

单片机的P0口分别用于控制南北及东西的通行灯，P2口和P3^4-P3^7口用于4组4位LED计时器的控制，紧急车辆通行时使用外中断0（P3^2）和外中断1(P3^3),进行手动按键，即可转换。

4、交通灯输出控制模块

道口交通灯指示采用高亮度红、黄、绿发光二极管进行提示。

当R=220欧时，按公式A=(5-1.8)/R计算，电路中的电流大小应为A=14.545mA.由于每个路口的通行双向指示处理相同，因此每个端口应具有3A的吸收电流能力。

5、时间显示电路模块

道口通行剩余时间采用高亮红色7段LED发光数码管显示，采用共阳数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动使用三极管，按每段6mA电流计算，全显示字形“8”时，每个数码需6mA*8=48mA，由于时间显示每个道口相同，共需要电流192mA，因此设计中也采用了中功率三极管8550.其显示电路如图1-6所示：

图1-5

6、紧急通车电路模块

为了实现此功能，利用单片机中断达到目的。利用一个手动按钮开关接至单片机外部中断0，同时在软件设计时将其设定为最高优先级，当其按下时，四方全为红灯，同时将中断位置的PSW、ACC进栈保护，当其计时完了之后，回到原来的位置进行执行。再利用一个手动按钮接至单片机外部中断1当其按下时，如果是东西道是红灯，而南北道是绿灯，则将其置为东西是绿灯，南北是红灯；如果是东西道是绿灯，而南北道是红灯，则将其置为东西是红灯，南北是绿灯。两种情况都是执行完后，回到断点处继续执行。

第三章软件设计

1.程序：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define time 50000

#define on 0

#define off 1

sbit RED_ZHU = P0^0; //南北红灯

sbit YELLOW_ZHU = P0^1;//南北黄灯

sbit GREEN_ZHU = P0^2; //南北绿灯

sbit RED_ZHI = P0^3; //东西红灯

sbit YELLOW_ZHI = P0^4; //东西黄灯

sbit GREEN_ZHI = P0^5; //东西绿灯

sbit P23 = P3^4;

sbit P22 = P3^5; //东西方向数码管位选

sbit P21 = P3^6;

sbit P20 = P3^7; //南北方向数码管位选

sbit int0_key = P3^2;

sbit int1_key = P3^3;

void display1(uchar,uchar);

void display2(uchar,uchar);

void delayms(uint k);

uchar temp1,temp2,temp3,temp4,temp5,temp6;

/*===============倒计时=========================*/ uchar N = 50,Y = 45,Z = 50,M = 75,G = 80,U =80; uchar C50ms,t0;

uchar seg = 1;

uchar flag=0,led_data_temp;

void InitialT1(void)

{

TMOD = 0x11; //定时器0,1工作在方式1

TH1 = (65536 - time)/256; //相当于(65536-time)/256;

TL1 = (65536 - time)%256;//初值为time(50ms)

TR1 = 1;//开定时器1中断

ET1 = 1;//允许定时器1中断

ET0 = 1;

TH0 = (65536 - time)/256;

TL0 = (65536 - time)%256;

EX0 = 1; //允许外部中断0

IE0 = 1;//启动外部中断0

PX0 = 1;

EX1=1;

IE1=1;

EA = 1; //开总中断

}

void int0(void) interrupt 0 //外中断0

{

flag = 0;

led_data_temp = P0;

t0 = 20;

if(!int0_key)

{

delayms(10);

if(!int0_key)

{

while(!int0_key);

TH0 = (65536 - time)/256;

TL0 = (65536 - time)%256;

TR1 = 0;

TR0 = 1;

EX0 = 0;

EX1 = 0;

C50ms = 0;

}

}

}

void int1(void) interrupt 2 //外部中断1

{

t0=15;

flag = 1;

led_data_temp = P0;

if(((RED_ZHU == 0) && (GREEN_ZHI == 0))||((YELLOW_ZHI == 0)&&(RED_ZHU == 0)))

{

P0 = 0xff;

GREEN_ZHU = 0;

RED_ZHI = 0;

}

else //if((RED_ZHI == 0)&&(GREEN_ZHU == 0)) {

P0 = 0xff;

GREEN_ZHI = 0;

RED_ZHU = 0;

}

if(!int1_key)

{

delayms(10);

if(!int1_key)

{

while(!int1_key);

TH0 = (65536 - time)/256;

TL0 = (65536 - time)%256;

TR1 = 0;

TR0 = 1;

EX0 = 0;

EX1 = 0;

C50ms = 0;

}

}

}

void ISRT0(void) interrupt 1//定时器0中断服务子程序

{

temp1 = N,temp2 = Y,temp3 = Z,temp4 = M,temp5 = G,temp6 = U;

TH0 = (65536 - time)/256;

TL0 = (65536 - time)%256; //重装初值time

YELLOW_ZHU=1; //如果在黄5S时进行熄灭黄灯

YELLOW_ZHI=1;

if(!flag)

{

P0 = 0xf6;

}

C50ms++;

if(C50ms > 19)

{

t0--;

C50ms = 0;

}

if(t0 == 0)

{

P0 = led_data_temp;

N = temp1,Y = temp2,Z = temp3,M = temp4,G = temp5,U = temp6;

TR0 = 0;//禁止定时器1中断

TR1 = 1;//开定时器1中

EX1 = 1;

//EX0 = 1;

C50ms = 0;

return;

}

}

void ISRT1(void) interrupt 3 //定时器1中断服务子程序

{

TH1 = (65536 - time)/256;

TL1 = (65536 - time)%256; //重装初值time

C50ms++;

if(C50ms > 19)

{

N--;

M--;

Y--;

Z--;

G--;

U--;

C50ms = 0;

}

}

/*=================延时=======================*/

void Delay10uS(uchar second)

{

uint i;

while((second--) != 0)

{

for(i = 0;i < 5;i++)

{}

}

}

void delayms(uint k)

{

uint i,j;

for(i = 0;i < k;i++)

for(j = 0;j < 120;j++);

}

/*==================数码管控制========================*/

uchar code discode[]=

{0xC0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共阳数码管0-9代码

void display1(uchar num1,uchar num2) //控制南数码管显示

{

P2=discode[num1]; P21=on; Delay10uS(10); P21=off; //低位

P2=discode[num2]; P20=on; Delay10uS(10); P20=off; //高位

}

void display2(uchar num3,uchar num4) //控制东西数码管显示

{

P2 = discode[num3]; P23 = on; Delay10uS(10); P23 = off; //低位

P2 = discode[num4]; P22 = on; Delay10uS(10); P22 = off; //高位

}

/*===================主函数=================================*/

main()

{

/*=============初始状态：东西南北都红灯==================*/

RED_ZHU=on;

RED_ZHI=on;

delayms(1000);

RED_ZHU = off;

RED_ZHI = off;

InitialT1();

while(1)

{

// 初始化计时器

/*=============状态1：东西绿灯(45s) 南北红灯

(40s)==================*/

/*=============状态2：东西黄灯(5s) 南北红灯

(5s)=================*/

RED_ZHI = on;

GREEN_ZHU = on;

while(N != 0)

{

if(TR0 == 1)

{

display2(t0/10,t0%10);// 当t0=20时东西、南北红灯(20s)

display1(t0/10,t0%10);// 当t0=15时东西、南北红、绿灯交换点亮

}

else

{

if(N == 5)

{

while(Z != 0)

{

if(TR0 == 1)

{

display2(t0/10,t0%10);

display1(t0/10,t0%10);

}

else

{

display1(N/10,N%10); // 东西黄灯(5s)

display2(Z/10,Z%10); // 南北红灯(5s)

GREEN_ZHU = off;

YELLOW_ZHU = on;

}

}

}

else

{

display1(N/10,N%10); // 东西绿灯(45s)

display2(Y/10,Y%10); // 南北红灯(40s)

}

}

}

GREEN_ZHU = off;

RED_ZHI = off;

YELLOW_ZHU = off;

P0 = 0xff; //数码管全关掉

Delay10uS(1);

/*=============状态3：东西红灯(20s) 南北绿灯

(25s)==================*/

/*=============状态4：东西红灯(5s) 南北黄灯

(5s)==================*/

GREEN_ZHI = on;

RED_ZHU = on;

while(G != 0)

{

if(TR0 == 1)

{

display2(t0/10,t0%10);

display1(t0/10,t0%10);

}

else

{

if(G == 5)

{

while(U != 0)

{

if(TR0 == 1)

{

display2(t0/10,t0%10);

display1(t0/10,t0%10);

}

else

{

display2(G/10,G%10);// 东西红灯(5s)

display1(U/10,U%10);// 南北黄灯(5s)

GREEN_ZHI = off;

YELLOW_ZHI = on;

}

}

}

else

{

display2(G/10,G%10);// 东西红灯(25s)

display1(M/10,M%10);// 南北绿灯(20s)

}

}

}

GREEN_ZHI = off;

RED_ZHU = off;

YELLOW_ZHI = off;

P0 = 0xff;

Delay10uS(1);

/*=====================重新赋值

===============================*/

N =50,Y = 45,Z = 50,M = 75,G = 80,U =80;

}

}

第四章仿真结果及其总结

1.仿真结果图：

南北通行：

图1-6 通行警告：