单片机课程设计1

《单片机原理及接口》

课程设计报告

题目：十字路口交通灯模拟控制系统

专业名称：通信09 班级：1班

学号：910705116 姓名：简必建

2011年 12月

十字路口交通灯模拟控制系统

简必建

（电子信息工程系）

中文摘要：交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使得交通得以有效管制，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89c51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、拓展性强。本系统就是采用单片机模拟十字路口交通灯的状态显示以及倒计时。

本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、等几大部分组成。系统除基本的交通功能外还有倒计时功能，较好的模拟路口可能出现的状况。软件上采用C语言编程，经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。

关键词：单片机交通灯闯红灯检测车流量

二．功能概述

2.1设计任务：交通灯的硬件和软件设计

2.2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。三．设计思路

交通灯的变化规律

按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态为状态1，南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过过一段时间（max-5）s转换状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S，东西方向仍然红灯。再转换到状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯。过一段

时间（25S）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S，南北方向仍然红灯。最后循环至南北绿灯，东西红灯。在这些状态下，有时钟倒数计时。

表一交通灯变化流程

25S 5S 25S 5S 。。。

东西道红灯亮红灯亮绿灯亮黄灯闪烁。。。

南北道绿灯亮黄灯闪烁红灯亮红灯亮。。。

四．硬件介绍

基础知识

交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器，基础知识主要包括交通灯的变化规律、定时器概念和工作方式、以及数码管的动态显示方式。

4.1定时器

定时器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用。

首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与注意点。

4.2定时器／计数器的概念

89C51单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0、T1。

当定时器／计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。当定时器／计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以技术频率最大值只能为时钟周期的1／24。计数器对外部输入信号的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信号在其改变之前至少被采样一次，外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周期。

4.3定时器／计数器的相关寄存器

与定时器／计数器相关的寄存器有定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器／计数器控制寄存器（TCON）。TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，因此，在本例中主要介绍TMOD寄存器。

定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。

定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）的8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。TMOD每一位的功能如下。

GA TE：门控位。

GA TE＝0，仅由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1来启动定时器／计数器运行；

GA TE＝1，由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1和外部中断引脚上的高电平共同来启动定时器／计数器运行。

C／T：定时器模式和计数器模式选择位。

C／T＝0，为定时器模式；

C／T＝1，为计数器模式。

M1、M0：工作方式选择位。M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系见表2－10。

4.4定时器／计数器的4种工作方式

定时器／计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表所示。

表2定时器/计数器工作方式

（1）方式0。

定时器／计数器的工作方式0称为13位定时器／计数器的。它由TLX的低5位和TLX的8位构成13位的计数器，此时TLX的高3位未使用。改工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况不使用方式0进行定时／计数。方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式。

（2）方式1

定时器／计数器的工作方式1称为16位定时器／计数器。它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。

GA TE位的状态定时器／计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器／计数器即被允许计数（定时器／

计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。当GATE=1时，定时器／计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器／计数器计数（定时器／计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。

（3）方式2

定时器／计数器的工作方式0和方式1再计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。

定时器／计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器／计数器。在该工作方式下，TLX作为计数器，当TLX计数溢出时，在置1溢出标志TFX的同时，还自动的将THX中的常数送至TLX，使TLX从该常数开始重新计数。这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。（4）方式3

工作方式3仅对定时器／计数器0有效，在该工作方式之下，定时器／计数器的0被拆成2个独立的定时器／计数器：TL0、TF1。TL0使用T0的状态控制C／T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一个8位定时器（不能作外部计数方式），并使用定时器／计数器1的状态控制位TR1、和TF1，同时占用定时器T1的中断源。此时，定时器／计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。

4.5 定时器／计数器的编程

（1）初始化

定时器／计数器的初始化编程包括以下几个部分。

根据要求给定时器／计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器／计数器的工作方式。

根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。

根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时／计数器的运行。

（2）定时器／计数器初值的计算。

计数器初值：

设计算器的模值位M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则TC=M-C (M等于2的13次方，16次方，8次方)。

定时器初值：

设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则TC=M-T/t（M 等于2的13次方，16次方，8次方）。

五．软件程序设计

交通灯控制器实例使用了89C51单片机的定时器，首先分定时器初始化，定时器中断服务程序两个部分介绍定时器计数器的软件编程，其次在画出程序流程图的基础上编写软件程序，并给出完整的交通灯控制器程序实例。

5.1定时器初始化

为了使定时器时间准确，避免因为定时器重装而引起的累计误差，应将定时器设置为初值自动装置的8位定时器/计数器，即定时器工作在工作方式2.在12MHz晶振条件下，8位定时器的最长定时时间是0.256ms，为了方便计算取定时时间为0.25ms，所以，定时0.5s需要定时器中断2000次。

下面计算定时器的初值。定时器初值TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

5.2定时器中断服务程序

void time() interrupt 1

{

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

i++;

if(i==10)

{

i=0;

num++;

if(num==2*max)

{

num=0;

flag=~flag;

}

}

}

每0.5ms定时器中断发生，num+1，程序跳转到中断服务程序T0-INT开始执行。中断服务程序每次将定时器中断计数变量减1，但定时器中断计数变量为0时，0.5s定时时间到，将位变量SECOND-FLAG置为1.定时器中断服务程序通过RETI指令返回，程序将跳转到进入中断前的断点继续执行。

六．电路图及仿真设计

6.1手动调时

图1

6.2设计完成原理图如下

在电路连接完成后，将写好的程序放入单片机，运行。

图2 电路原理图6.2在初始状态南北绿灯，东西红灯，持续时间为25s

图3 初始状态

6.3南北跳转到黄灯5s，东西仍为红灯

图4转为状态2

6.3在南北转换为红灯的同时，东西灯转换到绿灯持续25s。

图5 转为状态3

6.4 东西转换为黄灯持续5s，南北红灯不变；如此循环，从而实现交通灯的作用。

图6 状态4

七．总结

本系统采用单片机89c51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、拓展性强。本系统就是采用单片机模拟十字路口交通灯的状态显示以及倒计时。

本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、等几大部分组成。系统除基本的交通功能外还有倒计时功能，较好的模拟路口可能出现的状况。软件上采用C语言编程，经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。

回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，学到了很多的东西。同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

通过这次课程设计我发现单片机原理应用行很强，只有老师的讲解不行，只看也不中，

只有自己动手去做才会发现自己确实有太多的不足，许多的原理，程序看似简单，真正去做

才知道知识并没有自己想象的那样扎实。从而懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

参考文献：

【1】单片机的C语言应用程序设计马忠梅籍顺心北京航空航天大学出版社2007

【2】51单片机应用开发案例精选王为青邱文勋人民邮电出版社 2007

【3】51系列单片机设计实例楼然苗李广飞北京航空航天大学出版社 2003

【4】单片机原理与接口技术胡汉才清华大学出版社 2006

【5】单片机原理与应用丁元杰机械工业出版社 2007 附程序：

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

sbit kai=P3^0;

sbit jia=P3^1;

sbit jian=P3^2;

bit guan=1,flag=0,ci=0;

uchar code table[]={

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

uchar i,num; uchar max=30;

void delay(uchar z)

{

uchar x,y;

for(x=0;x

for(y=0;y<110;y++);

}

void key()

{

while(!kai)

{

delay(10);

if(!kai) guan=~guan;

while(!kai);

}

}

void tiao()

{

bit sub,add;

if((bit)(P3&0x02)==0)

{

delay(5);

if((bit)(P3&0x02)==0)

{

add=(bit)(P3&0x02);

max++;

if(max>30)

max=30;

while(!add)

{

add=(bit)(P3&0x02);

}

}

}

if((bit)(P3&0x04)==0) {

delay(5);

if((bit)(P3&0x04)==0)

{

sub=(bit)(P3&0x04);

max--;

if(max<6)

max=6;

while(!sub)

{

sub=(bit)(P3&0x04);

}

}

}

}

void main()

{

TMOD=0x01;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

EA=1;

while(1)

{

key();

if(guan)

{

ET0=1;

TR0=1;

if(!flag)

{

if(num<2*(max-5))

{

P2=0xde;

P0=0XF2;

P1=table[(max-num/2)/10];

delay(1);

P1=0xff;

P0=0xf1;

P1=table[(max-num/2)%10];

delay(1);

P1=0xff;

}

else if(num<2*max)

{

if(num%2)P2=0x2e;

else P2=0x3e;

P0=0XF2;

P1=table[(max-num/2)/10];

delay(1);

P1=0xff;

P0=0XF1;

P1=table[(max-num/2)%10];

delay(1);

P1=0xff;

}

}

if(flag)

{

if(num<2*(max-5))

{

P2=0xf3;

P0=0XF2;

P1=table[(max-num/2)/10];

delay(1);

P1=0xff;

P0=0XF1;

P1=table[(max-num/2)%10];

delay(1);

P1=0xff;

}

else if(num<2*max)

{

if(num%2)P2=0x35;

else P2=0x37;

P0=0XF2;

P1=table[(max-num/2)/10];

delay(1);

P1=0xff;

P0=0XF1;

P1=table[(max-num/2)%10];

delay(1);

P1=0xff;

}

}

}

else

{

TR0=0;

num=0;

tiao();

P0=0XF2;

P1=table[max/10];

delay(1);

P1=0xff;

P0=0xF1;

P1=table[max%10];

delay(1);

P1=0xff;

}

}

}

void time() interrupt 1 {

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

i++;

if(i==10)

{

i=0;

num++;

if(num==2*max)

{

num=0;

flag=~flag;

}

}

}