单片机现代交通灯报告

广东海洋大学寸金学院《单片机》期末考查（论文设计）

论文题目：现代交通灯

Modern traffic ligths

系别：信息技术系

专业：电气工程及其自动化

班级：电气工程及其自动化3班

姓名：曾苑

学号：2011103120338

指导老师：叶伟慧

职称：讲师

日期：2013年12月15日

广东海洋大学寸金学院教务处制

目录

目录 (1)

摘要 (2)

第1章引言 (3)

1.1背景与意义 (3)

1.2系统设计实现的目标 (3)

第2章系统分析 (3)

2.1系统原理 (3)

2.2开发及运行环境 (4)

第3章硬件电路设计 (5)

3.1交通灯的芯片介绍 (5)

3.1.1 AT89c51引脚介绍 (5)

3.1.2 74LS245介绍 (6)

3.1.3 7seg-mps2-cc七段数码管以及LED灯介绍 (7)

3.2按键调整时间 (7)

第4章测试 (8)

4.1测试软件介绍 (8)

4.2软件调试 (8)

结束语 (10)

附录 (11)

程序代码 (11)

摘要

城市道口交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于十字路口的车辆及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯，计时牌显示路口通行转换剩余时间，在出现紧急情况时可以由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态。另外，在特种车辆如119、120通过路口时，系统可自动转换为特种车辆放行，其他车辆禁行，15s后系统自动恢复正常管理。其他还有盲人提示音、120s与60s 通行管理转换功能。采用标准的AT89C52单片机作为控制器；通行倒计时显示采用3位LED数码管；右拐、左拐、直行及行人4种通行状态指示灯采用双色高亮发光二极管；LED显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接受方案。整套电路模块由控制系统模块、通行灯输出控制显示模块、时间显示模块和自动特种车辆控制模块等组成。道口交通控制系统控制程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车实时响应程序等。设计时按红绿交通灯控制程序和特种车辆经过中断程序两大部分。本系统以AT89C51单片机为核心，采用汇编语言编程，设计的交通灯可用于十字路口的车辆及行人的交通管理，设计中应用了两种倒计时显示方式，120s倒计时适用于车流量较大的大城市，60s倒计时可用于中小型城市。

关键词：单片机；显示；汇编语言；交通管理； LED数码管

第1章引言

1.1背景与意义

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深渗透到我们生活的各个领域，几乎每个领域有单片机的踪迹，同时带动传统控制检测技术日益更新。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软硬件结合，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。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本次课程设采用单片机AT89C51和芯片74LS245为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据定时控制AT89C51芯片的P0口设置红、绿灯燃亮时间的功能；P1口设置红绿灯循环点亮，倒计时的时间由数码管显示。

1.2系统设计实现的目标

在主干道上设置LED的红绿灯，（由于时间问题）设置红灯点亮14秒，绿灯点亮10秒，黄灯3秒，循环点亮，也可以随车流量的问题随时设置时间。

主要内容包括：

1)红绿黄三灯循环点亮

2)实现倒计时功能；

3)按下按钮调整红绿灯的时间

4)长按增加（减少）秒数按钮，以10秒递增（递减）。

第2章系统分析

2.1系统原理

实际交通灯分为东南西北四个方向以及左转右转，本次课程设计我们涉及的是简

易交通灯，不包含左转右转，只包括显示红绿灯循环亮灭、倒计时以及可以因交通需要临时调整时间，原理较为简单。

东西通行，南北红灯亮。过一段时间后，转状态。东西绿灯灭，黄灯亮。再转状态；东西红灯亮，南北绿灯亮通行。过一段时间后转状态；南北绿灯灭，黄灯亮。一段间后，又循环至初始状态。

2.2开发及运行环境

本次设计包括51单片机、7SEG-MPX2的共阴七段数码管、74LS245芯片。原理图如下：

第3章硬件电路设计

3.1交通灯的芯片介绍

3.1.1 AT89c51引脚介绍

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/地址的低八位。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外部必须接上拉电阻。

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口作为低八位地址接收。

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（计时器0外部输入）

P3.5 T1（计时器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低位字节。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。

74LS245介绍

74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。

当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。

当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）

DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。

由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD和PSEN有效时，74LS245输入（P0.1←D1），其它时间处于输出（P0.1→D1）。

7seg-mps2-cc七段数码管以及LED灯介绍

LED显示和中断定时电路。利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s。对两个方向分别显示红、绿、黄灯，已经相应的剩余时间即可。

A方向红灯时间=B方向绿灯时间+黄灯缓冲时间。

由原理图可以看出单片机:

P1口接LED灯，P1.0、P1.1、P1.2分别接南北方向红黄绿交通指示灯，P1.3、P1.4、P1.5分别接东西方向的红黄绿交通指示灯；

P0口按顺序从P0.0到P0.6依次接南北数码管的a、b、c、d、e、f、g端；P2.0到P2.6依次接东西数码管的a、b、c、d、e、f、g端；

3.2按键调整时间

系统设置三个按键，SET（设置）用于选择要增加（减少）对应灯的时间；ADD （增加）用于设置增加亮灯的时间；SUB（减少）用于设置减少亮灯的时间。增加或减少长按则可以以10秒递增（递减），方便人员的设置，电路图如下：当按下SET（P3.4）按键,P3.0和P3.1为高电平，共阴极数码管关闭，显示东西方向对应灯的时间；P3.5和P3.6对应ADD（加）和SUB（减）按钮。

按键图，前面接口P3.4置高电平，后面接地，按下后为低电平有效。

第4章测试

4.1测试软件介绍

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51软件是一个基于32位Windows 环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μVision(通常称为μV2)。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：μVision IDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51实时操作系统。

4.2软件调试

应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。Keil使用“工程”(Project)的概念，对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。

工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单File-New…，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序(或选择File-Open…，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c；然后选择菜单Project-New Project…，建立新工程并保存(保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2)；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group ‘Source Group1’”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件)。加入文件后点close返回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for Target ‘Target1’(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项)，打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。

成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态，Keil提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-Step Over)、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编功能对程序进行在线修改(Debug-Inline Assambly…)，不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/Remove Breakpoint或Debug-Breakpoints…等)。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。

结束语

本文是一篇关于用单片机实现现代交通灯的论文，设计中使用到了AT89C51和74LS245芯片等。在设计过程中我通过在网上和图书馆查阅资料，收集了关于单片机和数码管显示方面的资料，通过对这些资料的学习，我了解了单片机的基本结构，使用和单片机在生活和生产中所发挥的作用；液晶显示的原理和使用。本次毕业设计除了让我回顾以前学过的知识外，也使我学习到了新的东西。这次毕业设计可以说是对四年的大学学习的总结。

本次毕业设计完成的主要工作和任务如下：对设计方案的理论研究，单片机的合理选型，硬件电路的设计，电路板的制作，元器件的焊接，软件的编写和调试以及毕业论文的制作。

通过对本课题的研究我有以下几个方面的收获：

（1）学习与掌握了单片机的基本原理及其各种应用，对它的各种硬件接口与软件设计方法有较深入的认识。

（2）对按键程序及数码管显示有了一定的认识，能够初步掌握其原理。

（3）本设计重点在于软件的设计，因此在设计过程中使自己在大学学到的C 语言知识得到了巩固，同时提高了解决实际问题的能力。

附录

程序代码

#include"at89x51.h"

unsigned char num[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数字0~9

unsigned char ctr[]={0xfa,0xf5}; //0xfa(P3_0和P3_2为0,即高位有效)0xf5(P3_1和P3_3为0,即低位有效)

unsigned char disEW[2]; //记录东西向高低位数值

unsigned char disSN[2]; //记录南北向高低位数值

unsigned char v;

unsigned char cnt_ctr;

unsigned int scdEW,scdSN;

unsigned int cntSN,cntEW;

unsigned char cntP3_4,cntP3_5,cntP3_6;

unsigned int cnt_num,cnt_key,cnt_flash,keyMemory;

int greenEW = 10,yellowEW = 3,greenSN = 10,yellowSN = 3;

//延时函数,a为1延时1毫秒

void delay_ms(unsigned int a)

{

int i;

while(a--)

{

i = 70;

while(i--);

}

}

//设置红绿黄灯秒数

void setSecond(void)

{

while(P3_4 == 0);

cntP3_4++; //标志设置键被按下的次数

switch(cntP3_4)

{

case 1:

cntEW = 5;

P1 = 0xf7;

break;

case 2:

cntEW = 1;

P1 = 0xef;

break;

case 3:

cntSN = 1;

P1 = 0xfe;

break;

case 4:

cntSN = 3;

P1 = 0xfd;

break;

case 5:

cntEW = 5;

cntSN = 5;

cnt_num = 0;

cntP3_4 = 0;

break;

}

}

//秒数加1

void addSecond(void)

{

while(P3_5 == 0);

cnt_key = 0; //记录长按键的参数清零

switch(cntP3_4)

{

case 1:

if(keyMemory != greenEW + 10) //判断按键是否已经加10,如果没有加10则秒数加1,如果已经加10则不加1

{

greenEW++;

}

if(greenEW == 90)

{

greenEW = 0;

}

scdEW = greenEW;

scdSN = greenEW + yellowEW + 1;

break;

case 2:

if(yellowEW++ == 9)

{

yellowEW = 0;

}

scdEW = yellowEW;

break;

case 3:

if(keyMemory != greenSN + 10)

{

greenSN++;

}

if( greenSN == 90)

{

greenSN = 0;

}

scdEW = greenSN + yellowSN + 1;

scdSN = greenSN;

break;

case 4:

if(yellowSN++ == 9)

{

yellowSN = 0;

}

scdSN = yellowSN;

break;

}

}

//秒数减1

void subSecond(void)

{

while(P3_6 == 0);

cnt_key = 0; //记录长按键的参数清零

switch(cntP3_4)

{

case 1:

if(keyMemory != greenEW - 10) //判断按键是否已经减10,如果没有减10则秒数减1,如果已经减10则不减1

{

greenEW--;

}

if(greenEW == -1)

{

greenEW = 89;

}

scdEW = greenEW;

scdSN = greenEW + yellowEW + 1;

break;

case 2:

if(yellowEW-- == 0)

{

yellowEW = 9;

}

scdEW = yellowEW;

break;

case 3:

if(keyMemory != greenSN - 10)

{

greenSN--;

}

if(greenSN == -1)

{

greenSN = 89;

}

scdEW = greenSN + yellowSN + 1;

scdSN = greenSN;

break;

case 4:

if(yellowSN-- == 0)

{

yellowSN = 9;

}

scdSN = yellowSN;

break;

}

}

//正常显示秒数

void display(void)

{

cnt_num++;

if(cnt_ctr == 10)

{

cnt_ctr = 0;

P3 = 0xff;

P3 = ctr[v];

P2 = num[disEW[v]]; //显示东西方向秒数

P0 = num[disSN[v]]; //显示南北方向秒数

if(v++ == 1)

{

v = 0;

}

}

}

//闪烁显示秒数

void dspFlash(void)

{

cnt_flash++;

if(cnt_flash < 660)

{

P3 = 0xff;

//数码管灭

}

else

{

if(cnt_flash == 1333)

//数码管亮1333=4000/3 即1秒闪3次

{

cnt_flash = 0;

}

if(cnt_ctr == 25)

{

cnt_ctr = 0;

P3 = 0xff;

P3 = ctr[v];

switch(cntP3_4)

{

case 1:

P3_0 = 1;

P3_1 = 1;

P2 = num[disEW[v]];

break;

case 2:

P3_0 = 1;

P3_1 = 1;

P2 = num[disEW[v]];

break;

case 3:

P3_2 = 1;

P3_3 = 1;

P0 = num[disSN[v]];;

break;

case 4:

P3_2 = 1;

P3_3 = 1;

P0 = num[disSN[v]];

break;

}

if(v++ == 1)

{

v = 0;

}

}

}

}

//长按加10秒

void add_10s(void)

{

cnt_key = 0;

switch(cntP3_4)

{

case 1:

greenEW = greenEW + 10; //长按秒数加10

if(greenEW >= 90)

{

greenEW = 0;

}

keyMemory = greenEW + 10; //keyMemory用来标记秒数已经加10

scdEW = greenEW;

scdSN = greenEW + yellowEW + 1;

break;

case 3:

greenSN = greenSN + 10;

if(greenSN >=90)

{

greenSN = 0;

}

keyMemory = greenSN + 10;

scdEW = greenSN + yellowSN + 1;

scdSN = greenSN;

break;

}

}

//长按减10秒

void sub_10s(void)

{

cnt_key = 0;

switch(cntP3_4)

{

case 1:

greenEW = greenEW - 10; //长按秒数减10