单片机交通灯实训报告.docx
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单片机交通灯实训报告
机电工程学院课程设计报告
课程名称：
单片机课程设计
专业班级：
13电本2班
学号：
2013041632
******
指导教师：
王清辉、何文丰
完成时间：
报告成绩：
评阅意见：
评阅教师日期
交通灯设计
一、设计任务与要求
设计基本要求：
（1）车辆通行繁忙的十字交叉路口，设计一交通灯控制器，设东西方向通行时间为30秒，当剩余3秒时黄灯亮，南北方向通行时间为20秒，当剩余3秒时黄灯亮。
（2）东西、南北方向各用三个（绿、黄、红）LED表示，并用数码管显示东西、南北方向的剩余时间。
（3）可利用按键修改时间参数，可以利用按键切换东西南北交通灯的当前状态（即立刻东西由红变绿，南北有绿变红，并按设定的时间工作）。
二、方案设计与论证
交通灯的工作方式及状态设计：
状态
东西
南北
通行时间
注
红黄绿
红黄绿
1、东西绿灯南北红灯
110
011
27秒（时间可设）
交通灯从状态1至4不断循环，通过外设按钮实现状态1和3的切换
2、东西黄灯南北红灯
101
011
3秒（黄灯闪烁）
3、东西红灯南北绿灯
011
110
17秒（时间可设）
4、东西红灯南北黄灯
011
101
3秒（黄灯闪烁）
表2-1：
交通灯的工作状态表
根据表2-1所示可将交通灯的工作状态设为以下几个步骤：
1、初始状态时即为东西方向绿灯通行27秒+3秒黄灯，此时南北红灯亮。
2、随后是南北方向绿灯通行17秒+3秒黄灯，此时东西红灯亮。
3、通过按模式选择键一次来切换东西南北交通灯的当前状态。
（通过设置定时计时器T1实现交通灯的计时）
4、通过按模式选择键第二次切换至南北方向红绿灯的计时设置，通过加减按键来确定南北方向红绿灯的计时数。
5、确定南北方向计数值后，通过按模式选择键第三次切换至东西方向红绿灯的计时设置，通过加减按键来确定东西方向红绿灯的计时数。
6、确定交通灯计时数后再按下模式选择键后，交通灯便进入工作状态。
时间计时的实现：
采用定时中断实现秒的精确计时（详细方案入下列程序设计所示）。
按键输入的实现：
通过编写按键读取函数，来实现交通灯的状态以及时间值得设定（详细方案入下列程序设计所示）。
图2-1程序设计流程框图
三、硬件电路设计
1、倒计时显示
该系统要求完成倒计时的功能。
因只需显示数字，基于上述原因，我完全采用数码管显示，四个路口分别采用一个二位共阴极数码管即可。
2、状态灯显示
该系统要求完成状态灯显示的功能。
采用红绿黄三种LED灯一个路口只需三个个状态灯，绿灯通行，红灯停止，黄灯闪烁。
3、输入方案
该系统要求能手动改变东西与南北的通行时间、红绿灯状态紧急交换处理。
运用单片机中四个IO口设置三个按键，三个按键的功能分别为：
增加、减少、状态切换和暂停。
4、复位电路与晶振电路
复位电路：
复位方式有多种，本设计采用按键复位。
接线图如图3-1所示，当按下复位按键时，RST端产生高电平，使单片机复位。
复位后，其片内各寄存器状态改变，片内RAM内容不变。
晶振电路（如图3-2所示）：
结合单片机内部产生单片机所需的时钟频率。
图3-1程序仿真接线图图3-2程序仿真接线图
5、AT89S51的简介
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
图3-3程序仿真接线图
四、软件设计
根据设计要求得完整的交通灯程序源代码包含有：
1.定时2.数码管显示3.LED状态切换.4按键读取。
#include"reg51.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodenum[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//数码管显示数组
ucharT0_Count=0,East_time=0,North_time=0;//定时变量，东西倒计时变量，南北倒计时变量
sbitDXD_Red=P3^0;//东西方向红灯
sbitDXD_Yellow=P3^1;//东西方向黄灯
sbitDXD_Green=P3^2;//东西方向绿灯
sbitNBD_Red=P3^3;//南北方向红灯
sbitNBD_Yellow=P3^4;//南北方向黄灯
sbitNBD_Green=P3^6;//南北方向绿灯
sbitDXKZ_GE=P2^4;//东西方向个位数码管公共端
sbitDXKZ_SHI=P2^5;//东西方向十位数码管公共端
sbitNBKZ_GE=P2^6;//南北方向个位数码管公共端
sbitNBKZ_SHI=P2^7;//南北方向十位数码管公共端
sbitKey_Add=P1^1;//增加按键
sbitKey_Dec=P1^2;//减少按键
sbitKey_OK=P1^3;//确定按键，兼具状态切换
sbitLE=P1^0;
voiddelayms（uinti）//毫秒级延时
{
uintx,y;
for（x=i;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidt0_init（）
{
TMOD=0X01;//16位定时器0
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;//定时50ms
ET0=1;//开启中断1
EA=1;//开启总中断
TR0=1;//开启定时器0
}
voidstate1（）//东西绿灯亮，南北红灯亮
{
DXD_Red=1;
DXD_Yellow=1;
DXD_Green=0;
NBD_Red=0;
NBD_Yellow=1;
NBD_Green=1;
}
voidstate2（）//东西黄灯闪烁
{DXD_Red=1;
DXD_Yellow=0;
DXD_Green=1;
}
voidstate3（）//东西红灯亮，南北绿灯亮
{
DXD_Red=0;
DXD_Yellow=1;
DXD_Green=1;
NBD_Red=1;
NBD_Yellow=1;
NBD_Green=0;
}
voidstate4（）//南北黄灯闪烁
{
NBD_Red=1;
NBD_Yellow=0;
NBD_Green=1;
}
voidDisplay（ucharnum1,num2）//功能：
数码管扫描显示函数
//参数：
num1,东西方向数码管显示值;num2,南北方向数码管显示值
{
P0=num[num1%10];//LE=1;LE=0;//写入个位数
DXKZ_GE=0;delayms（10）;//开启一个数码管公共端，显示一段时间
DXKZ_GE=1;//关闭公共端
P0=num[num1/10];//LE=1;LE=0;//写入十位数
DXKZ_SHI=0;delayms（10）;
DXKZ_SHI=1;
P0=num[num2%10];//LE=1;LE=0;//写入个位数
NBKZ_GE=0;delayms（10）;
NBKZ_GE=1;
P0=num[num2/10];//LE=1;LE=0;//写入十位数
NBKZ_SHI=0;delayms（10）;
NBKZ_SHI=1;
}
ucharkey_read（）//功能：
按键读取参数：
back，1，按下增加按键；2，减少按键；3确定键
{
ucharback=0;
if（P1!
=0xff）
{
delayms（10）;//按键延时消抖
if（Key_Add==0）
back=1;
elseif（Key_Dec==0）
back=2;
elseif（Key_OK==0）
back=3;
while（P1!
=0xff）;
}
returnback;
}
voidClear_Display（）//关闭所有数码管显示
{
P0=0x00;//LE=1;LE=0;
DXKZ_GE=1;
DXKZ_SHI=1;
NBKZ_GE=1;
NBKZ_SHI=1;
}
voidmain（）
{
ucharTab=1,key,East_TimeNum=30,North_TimeNum=20;
t0_init（）;
Clear_Display（）;//开机初始化关闭所有数码管
//设置东西方向倒计时
while（key!
=3）//按下确定键，退出while
{
key=key_read（）;//按键读取函数
if（key==1）//按下增加按键
East_TimeNum++;
elseif（key==2）//按下减少按键
if（East_TimeNum>3）East_TimeNum--;
Display（East_TimeNum,0）;//数码管同步显示东西方向设定的值
}
key=0;
//设置南北方向倒计时
while（key!
=3）//按下确定键，退出while
{
key=key_read（）;//按键读取函数
if（key==1）//按下增加按键
North_TimeNum++;
elseif（key==2）//按下减少按键
if（North_TimeNum>3）North_TimeNum--;
Display（0,North_TimeNum）;//数码管同步显示南北方向设定的值
}
key=0;
while
（1）
{
switch（Tab）
{
case1:
//红绿灯状态1
{
East_time=East_TimeNum;
//填充东西倒计时值，大小为已设置好的East_TimeNum
Tab=2;//切换至下一红绿灯状态
state1（）;
while（（East_time!
=3）&&（key!
=3））//倒计时至3秒或按下切换按键，退出while
{
Display（East_time,North_time）;//数码管显示
key=key_read（）;//按键读取
}
if（key==3）
{
key=0;East_time=0;//东西倒计时立刻清零
Tab=3;//按下切换按键，直接跳到状态3
}
break;
}
case2:
//红绿灯状态2
{
state2（）;Tab=3;//切换至下一红绿灯状态
while（（East_time!
=0）&&（key!
=3））//倒计时至0秒或按下切换按键，退出while
{
Display（East_time,North_time）;
key=key_read（）;
DXD_Yellow=~DXD_Yellow;
}
if（key==3）
{
key=0;Tab=3;//按下切换按键，直接跳到状态3
East_time=0;//东西倒计时立刻清零
}
break;
}
case3:
//红绿灯状态3
{
North_time=North_TimeNum;Tab=4;//切换至下一红绿灯状态
state3（）;
while（（North_time!
=3）&&（key!
=3））
{
Display（East_time,North_time）;
key=key_read（）;
}
if（key==3）
{
key=0;Tab=1;North_time=0;
}
break;
}
case4:
//红绿灯状态4
{
state4（）;Tab=1;//切换至下一红绿灯状态
while（（North_time!
=0）&&（key!
=3））
{
Display（East_time,North_time）;
key=key_read（）;
NBD_Yellow=~NBD_Yellow;
}
if（key==3）
{
key=0;Tab=1;North_time=0;
}
break;
}
}
}
}
voidTimer_0（）interrupt1
{
T0_Count++;
TH0=（65536-50000）/256;//每50ms进入一次中断函数
TL0=（65536-50000）%256;
if（T0_Count==20）//定时20*50ms=1S
{
T0_Count=0;//清零重新计时
if（East_time==0）
East_time=0;
else
East_time--;//东西方向按秒间隔倒计时
if（North_time==0）
North_time=0;
else
North_time--;//南北方向按秒间隔倒计时
}
}
五、仿真过程与仿真结果
运用ISIS7Professional仿真软件进行程序仿真，按程序要求设置好程序仿真图（图3-1所示），把KeiluVision4生成交通灯程序的.hex文件捎入仿真图中，运行结果如下：
图5-1东西方向通行时间设置
通加减按键来控制东西方向通行时间，时间设置好后按下确定键切换至下一个状态。
图5-2南北方向通行时间设置
通加减按键来控制南北方向通行时间，时间设置好后按下确定键切换至下一个状态。
图5-3红绿灯正常工作状态
交通灯进入正常工作状态，按下确定键紧急切换红绿灯状态
图5-4红绿灯紧急切换
六、安装与调试
将所设计的程序写入keil4的工程中，编写好程序且检测无误后，点击编译（project/rebuildalltargetfiles）生成.Hex文件。
通过PZ-ISP软件（图6-1所示）将.hex文件下载到AT89C51单片机。
检测与调试交通灯运行状况。
由于电路板焊接问题，硬件功能无法实现，切换到开发板上进行功能测试。
图6-1PZ-ISP程序下载软件
操作1：
将hex文件捎入单片机后，交通灯便进入东西方向计时设定状态，通过按键的加减来改变东西通行时间（图6-2所示），设定好时间后按确定键，进入操作2。
图6-2程序的初始状况以及东西通行时间的调试
操作2：
交通灯进入南北方向计时设定状态后，通过按键的加减来改变南北通行时间（图6-3所示），设定好时间后按确定键，进入操作2。
图6-3状态切换至南北通行时间的调试
操作3：
交通灯各个方向计时设定好后进入工作状态，通过确定按键，来紧急切换红绿灯状态。
再次按下确定键，便进入操作1状态。
图6-4交通灯的工作状态以及红绿灯状态的紧急切换
经安装与调试后得，所设计的程序符合交通灯的设计要求。
硬件实物图
七、结论与心得
结论：
虽然所设计的交通灯符合本次实训的所有有要求，但还是有很多不足之处，要把我所设计的交通灯与实际中的交通灯相比还是有很多缺陷的，比如缺少各个方向左拐通行的指示功能，缺少人行横道的交通指示功能。
针对上述不足之处，在今后的学习中会不断的加以完善。
心得：
通过本次实训使我明白了，单片机实训跟单片机实验完全不同，自身的不足之处在这次实训中都一一暴露出来了，对于单片机的了解还是不够的，完全只停留在表面，对于单片机深层次的知识掌握的不够，无法很灵活的使用单片机的各个语句，这些不足之处在实训的操作下和老师的考察下都显露无疑。
在今后的学习中我定会加强对单片机的理论与实际操作的学习，对于自身不足之处定会加以改正。
八、参考文献
[1]阎石《数字电子技术基础（第三版）》,北京：
高等教育出版社，1989。
[2]苏家健，曹柏荣，汪志锋.《单片机原理及应用技术》.北京：
高等教育出社，
2004.
[3]《单片机原理及应用》张毅刚,高等教育出版社。
[4]《单片机实验教程》彭冬明、韦友春,北京理工大学出版社。
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