交通灯课设单片机proteus软件课程设计教材.docx
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交通灯课设单片机proteus软件课程设计教材
课程设计
课程名称：
单片机原理及应用
课目：
交通信号灯设计
学院：
专业：
姓名：
班级：
学号：
指导教师：
2013年6月17日
目录
一、第1章概述3
1、设计背景3
2、设计要求3
二、整体设计原理4
1、设计原理4
2、硬件电路分析5
三、硬件电路6
1、晶振电路6
2、硬件电路6
四、软件设计7
1、主程序设计7
2、程序代码分析8
3、元件清单11
五、测试12
1、Proteus简介12
2、仿真调试13
六、总结（心得体会）19
七、附录20
1、参考文献20
2、程序代码20
一、概述
1、设计背景
在日常生活中，交通灯作为管理交通、调协车辆的一个便捷的手段，起着很大的作用。
各种交通工具、行人都要根据交通灯的变化来决定是否前行，通行的时间的规定协调了它们的步伐，极大的减少了由于交通混乱引起的各种事故的发生。
因此，一个完善的交通系统中，交通灯是必不可少的设备，一个完善的交通灯程序会更有效的管理当前道路中出现的实际情况，使车辆、行人的行进变得更顺畅、更和谐。
随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。
如何利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个课题。
目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯加上一个倒计时的显示器来控制行车。
在老师给出的几个课题中，我认为交通灯的课题更加贴近我们的生活，而且相对其他几个课题，这个交通灯主要运用的是中断程序，我相对来说比较熟悉，所以选择了这个交通灯的课题
2、设计要求
（1）设计目的
随着单片机应用的日益广泛，在校学生加强对单片机动手实践能力的培养，已经是非常重要的一项锻炼。
课程设计就是为加强实践机会、培养学生动手能力的一个重要环节，将理论知识与实际联系起来的一个关键机会。
（2）设计任务
①设计四组十字路口的红、绿、兰三色交通灯，并模拟交通灯的现场情形，控制交通灯的亮灭。
②设计四组LED显示器，分别倒计时显示十字路口每个方向的红灯或绿灯的剩余时间。
③可适当根据实际需要增加扩展功能。
④利用PROTEUS软件画出电路图，根据以上功能编写软件，并在硬件电路上成功运行或仿真。
2、整体设计原理
1、设计原理
（1）实际交通灯的变化规律
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，只包括东西直行和南北直行，原理较为简单，图1.1是十字楼口的模拟图。
图2.1十字路口
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。
一段时间后，又循环至初始状态。
（2）交通信号灯的状态
下表即为交通灯的状态表，高电平有效，1表示灯亮，0表示灯灭。
总共包含初始化东西绿灯南北红灯，东西黄灯南北红灯，以及南北红绿东西红灯和南北黄灯东西红灯四种状态情况。
首先初始状态东西绿灯亮，然后依次是东西黄灯亮，南北绿灯亮，南北亮，然后照此循环。
表2.2交通灯信号状态表
状态
北
西
南
东
绿黄红
绿黄红
绿黄红
绿黄红
1
001
100
001
100
2
001
010
001
010
3
100
001
100
001
4
010
001
010
001
注：
1代表灯亮，0代表灯灭
（3）单片机接口分析：
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。
2、硬件电路分析
（1）P1口：
做为输出口，接发光二极管，其状态及对应的十六进制值如下图。
（2）发光二极管用来显示灯亮情况。
表2.1即是发光二极管显示接口及原理。
总共12个发光二极管，由于东西方向和南北方向的亮灯情况分别相同，故12个发光二极管只需要用到六个控制端就可以了，本系统中使用p1.0、p1.1、p1.2控制东西方向；p1.3、p1.4、p1.5控制南北方向。
表2.3发光二极管接口显示原理
方向
状态
无
南北
东西
十六进制值
说明
P1.7P1.6
P1.5P1.4P1.3
P1.2P1.1P1.0
1
00
101
110
2EH
东西绿南北红
2
00
101
011
2BH
东西黄南北红
3
00
110
101
35H
东西红南北绿
4
00
011
101
1DH
东西红南北黄
5
00
011
011
1BH
东南西北全黄
三、硬件电路
1、晶振电路
晶振是晶体振荡的简称，实为单片机提供额定频率的器件，如果没有晶振，单片机将不能工作。
2、硬件电路
图3.1即为本次课程设计的硬件电路图，图中标明有东南西北四个方向，表示四个路口，每个路口有三个灯，分别为绿灯、黄灯、红灯。
每个路口还有两个数码显示管，用于显示还剩下的通行时间或者等待时间。
中间部门为控制系统80C51单片机，其中包括晶振和复位电路。
图3.1硬件电路图
四、软件设计
1、主程序设计
N
Y
5秒到了吗？
将时间送显
东西红南北黄
25秒到了吗？
Y
N
将时间送显
东西红南北绿
N
Y
5秒到了吗？
将时间送显
东西黄南北红
Y
N
25秒到了吗？
延时并将时间送显
初始化，东西绿南北红
开始
图4.1为本系统的程序流程图，初始化东西亮绿灯，南北亮红灯，系统自动判断是否已达预定时间，然后是东西亮黄灯，接着南北亮绿灯，东西亮红灯，最后南北亮黄灯，依次循环。
2、程序代码分析
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。
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。
主程序分析：
ORG0000H
MAIN:
MOVTMOD,#01H;工作方式1
MOVTL0,#0B0H;设置定时器初始值为06B0H
MOVTH0,#06H
SETBEA;对中断允许标志位置1
SETBET0
SETBTR0
MOVP0,#00H;初始化P0，P1，P2口,此处P0口为00H
MOVP2,#0FFH
MOVP1,#0FFH
这一段代码是对定时器进行中断方式的定义工作于工作方式一，对P0、P1、P2口进行初始化。
但是这里不是定义一秒，而是定义了62.8ms.下面有另外的程序将定时时间延长。
LOOP0:
MOVP1,#2EH;东西通行南北禁止通行
CLRP2.2
JNBP3.4,LOOP5
MOVR0,#25;25秒绿灯
MOVR1,#30;30秒红灯
L1:
MOVR2,#14H
对定时器时间进行延长，延长到接近于1s。
25秒绿灯，30秒红灯
LOOP1:
LCALLDIS
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#06H
CLRTF0
DJNZR2,LOOP1
DECR0;减1循环操作
DECR1
JNBP3.4,LOOP5
CJNER0,#00H,L1
MOVP1,#2BH;
MOVR0,#05
红绿灯分别对应的输出十六进制：
2EH东西绿南北红
2BH东西黄南北红
35H东西红南北绿
1DH东西红南北黄
1BH东南西北全黄
LL2:
LJMPMAIN
DIS:
MOVDPTR,#TAB
MOVA,R0
MOVB,#10
DIVAB;得出数码管的十进制高位
MOVCA,@A+DPTR
SETBP2.1
MOVP0,#0FEH
CLRP2.1
SETBP2.0
MOVP0,A
LCALLD1MS
CLRP2.0
SETBP2.1
MOVP0,#0FDH
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.1
SETBP2.0
MOVP0,A
LCALLD1MS
MOVA,R1
MOVB,#10
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.0
SETBP2.1
MOVP0,#0FBH
CLRP2.1
SETBP2.0
MOVP0,A
LCALLD1MS
CLRP2.0
SETBP2.1
MOVP0,#0F7H
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
CLRP2.1
SETBP2.0
MOVP0,A
LCALLD1MS
JBTF0,L5
SJMPDIS
这一段程序是控制数码管的显示，把二进制码转换成十进制，并用DIV命令分别得到数码管的高位和地位显示。
3、元件清单：
名称
件数
参数
选择理由
电阻
8
10K
限流，以免烧坏数码管
发光二极管
12
3色
便于仿真显示
AT89C51
1
4K闪存
低电压，高性能八位微处理器
七段显示数码管
8
常用数字显示，便于仿真
开关
3
特殊情况使用
排阻
2
50Ω
74HC373
2
锁存器，锁存信号
晶振
时钟脉冲信号
5、测试
1、Proteus简介
Proteus是一款labcenter出品的电路分析实物仿真图，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片软件仿真系统。
该软件具有以下特点：
（1）全部满足我们提出的单片机仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。
（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
（3）目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
（4）支持大量的存储器和外围芯片。
总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。
Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真，PBC设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统，此系统收益于15年来的持续开发，被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品—theroutetopcbcad.。
proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。
用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。
PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUSVSM：
便于包括所有相关器件的基于微处
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