单片机交通灯课程设计报告.docx

1、单片机交通灯课程设计报告1.课程设计题目意义 2.设计题目，具体技术要求及功能 2.1.设计思路 2.2设计目的 2.3.设计任务和内容 3.方案比较、设计与论证 3.1总体设计方案 3.2.芯片简介 4.可行性分析 4.1技术可行性 4.2.经济可行性 4.3.操作可行性 5.硬件电路计 5.1完整的电路原理图 5.2元器件说明 6.软件设计 6.1程序主要功能 6.2程序流程图 6.3子程序流程图 6.4中断程序流程图 6.5汇编源程序代码 6.6仿真调试现象及结果 7.设计总结 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

2、现，使交通得以有效管制，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。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，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。本系统采用单片机C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示。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、复位电路等几大部分组成。系统具有基本的交通灯功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软

3、件上采用C51编程，主要编写了主程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。一课程设计题目意义当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现

4、在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协

5、定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。二设计题目，具体技术要求及功能通过本小组成员一致决定，本次实验的题目定为交通灯信号控制系统。设计交通灯的基本要求 ： 设计一个交通灯，要应用89C51实验系统。设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东

6、西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。要求交通灯按照表1进行显示和定时切换。 2.1设计思路利用单片机的工作原理设计一个十字路口交通信号灯，要求东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，当东西方向亮绿灯时，南北方向红灯亮起：反之，如果南北方向亮绿灯，同时东西方向亮绿灯；绿灯亮时车辆行驶，红灯亮时车辆停止。即在同一时间内保证只有两个对应方向的车辆可以行驶。2.2设计目的（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，

7、并在实践中锻炼。（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。（5）提高实践动手能力。（6）便于十字路口交通管理2.3设计任务和内容设计任务单片机采用用C51芯片，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯（东西路口红灯50秒，东西路口绿灯45秒，南北路口红灯50秒，南北路口绿灯45秒，黄灯时间5秒）。设计内容具体内容：利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭。要求能用按键设置两个方向的通行信号灯颜色和暂缓通行时所亮的黄灯显示，系统的工作符合一般交通灯控制要求。 (1) 硬件设计：1）单片机选用8051系列单片机，但其内部带有4KB的程序存储器ROM，设计时无需外

8、接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。 2）键盘系统：设置3个程序按键：设置键、增加键、减少键，因键盘使用频率很小，建议采用查询方式来读取键盘。另需配置一个非程序按键：系统复位键。3）电源供电系统：本系统采用220V电源供电，应设计相应的稳压电源电路。但课程设计受时间限制，也可采用现成的5V直流稳压电源供电，这样可以节约设计时间、简化设计过程。 (2) 本系统的工作流程： 1）接通电源时或系统复位后，系统按程序给定的时间工作，即南北向通45秒，东西向通行45秒，黄灯亮5秒，工作模式如表1.1所示。首先南北向通行，然后东西向通行，如此循环。 2）通行交通灯的设置：当需要更改主、次干道的通行交

9、通灯时，可以用“设置键、增加键、减少键”进行设置。 第一次按“设置键”时，南北向的绿灯亮，其余的信号指示灯熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向的通行信号灯。 第二次按“设置键”时，南北向的黄灯亮，其余的信号指示灯熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向信号灯。 第三次按“设置键”时，东西向的绿灯亮，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向的信号灯 第四次按“设置键”时，东西向的黄灯亮，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向信号灯。 第五次按“设置键”时，系统退出设置状态，回到交通信号灯状态，并且南北向先通行，东西向后通行。“设置键”的功能如表1.2所示。设置键

10、的功能按“设置键”的次数 第一次第二次第三次第四次第五次调整内容 南北向的绿灯点亮时间=南北向的黄灯点亮时间东西向的绿灯点亮时间东西向的黄灯点亮时间恢复交通灯工作状态调整范围 045秒05秒045秒05秒060秒 (3) 软件设计： 1）系统资源分配：为了便于程序的设计、阅读及修改，需要先对系统的存储器资源进行分配和说明。 2）软件模块：根据上述工作流程和设计要求，软件设计可以分为以下几个功能模块： 主程序：初始化及键盘监控。 显示程序模块：完成12个发光二极管（实际上只需驱动6个）的显示驱动。键盘扫描程序模块：判断是否有键按下，并求取键号。键处理程序模块：分别是“设置键”“增加键”“减少键”

11、的处理子程序。三 方案比较、设计与论证3.1总体设计方案参照二中概述3.1.1电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。此方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。3.1.2复位方案复位方式有两种：按键复位与软件复位。由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。3.1.3输入方案方案一：采用8051扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有ROM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二： 直接在IO口线上接

12、上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用2个按键，分别是K1、K2。由于该系统只对交通灯控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二3.1.4显示界面方案 该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案：方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：采用数码管与点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态

13、灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。设计方框图整个设计以8051单片机为核心，由数码管显示，复位电路组成。硬件模块入图2-1。3.1.5交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案如表2。45S5S45S5S东西道

14、红灯亮红灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮表2说明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为45秒。（2）黄灯5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为45秒。 （4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。3.2.芯片简介8051单片机简介其引DIP封装的脚图如下：主要性能 MCS-51单片机是在一块芯片中集中了CPU,RAM,ROM,定时器/计数器和多功能I/O接口等计算机所需

15、要的基本功能部件。具体包括一个8位CPU;4KB ROM或EPROM(8031无ROM); 128字节RAM数据存储器； 21个特殊功能寄存器SFR;4个8位并行I/O接口，其中P0,P2为地址/数据总线，可寻址64KB的RAM和64KB的ROM;一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构；两个16位定时器/计数器；一个片内振荡器和时钟电路。功能特性描述 MSC-51系列的单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装，其引脚功能如下：P0.0P0.7统称P0口。在不接片外存储器或扩展I/O接口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或

16、扩展I/O接口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0和P1.1还有第二功能，P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口使用。在接有外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256KB时，P2口用作高8位地址总线。 P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O接口使用外，P3口还可以将每一位用于第二功能，且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能的输入/输出。具体P

17、3口各个引脚的具体功能如下：P3.0：RXD,串行口输入端。P3.1:RXD,串行口输出端。P3.2:-INT0,外部中断0请求输入端，低电平有效。P3.3:-INT1,外部中断1请求输出端，低电平有效。P3.4:T0,定时器/计数器0计数脉冲输入端。P3.5:T1,定时器/计数器1计数脉冲输出端。P3.6:-WR,外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效。P3.7:-RD,外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效。相关控制线功能：（1） ALE/-PROG(30脚)地址所存有效信号输出端。（2） -PSEN(29脚)片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。（3） RST/Vpd(9脚

18、)RST即为RESET,Vpd为备用电源。（4） -EA/Vpp(31脚)-EA为片外程序存储器选通端。四 可行性分析4.1.技术可行性 技术可行性主要考虑的是使用现有的技术，能否能在预定的时间内实现该系统的功能；所选择的技术是否先进，合理；在开发过程中存在哪些技术难点，能否克服；参与开发系统的成员所能达到的技术水平；所实现系统能否满足性能要求等。就本小组所开发的交通灯控制系统来说，本系统主要采用了LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。1体积小LED基本上是一块很小的晶片被装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常的轻。2耗电量低LED耗电非常低，一般来说LED的

19、工作电压是2-3.6v，工作电流是0.02-0.03a。这就是说：它消耗的电能不超0.1w；但是它的照明亮度是传统光源十多倍。3使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时以上。4.2经济可行性经济可行性主要包括：“成本-效益”分析和“短期-长期利益”分析。“成本-效益”是估算软件开发成本，系统交付后的运行维护成本及效益，确定系统的经济效益是否能超过各项花费。“短期-长期利益”是分析该软件的短期和长远利益，估算系统的整体经济效益是否满足要求。 本小组所开发的单片机模拟交通灯控制系统是在所有项目中相对比较简单的系统之一，所运用的技术含量相对较低，实验设备也相对较少，主要运用了8

20、051实验箱，LED发光二极管，复位系统设备及电源灯，相对成本较低，而系统一旦开发出来，应用也比较广泛，也就是说“成本-效益”比较完美。系统可在短期内完成，相对于其他较大系统的开发来说，开发时间比较短，而应用时长久的，大部分都市的交通都不能少了交通灯的工作。因此，在“短期-长期利益”也是可行的。4.3.操作可行性操作可行性主要是分析系的运行方式，操作规程在用户组织内是否可以有效，顺利实施等问题。本小组成员所开发的模拟交通灯控制系统是应用比较普遍的控制系统，在大都市繁忙的街道交通中都少不了的。因此，只要系统开发出来后，在各方面都核查并调试无误后，便可以投入使用。系统操作简单方便，便于学习掌握。在

21、操作上的可行性是相对较高的。五硬件电路设计5.1.完整的电路原理图5.2.元器件说明本次实验我们主要运用的8051单片机P1口、P3口，LED发光二级管，复位系统等硬件设备。P1口、P3口是用来连接数码管显示灯，用来输入或输出交通灯信号，LED发光二极管是用来显示交通灯信号的，让过往车辆明白是停止还是行驶。复位系统是用来恢复系统的。六软件设计 在应用系统设计中，软件工作最大，好的软件，应保证程序的正确性，可靠地实现系统各种功能外，还要具有以下特点：（1） 软件结构清晰，流程合理，简捷。（2） 各功能程序实现模块化，子程序化，以便调试速度连接，修正，移植。（3） 运动状态实现标志化，设置状态标志

22、以便查询式进行程序移植，运行控制。（4） 应有一定的自诊断能力，抗干扰能力强。6.1程序主要功能6.2程序流程图6.3子程序流程图6.4中断程序流程图6.5汇编源程序代码6.6仿真调试现象及结果 七设计总结7.1.参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.2005年10月2.蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作3.楼然苗.单片机课程设计指导4.赵广林.电路设计与制版5.7.2.结束语通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步。本次课

23、程设计的过程是艰辛的，不过收获却是很大的。在设计过程中，会出现了一些问题，但都是常见的小问题，如：代码中双引号的使用并不是在英语书写状态下，输入字母出错等，在调试时出现异常，不过这些都是经常性错误，经过调试修改都一一解决，程序顺利完成，并实现了其功能。综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识。在此，由于自身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速，红绿灯规则不效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善。当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完