基于89c51單片機(jī)交通燈課程設(shè)計

1、<p><b>　　基于C51單片機(jī)</b></p><p>　　交通燈課程設(shè)計實驗報告</p><p>　　2013年1月16日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢

2、測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，正在不斷的應(yīng)用到實際生活中，并且根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。</p><p>　　十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)STC89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了通過信號燈對路面狀況的智能控

3、制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時間不合理、急車強(qiáng)通等問題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通燈 單片機(jī) 數(shù)碼管</p><p><b>　　一 .總體設(shè)計思路</b></p><p>　　1.1設(shè)計目的及思路</p><p&

4、gt;<b>　　設(shè)計目的</b></p><p>　　了解交通燈管理的基本工作原理，熟練掌握STC89C51的工作原理和應(yīng)用編程，熟悉STC89C51單片機(jī)并行接口的各種工作方式和應(yīng)用，并了解計數(shù)器/定時器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法，掌握多位LED顯示問題的解決。</p><p><b>　　設(shè)計思路</b></p>&l

5、t;p>　?。?）分析目前交通路口的基本控制技術(shù)，提出自己的交通控制的初步方案。</p><p>　　（2）確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，增加了倒計時顯示提示。</p><p>　?。?）進(jìn)行顯示電路。</p><p>　?。?）進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　1.2 實際交通燈顯示時序及狀態(tài)轉(zhuǎn)換的理論分析</p>

6、<p>　　圖1所示為紅綠燈轉(zhuǎn)換的狀態(tài)圖。</p><p>　　圖1 紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　表1 十字路口指示燈燃亮方案</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　?。?）當(dāng)東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為

7、60秒。 </p><p>　　（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 </p><p>　?。?）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。 時間為80秒。 東西方向車流大 通行時間長。 </p><p>　　（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的

8、通行。 </p><p>　　（5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。</p><p>　　共四種狀態(tài)，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行如下圖所示：</p><p>　　程序就是在上述四種狀態(tài)下循環(huán)轉(zhuǎn)化的。一個周期四個狀態(tài)，在正常模式下共花費(fèi)1分10秒。</p><p><b>　　二.具

9、體設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1方案要求：</b></p><p>　　本設(shè)計要求與交通信號實際控制一致，采用LED模擬信號燈，信號燈分東西、南北二組，分別有紅、黃、綠三色。其工作狀態(tài)由程序控制，啟動、停止按鈕分別控制信號燈的啟動與停止。白天/黑夜轉(zhuǎn)換開關(guān)可對信號進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換。并且要求能用兩位數(shù)碼管（或者一位數(shù)碼管）來顯示紅燈或者綠燈

10、等待的時間，在黃燈的時候數(shù)碼管不顯示。信號燈的控制要求如下：</p><p>　?、偶僭O(shè)東西方向交通繁忙為主干道，車流量為南北交通的兩倍。因此東西方向的綠燈通行時間為是南北方向上的兩倍。</p><p>　?、崎_始時東西方向綠燈先亮，南北為紅燈。</p><p>　　⑶按下啟動按鈕開始工作，，按下停止按鈕，停止工作。白天/黑夜轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合時為黑夜工作狀態(tài)，這時只有黃

11、燈來回閃爍，斷開為白天工作狀態(tài)。白天工作狀態(tài)要求：東西方向綠燈亮40s，然后黃燈閃三下（1下/秒，共5秒），然后紅燈亮20s，而南北方向為紅燈亮40s然后綠燈亮20s，然后黃燈也閃三下；如此周期循環(huán)下去。</p><p><b>　　示意圖</b></p><p><b>　　2.2方案分析</b></p><p>　　根

12、據(jù)十字路口交通燈的要求，可將本系統(tǒng)分為三個模塊，第一模塊是控制模塊，主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，從而使各模塊正常工作，第二個模塊式顯示模塊包括LED燈和數(shù)碼管；第三是電源模塊，給各模塊提供電源，讓各模塊工作。其系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖：</p><p>　　2.3 89C51單片機(jī)引腳功能說明</p><p>　　89C51外部引腳圖：（可以直接拷入ASM程序文件中，作注釋使用，十分方便）&#

13、160;                             ┏━┓┏━┓        

14、     P1.0        ┫1 ┗┛40┣        Vcc              P1.1   &

15、#160;    ┫2       39┣        P0.0     </p><p>　　P1.2        ┫3 

16、;      38┣        P0.1                 P1.3      

17、0; ┫4       37┣        P0.2                 P1.4    &

18、#160;   ┫5       36┣        P0.3                P1.5   

19、60;    ┫6       35┣        P0.4                P1.6   

20、;     ┫7       34┣        P0.5                P1.7  &

21、#160;     ┫8       33┣        P0.6             RST/Vpd     

22、;┫9       32┣        P0.7         RXD P3.0         ┫10   &#

23、160; 31┣        -EA/Vpp（內(nèi)1/外0 程序地址選擇）    TXD P3.1         ┫11     30┣      

24、0; ALE/-P （地址鎖存輸出） -INT0 P3.2      </p><p>　　第二功能：加+5V備用電源，可以實現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。          ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。</p><p&g

25、t;　　第二功能：編程脈沖輸入。          -PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。          -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。</p><p>　　第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。&l

26、t;/p><p>　　2.4單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　時鐘電路</b></p><p><b>　　圖7. 時鐘電路</b></p><p>　　XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方

27、式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大

28、器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。</p><p><b>　　復(fù)位電路</b><

29、/p><p>　　在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪

30、聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。</p><p>　　常用的復(fù)位電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖8. 復(fù)位電路圖</b></p&g

31、t;<p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有： 發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED數(shù)碼管是現(xiàn)在最常用的顯示器之一。發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯

32、示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。本系統(tǒng)采用的是兩位共陰極數(shù)碼管</p><p><b>　　三．電路圖和程序</b></p><p>　　圖10. 交通燈電路圖</p>

33、;<p><b>　　具體程序：</b></p><p>　　#include <REG51.H></p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uint num,shi,

34、ge;</p><p>　　sbit red=P1^0;</p><p>　　sbit yel=P1^1;</p><p>　　sbit gre=P1^2; </p><p>　　void delay()</p><p><b>　　{ </b></p><p>&l

35、t;b>　　uint a;</b></p><p>　　for(a=500;a>0;a--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar code arry_duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p

36、><p>　　void initial()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p&

37、gt;<b>　　TH0=0x4c;</b></p><p><b>　　TL0=0xd0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(int Y)</p><p><b>　　{</b></p&g

38、t;<p><b>　　shi=Y/10;</b></p><p><b>　　ge=Y%10;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　while(shi|ge!=0)</p><p><b>　　{</b&

39、gt;</p><p><b>　　P2=0xfe;</b></p><p>　　P3=arry_duan[shi];</p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　P2=0xfd;</b></p><p>　　P3=

40、arry_duan[ge];</p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

41、　　void timer0() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0x4c;</b></p><p><b>　　TL0=0xd0;</b></p><p><b>　　num++;</b>

42、</p><p>　　if(num==20)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　num=0;</b></p><p><b>　　ge--;</b></p><p>　　if(ge==-1)</p><

43、;p><b>　　{</b></p><p><b>　　ge=9;</b></p><p><b>　　shi--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

44、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　initial();</p><p><b>　　while(1)</b></p>&l

45、t;p><b>　　{</b></p><p><b>　　red=0;</b></p><p><b>　　yel=0;</b></p><p><b>　　gre=1;</b></p><p>　　display(40);</p>

46、<p><b>　　red=0;</b></p><p><b>　　yel=1;</b></p><p><b>　　gre=0;</b></p><p>　　display(3);</p><p><b>　　red=1;</b></p

47、><p><b>　　yel=0;</b></p><p><b>　　gre=0;</b></p><p>　　display(20);</p><p><b>　　red=0;</b></p><p><b>　　yel=1;</b>

48、;</p><p><b>　　gre=0;</b></p><p>　　display(3);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　程序編譯和.hex文件創(chuàng)建截圖</p>&

49、lt;p><b>　　仿真截圖</b></p><p><b>　　四．實驗心得體會</b></p><p>　　通過本次試驗我復(fù)習(xí)了單片機(jī)程序的編寫，電路的連接以及程序的調(diào)試仿真，更加深刻的感受到了單片機(jī)的強(qiáng)大功能，通過實驗也加強(qiáng)了動手操作的能力，和同學(xué)一起更加懂得了相互合作的重要性，以后我會更加努力的把本專業(yè)知識學(xué)好學(xué)精，爭取為國家做到

50、屬于自己應(yīng)做的奉獻(xiàn)。</p><p>　　五．課程設(shè)計參考資料</p><p>　　1．《電子系統(tǒng)綜合設(shè)計》 郭勇 北京大學(xué)出版社</p><p>　　2．《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 閻石 高教出版社</p><p>　　3．《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 童詩白 高教出版社</p><p>　　4. 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 張毅