【正文】 第一篇：單片機控制的交通燈控制系統(tǒng)設計摘要本設計是單片機控制的交通燈控制系統(tǒng)設計。由單片機系統(tǒng)、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)、鍵盤電路及其控制電路組成。該系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、緊急情況處理、調整通行時間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。十字路口的交通燈在工作時應具有如下特點：紅燈表示該條道路禁止通性；黃燈表示該條道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通性；綠燈亮表示該條道路允許通行。該系統(tǒng)使用12MHZ晶振與單片機AT89S52相連接,通過軟件編程的方法實現(xiàn)十字路口的交通燈控制，輸入裝置是鍵盤開關，用于控制交通燈的運行模式以及設置通行時間，顯示裝置是兩位的LED七段數(shù)碼管。該系統(tǒng)是由AT89S52單片機控制的，可以實現(xiàn)以下功能：（主干道）車道和東西方向（支干道）兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設為30秒、支干道每次通行間為20秒，時間可設置修改。，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道。，要求每秒閃亮一次。、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。（實驗時用開關 K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈。關鍵字：AT89S52單片機，交通燈，LED顯示，鍵盤開關電路。目 錄1概述………………………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………32 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 ……………………………………………… 設計原理…………………………………………………………… 各功能模塊設計…………………………………………………… ………………………………………… ……………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………… LED顯示模塊 ………………………………………………… …………………………………………………83 軟件設計 ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… LED的編程………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………144 Proreus仿真 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………205課程設計體會 ……………………………………………………………22參考文獻……………………………………………………………………23附1：源程序代碼 …………………………………………………………24附2：系統(tǒng)原理圖 …………………………………………………………32概述 設計背景人們越來越關注城市交通問題，而交通燈在安全行車過程中起十分重要的作用, 現(xiàn)在交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈, 加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車, 對于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著作用, 但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況, 主要有如下幾個缺點:車道讓車輪流放行時間相同且固定, 在十字路口, 經(jīng)常出現(xiàn)有些車道車輛較多, 放行時間應該長些。而有些車道車輛較少,放行時間應短些。沒有考慮緊急車通過時, 兩車道應采取的措施, 譬如, 有消防車通過執(zhí)行緊急任務時, 兩車道的車都應停止, 讓緊急車輛通過。根據(jù)行車過程中出現(xiàn)的實際情況, 如何合理高效地利用交通燈指示交通情況，這是一個迫切需要解決的問題。 設計目的。，控制方法。，掌握以單片機核心的電路設計的基本方法和技術。，逐步掌握模塊化程序設計方法和調試技術。，為今后從事相關事業(yè)打下基礎。 設計要求，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設為30秒、支干道每次通行時間為20秒，時間可設置修改。，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；，要求每秒閃亮一次。、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。（實驗時用開關 K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈。系統(tǒng)總體方案及硬件設計 設計原理本設計使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可以隨時更新系統(tǒng)，根據(jù)道路情況適時調整交通燈的狀態(tài)，全面有效地利用交通燈指示交通情況。該設計是以單片機AT89S52為核心完成的,在硬件電路中采用P1口點亮交通指示燈，采用P0口和P2口作為2位LED數(shù)碼管的驅動接口，可顯示各個方向的交通燈的持續(xù)時間，單片機外圍接有按鍵開關電路，可以響應外部中斷及鍵盤程序，實現(xiàn)緊急情況處理、調整交通燈的點亮時間等功能。芯片選用AT89C51 單片機，電路由下列部分組成：時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、交通燈演示電路、LED顯示電路。 各功能模塊設計 單片機AT89S52介紹AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS型 8位單片機，片內含8KB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。AT89S52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。引腳使用說明：I/O端口的編程實際上就是根據(jù)應用電路的具體功能和要求對I/O寄存器進行編程。具體步驟如下：，選擇要使用哪些I/O端口。，應避免端口作為輸出時的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作。，確定PO端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。對于用作輸入的端口可以不考慮方向初始化，因為PO的復位缺省值為輸入。，需上拉電阻。(寫數(shù)據(jù)輸出寄存器)和輸入(讀端口)編程，完成對外圍電路的相應功能。幾個特殊管腳：XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。RST： 復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平。 總體方案 此交通燈系統(tǒng)位于一個十字路口，此路口為東南西北走向。南北方向為主干道，東西方向為支干道。各干道有一組紅、綠、黃三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。此交通燈系統(tǒng)工作過程分為4個狀態(tài)。狀態(tài)0南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。過25秒后轉為狀態(tài)1，南北方向綠燈滅，黃燈每秒閃亮一次，東西方向還是紅燈亮。歷時5秒鐘再轉為狀態(tài)2，南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。過15秒后轉為狀態(tài)3，南北方向還是紅燈亮，東西方向綠燈滅，黃燈每秒閃亮一次。歷時5秒鐘又循環(huán)至狀態(tài)0。交通燈的狀態(tài)表如下：狀態(tài)（時間）主干道—SN 紅—R 0 1 2 3 0 0 1 1綠—G 1 0 0 0黃—Y 0 1/0 0 0表01 交通燈的狀態(tài)表注：1：SN：南北方向。WE：東西方向。2：狀態(tài)：0：熄。1：亮。1/0：閃。 時鐘電路模塊時鐘電路模塊給單片機提供特定的時鐘周期，以備單片機工作使用。單片機的機器周期有6MHz和12MHz的兩種。這里采用的是12MHZ的晶振，以給單片機提供12MHz的機器周期。另外有兩個30P的電容，兩晶振引腳分別連到XTAL1和XTAL2振蕩脈沖輸入引腳。其電路圖如圖02所示：支干道—WE 紅—R 1 1 0 0綠—G 0 0 1 0黃—Y 0 0 0 1/0圖02 時鐘電路模塊 復位電路模塊單片機系統(tǒng)的復位電路采用的是上電+按鈕復位電路形式，其中電阻R采用10KΩ的阻值，電容采用電容值為10μF的電解電容。其具體連接電路如圖03所示：圖03 復位電路模塊 交通燈演示模塊此交通燈演示模塊由單片機的P1口作信號輸出端來控制12個交通燈的亮滅，交通燈采用的是發(fā)光二極管。因為單片機的輸出電流非常小，為了使發(fā)光二極管能夠發(fā)光或者更亮，二極管采用共陽極接法。即陽極通過470Ω電阻接+5V直流電源，陰極接單片機P1口。同時南北方向同色燈連同上拉電阻一起并聯(lián)，東西方向也是一樣，以保證同一干道上的同色燈同時點亮或熄滅，并且流過二極管的電流不會因并聯(lián)而減半。其具體連接電路如圖04所示:圖04交通燈演示電路 LED顯示模塊 由于同一干道上的兩個方向的紅燈，綠燈，黃燈點亮時間相同，所以南北方向只需一個數(shù)碼管顯示相應的時間即可，同理東西方向也只需一個。本次交通燈設計采用兩位一體的共陰極數(shù)碼管來顯示相應的時間。由單片機的P0口輸出字型碼，~。位選端接LED的共陰極，故低電位有效。因為單片機I/O口的驅動電流很小，一般只有幾個毫安。為了增加驅動能力，每個LED上都加上一個上拉電阻，接入+5V電源，本次設計采用的是排阻。當P0口輸出低電平時，LED不導通，上拉電阻電流灌進單片機，而當P0口輸出高電平時，LED導通。而且上拉電阻的電流也通過LED,這自然就增加了LED的發(fā)光亮度。其具體連接電路如圖05所示：圖05 LED顯示電路 鍵盤開關模塊此系統(tǒng)通過5個開關實現(xiàn)所有的要求，開關一端接地，另一端接單片機的P3口。K0接P3^7,當主干道有車而支干道無車時，按一下K0鍵，可以實現(xiàn)主干道通行。K1接P3^6,當支干道有車而主干道無車時，按一下K1鍵，可以實現(xiàn)支干道通行。K2接P3^3,利用中斷1的方式對緊急情況進行處理，即使東南西北四個方向都亮紅燈停車。K4接P3^2，利用中斷0的方式對各個干道的通行時間進行設置。在相應中斷0期間，K0，K1起調整時間的作用。每按一下K0，主干道通行時間加一，每按一下K0，主干道通行時間加一。K3接P3^5，按一下K3，可以使系統(tǒng)退出中斷，回到主程序。其具體連接電路如06圖示:圖06 鍵盤開關電路 軟件設計 系統(tǒng)流程圖(注：判斷框SN=0,WE=0處的Y，N位置標反了，讀者自己改正。) 系統(tǒng)軟件設計 本次單片機課程設計軟件部分利用C語言編程，采用模塊化程序設計。程序部分由主程序、定時器程序、T0/T1中斷服務程序、鍵盤掃描程序、交通燈點亮程序、LED數(shù)碼管掃描顯示程序和延時程序構成。 LED的編程本次交通燈設計采用兩位一體的共陰極數(shù)碼管來顯示相應的時間。數(shù)碼管為七段數(shù)碼管，由8個發(fā)光二極管構成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字09，字符AF、H、L、P、R、U、Y、符號“”及小數(shù)點“.”。本設計只需要顯示數(shù)字09，來表示相應的時間。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極連接在一起接位選端。兩個兩位一體的共陰極數(shù)碼管共有4個位選端，分別接在 P2^OP2^3，低電平有效。數(shù)碼管各個陽極管腳接各段的驅動電路輸出端，既P0口。P0^0接a,P0^1接b，……P0^6接g，P0^7接dp，高電平有效。本設計采用逐位掃描的方式實現(xiàn)相應時間的動態(tài)顯示。先將P2^1置低電平，P2^0、P2^P2^3置高電平，來選中南北方向數(shù)碼管的個位，此時P0口的數(shù)據(jù)接傳送給它顯示。經(jīng)延時一段時間，將P2^1置低電位選中南北方向數(shù)碼管的十位，此時P0口的數(shù)據(jù)接傳送給它顯示。再用同樣的方法依次驅動東西方向數(shù)碼管。通過不斷改變P0口、P2口的輸出，用循環(huán)掃描的方式，即可實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。LED動態(tài)顯示的流程圖如圖08：本次設計的交通燈演示模塊由單片機的P1口作信號輸出端來控制12個交通燈的亮滅。P1^1P1^6依次連接南北的紅燈、綠燈、黃燈,東西的紅燈、綠燈，黃燈。所以4種狀態(tài)依次為0x6A,0x66,0x5C,0x3C。當交通燈的剩余時間為零時，改變P1口的輸出，進而改變交通燈的點亮狀態(tài)。交通燈依次循環(huán)上面的4個狀態(tài)，就可以實現(xiàn)指揮交通的作用。 定時器程序本次設計用定時計數(shù)器T1，TMOD是定時計算器的工作方式控制寄存器，通過對該寄存器的操作可以改變T1的工作方式。T1有4種工作方式，由TMOD寄存器中間的MM0這兩位來決定。本次設計的定時計數(shù)器工作在工作方式1，MM0設定為01。定時計算器采用加1計數(shù)的方式，當接收到一個驅動事件時計數(shù)器加1。工作方式1的內部計數(shù)器寬度為16位，由TH1的8位和TL1的8位組成。當TL1溢出時將向TH1進位，當TH1溢出后會產(chǎn)生相應的溢出中斷。驅動事件之間的時間間隔即為定時計數(shù)器的定時寬度。在定時的工作方式下，定時寬度是單片機的機械周期，也是外部時鐘頻率的1/12。本次設計的外部時鐘頻率為12MHz。可知，接收106個驅動事件的時間為1s。定是1s的流程圖如圖09所示： 鍵盤程序為了實現(xiàn)設置通行時間、緊急情況處理、有車放行等功能，本次設計中有鍵盤電路。通行時間設置由外部中斷0實現(xiàn)，緊急情況由外部中斷1處理，有車放行是用普通的鍵盤程序實現(xiàn)的。按鍵實際是一種常用的按鈕，按鍵未按下時，鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按鍵按下時，兩個觸點閉合。按鍵是利用機械觸點來實現(xiàn)鍵的閉合和釋放，由于彈性作用的影響，機械觸點在閉合及斷開瞬間均有抖動過程，從而使鍵輸入也出現(xiàn)抖動。抖動時間一般為5—10ms。本次設計采用軟件的辦法消抖。在第一次檢測到有鍵按下時不動作，延時10ms，再次檢測按鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)，則確定真的有鍵按下。當按鍵釋放后，轉入按鍵的處理程序 延時程序如下： /*延時t毫秒*/ voi