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1、中州大學機電與汽車工程學院單片機課程設(shè)計報告 設(shè)計題目： 現(xiàn)代交通燈的設(shè)計 專業(yè)班級 學號 姓名 指導教師 - 0 -中州大學機電與汽車工程學院單片機課程設(shè)計報告目錄摘要.2概述.31、 系統(tǒng)方案設(shè)計.4 1.1、方案選擇.4 1.2、設(shè)計方案流程.4二、系統(tǒng)硬件設(shè)計.5 2.1、各組成部分電路設(shè)計.5 2.2、路口指示燈部分.6 2.3、定時器1工作方式.6 2.4、AT89S51單片機.6 2.5、單片機管腳介紹.7 2.6、工作方式介紹.9 2.7、定時/計數(shù)器介紹.9 2.8、尋址方式介紹.93、 系統(tǒng)軟件設(shè)計.9總結(jié).11致謝.12參考文獻.13附件.14- 0 - 15 -中州大學

2、機電與汽車工程學院單片機課程設(shè)計報告摘要本設(shè)計是交通信號燈控制系統(tǒng)，隨著社會的不斷的進步，社會的不斷發(fā)展。交通也日漸復雜，交通的自動化也不斷更新，交通的一些指揮系統(tǒng)光靠人來完成是遠遠不夠的，這就需要設(shè)計各種交通指揮自動化系統(tǒng)來完成這些復雜的工作。從而使交通指揮系統(tǒng)更加有秩序，更加安全。至此本人設(shè)計了交通信號燈控制系統(tǒng)，來指揮十字路口車輛的停通，使紅綠燈指揮系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，無人化。 該交通燈控制系統(tǒng)控制的是東西和南北兩個方向上的車輛通行，此系統(tǒng)核心元件為單片機AT89C51，單片機的低電壓，高性能的8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-

3、51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。對其編寫相關(guān)程序來控制交通信號燈和數(shù)碼管的時間顯示，并采用外部中斷來控制緊急情況。此設(shè)計的硬件電路不是很復雜，關(guān)鍵在于軟件的設(shè)計，即程序的編寫。本設(shè)計采用的程序編寫語言為現(xiàn)在流行的C語言，簡單又便于閱讀。編寫程序的原則是：1.滿足設(shè)計的要求。2.盡量采用最好，最有效的算法。3.編寫時應(yīng)盡量用最簡潔的語言。編寫好源程序后，采用keil軟件對其進行編譯，使其生成單片機可以識別的.hex文件，再把此文件導入單片機89C51中

4、即可。關(guān)鍵詞：單片機AT89C51 交通指示燈 控制概述隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的改善，私家車越來越多。車流量的增加給交通帶來了極大的壓力，也使得交通安全日益嚴峻。而交通燈則成為疏通車輛，緩解交通壓力，減少交通事故，維護交通安全，制定交通規(guī)則最常見和最有效的手段。十字路口是生活中常見的交通路線，而十字路口也是車流量較多，導致車輛堵塞教為嚴重的交通路口，因此，十字路口交通燈成了交通路線上最常見的交通設(shè)備。紅燈停綠燈行成了每個人口熟能詳?shù)慕煌ㄒ?guī)則。在很久以前，交通燈僅僅只是通過簡單的時序電路控制紅綠燈的切換，這導致了人們對時間把握的不準確，如行人和司機不能正確的把握交通燈的變換，從而出現(xiàn)不必要

5、的交通事故。由單片機控制的十字路口交通燈具有黃燈示意減速停車和夜間警示等功能，完善了交通燈功能，減少交通事故，做到了更好的改善交通環(huán)境，維護人們生命和財產(chǎn)安全，為創(chuàng)造美好城市交通形象發(fā)揮了不可替代的作用。設(shè)計要求：1、設(shè)計一款帶左轉(zhuǎn)、直行，右轉(zhuǎn)三種通行綠燈；2、 帶緊急按鈕功能，方便特種車輛通行；3、夜間運行模式按鈕，按下時，所有方向黃燈閃爍；4、其他功能（創(chuàng)新部分）；1、 系統(tǒng)方案設(shè)計 1、 方案選擇 方案一 PLC控制交通燈 PLC主要應(yīng)用于強電方面的工業(yè)控制，或者整條流水線的控制。雖然比較穩(wěn)定,但是功耗要大。 方案二 單片機控制交通燈 單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、經(jīng)濟、易于連接等優(yōu)點,

6、 特別是其內(nèi)部定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)資源豐富, 可對交通燈進行精確的控制, 有應(yīng)用價值。 經(jīng)過我們的小組一致討論得出，使用單片機控制的交通燈更方便實用，所以我們選擇了方案二作為我們的設(shè)計方案。2、 設(shè)計方案流程采用定時器方式來實現(xiàn)交通燈的控制系統(tǒng)，使道路狀況切換時間更加準確。正常情況下，90S后信號燈由“紅燈”轉(zhuǎn)“黃燈”，經(jīng)過5S的過渡時間“黃燈”轉(zhuǎn)“綠燈”。假如當有緊急情況時，按鍵SW1，這時候東西路的燈都變?yōu)榧t燈，南北路的燈變?yōu)榫G燈。如果東西路的車流量大，南北路沒有車，而此時東西路是紅燈，南北路是綠燈，此時按鍵SW2使東西路亮綠燈，南北路亮紅燈。另外設(shè)置一個開關(guān)SW3，在晚上由人工閉合，此

7、時所有的燈都變成黃燈。路口交通指揮系統(tǒng)如下圖所示路口交通指揮系統(tǒng)示意圖2、 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計組成：AT89C51單片機、控制電路、振蕩電路、交通燈。原理圖如下硬件原理圖2.1、各組成部分電路設(shè)計：時鐘電路部分 本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式：在和兩端跨接陶瓷諧振器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器采。晶振采用12MHz的振蕩頻率和兩個30Pf瓷片電容C1、C2，兩個電阻對頻率有微調(diào)作用。其電路下圖2.2、路口指示燈部分采用紅黃綠三種顏色的發(fā)光二極管共12個分為4組代表路口的交通燈（電路圖中用兩組示意）.其中每兩組控制一個路口，具體時序如下表：顏色方向東西南北紅燈9090黃燈55綠燈9090

8、交通燈時序表2.3、定時器1工作方式定時器1工作方式1，即16位定時器，定時器50000uS（50mS）中斷一次，所以定時常數(shù)的設(shè)置可按以下方法計算：定時時間=（65536-定時常數(shù)) X 1uS=50000uS定時常數(shù)=15536，（0 x3CB0）對50mS中斷次數(shù)計數(shù)10次，就是0.5秒鐘。定時器0工作于方式1，定時20mS，定時常數(shù)=45536，（0XB1E00）。2.4、AT89S51單片機 本設(shè)計采用ATMEL公司的AT89S51單片機. （1）AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K

9、字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 （1）AT89C51單片機的主要特性 與MCS-51 兼容 ，4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù) 據(jù)保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz，三級程序存儲器鎖定，128*8位內(nèi)部

10、RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源（兩個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源） 可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。（1）80C51單片機基本結(jié)構(gòu) 2.5單片機管腳介紹 80S51總線型引腳封裝電源及時鐘引腳（4個） CCV:電源接入引腳； SSV:接地引腳； XTAL1:晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）； XTAL2:晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）。 控制線引腳（4個） RST/VPD：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳； ALE/PROG：地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸

11、入引腳； EA/VPP：內(nèi)外存儲器選擇引腳/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳； PSEN：外部程序存儲器選通信號輸入引腳。 1）、并行I/O引腳（32個，分成4個8位口） P0.OP0.7:一般I/O引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳； P1.OP1.7: 一般I/O引腳； P2.OP2.7: 一般I/O引腳或高位地址總線引腳； P3.OP3.7: 一般I/O引腳或第二功能引腳。 2）、I/O引腳結(jié)構(gòu)介紹 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址

12、的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的

13、緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD

14、（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 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時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸

15、出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。3）、中斷源介紹 0INT（P3.2）。外部中斷0請求信號輸入引腳，可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。1INT（P3.3）。外部中斷0請求信號輸入引腳，可由IT1(TCON.2)選擇其為低電平有效還

16、是下降沿有效。當CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。 TF0（TCON.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。 TF1（TCON.7），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。 RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。2.6、工作方式介紹 方式0：13位計數(shù)器； 方式1：16位計數(shù)器；

17、方式2：自動重裝初值的8位計數(shù)方式； 方式3：T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器，T1停止工作。2.7、定時/計數(shù)器介紹 80C51單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，定時/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成，定時/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標志。單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清0。80C51單片機定時/

18、計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式，TCON的低4位用于控制外部中斷。2.8、尋址方式介紹 寄存器尋址； 直接尋址； 寄存器間接尋址； 立即尋址； 基址寄存器加變址寄存器變址尋址； 相對尋址和位尋址。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計本次設(shè)計要進行軟件仿真，所以采用Keil軟件和Proteus軟件聯(lián)合調(diào)試，具體過程可以概括為以下兩點： （1）在Keil軟件上編寫程序，編譯生成hex文件； （2） 在Proteus上繪制原理圖，把生成的hex文件添加到單片機中，點擊運行 進行仿真。主要程序流程圖如下 程序組要流程圖總結(jié)經(jīng)過一個星期的努力，終于完成了自己的單片機課程設(shè)計。雖說忙碌了點，

19、但我覺得這樣的生活充實且有成就感，當然，也獲益匪淺。 通過這次交通燈的課程設(shè)計，讓我提高了用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用學習過程中，以及在常用編程設(shè)計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，課程設(shè)計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，并且對已有知識有了更深層次的理解和認識?？梢哉f在整個軟件設(shè)計過程中，我不僅學會了延時的方法，還掌握數(shù)碼管的顯示方式及其如何選擇。當然，通過幾次反復調(diào)試過程，使得我對C語言有了更深刻的理解，為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。 在整個課程設(shè)計過程我還掌握了一下幾點： （1） 掌握了電子系統(tǒng)設(shè)計的

20、流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。 （2）理解了最單片機的各部分組成及特性。 （3）熟練使用了各種計算機輔助設(shè)計工具完成設(shè)計，充分掌握了這些工具的使用。 （4）學會了利用Keil uVision3對匯編語言進行編譯過程.更進一步加深了對PROTEUS軟件的學習。 通過本次的課程設(shè)計，充分意識到自己所學的東西還是非常有限的，不過通過設(shè)計，還是學到了一些書本上沒有學到的東西，為自己以后的學習起了很大的幫助。就我個人而言，很深刻地體會到一點，那就是我們在設(shè)計過程中一定要有一個整體的清晰的思路，知道自己的設(shè)計的對象的基本功能和核心器件的適用及其作用，只要把握住這些主要方面，一些小問題都將圍繞著

21、這些主要問題而逐步得到解決。同時我也懂得，在整個設(shè)計過程中，生活中也一樣，一定要意志堅定，克服自己的畏難情緒,這樣才能將事情做好，才能干出一番成就。致謝本次課程設(shè)計得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感沈老師，因為設(shè)計是在沈老師的悉心指導下完成的。沈老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深深。在我做課程設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，設(shè)計提綱的確定，中期設(shè)計的修改，后期程序格式調(diào)整等每一步都是在老師的悉心指導下完成的，傾注了老師大量的心血。她循循善誘的教導和不拘一格的思路給了我無盡的啟迪

22、，她的嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作、學習中的榜樣。老師要指導很多同學的課程設(shè)計，加上本來就有的教學任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的指導中，解決一個又一個難題給了我深刻的印象，使我在設(shè)計之外明白了做學問所應(yīng)有的態(tài)度。老師一如既往的指導我們，她的精神激勵了我們，使我們克服了在設(shè)計過程中的困難。在此，謹老師表示崇高的敬意和衷心的感謝!老師在設(shè)計過程中給與我的極大地幫助。同時，設(shè)計的順利完成，離不開其他老師、同學和朋友的關(guān)心和幫助。在整個的設(shè)計過程中，各位老師、同學和朋友積極幫助我查資料和提供有利于設(shè)計的建議和意見，在他們的幫助下，設(shè)計得以不斷的完善，最終幫助我完整的做完了整個設(shè)計。

23、另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是我這次設(shè)計得以完成的基礎(chǔ)。感謝所有給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W，謝謝你們!參考文獻1. 江世明.單片機應(yīng)用及原理（第2版）.上海交通大學出版社，20052. 何立民.單片機高級教程. 北京：北京航空航天大學出版社，1999 3. 錢逸秋.單片機原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2002 4. 周潤景.基于proteus的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真.北京：北京航空航天大學出版社，2006.5 5. 潘永雄.電子線路CAD實用教程.西安:西安電子科技大學出版社,2006.5 6. 周潤景.Proteus在MCS-5

24、1&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例北京：電子工業(yè)出版社， 200附件：#include #include unsigned char t0;void yellow(); /東西、南北方向同時打開黃燈 void yellowflash(); /東西、南北方向同時打開黃燈，每隔0.5秒開始閃爍void delay0_5s(); /延時0.5秒void delayxms(unsigned char t); /延時t*0.5秒/*函數(shù)名稱：ex_intex0;函數(shù)功能：外部中斷0服務(wù)子程序*/void ex_intex0(void) interrupt 0 EA=0; /關(guān)閉中斷，不允許中斷嵌套while(

25、P3&0 x04)=0) /檢測外部中斷0是否持續(xù)有效P1=0 x1E; /東西方向綠燈亮、南北方向紅燈亮，其它四個燈關(guān)閉。EA=1; /打開中斷 /*函數(shù)名稱：ex_intex1;函數(shù)功能：外部中斷1服務(wù)子程序*/void ex_intex1(void) interrupt 2 EA=0; /關(guān)閉中斷,不允許中斷嵌套while(P3&0 x08)=0) /檢測外部中斷1是否持續(xù)有效 P1=0 x33; /東西方向紅燈亮、南北方向綠燈亮，其它四個燈關(guān)閉。EA=1; /打開中斷 /*函數(shù)名稱：tm_timer0；函數(shù)功能：定時器0服務(wù)子程序*/void tm_timer0(void) inter

26、rupt 1 EA=0; /關(guān)閉中斷，不允許中斷嵌套 while(P3&0 x40)=0) /檢測P3.6開關(guān)是否閉合yellow(); /東西、南北方向同時打開黃燈 TH0 =0 xb1; /20ms定時初值重新裝入 TL0 =0 xe0 EA=1; /打開中斷 / 主程序void main()TMOD = 0 x11; /T1工作方式1，T0工作方式0 EA=1;EX0=1;IT0=0; /打開外部中斷0EX1=1;IT1=0; /打開外部中斷1ET0=1; /打開定時器0中斷TH0 =0 xb1; /20ms定時初值重新裝入 TL0 =0 xe0 TR0 = 1; /啟動定時器0whil

27、e(1) /無限循環(huán) P1=0 x1e;/東西方向綠燈亮、南北方向紅燈亮，其他四個燈關(guān)閉。delayxms(180);/延時90秒yellowflash(); /東西、南北方向同時打開黃燈，每隔0.5秒閃爍一次P1=0 x33;/東西方向紅燈亮、南北方向綠燈亮，其他四個燈關(guān)閉。delayxms(180);/延時90秒yellowflash();/東西、南北方向同時打開黃燈，每隔0.5秒閃爍一次/*函數(shù)名稱：yellow；功能：東西、南北方向同時打開黃燈*/void yellow()P1=0 x2d; /兩個黃燈同時打開/*函數(shù)名稱：yellowflash；功能：東西、南北方向同時打開黃燈，每隔

28、0.5秒閃爍一次*/void yellowflash() unsigned char i; for(i=0;i2;i+) P1=0 x2d;/兩個黃燈同時打開 delayxms(10); P1=0 xff;/兩個黃燈同時關(guān)閉 delayxms(10);/*函數(shù)名稱：delay0_5s 函數(shù)功能：延時0.5s，用T1工作方式1定時50ms，再循環(huán)10次得到0.5s的延時時間*/void delay0_5s() TH1=0 x3c; TL1=0 xb0; TR1=1; while(!TF1); /TF1=1時50ms定時時間到 TF1=0; TR1=0; /*函數(shù)名稱：delayxms ；函數(shù)功能：在函數(shù)delay0_5s的基礎(chǔ)延時，即延時t*0.5秒 */void delayxms(unsigned char t) for(t0=0;t0t;t0+) delay0_5s();- 15 -