單片機(jī)交通燈課程設(shè)計--基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p>　　課 程 名 稱 單片機(jī)原理及在電氣測控學(xué)科中的應(yīng)用 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><

2、;p>　　學(xué) 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 電氣工程系、09電氣測控類 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p><b>　　2011年7月1日</b&

3、gt;</p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：</p><

4、;p>　　邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表</p><p>　　學(xué)生姓名 吳霞 學(xué) 號 0941201250 </p><p>　　系 電氣工程系 專業(yè)班級 電本三班

5、 </p><p>　　題目名稱 基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p>　　課程名稱 單片機(jī)原理及在電氣測控學(xué)科中的應(yīng)用 </p><p><b>　　一、學(xué)生自我總結(jié)</b></p><p><b>　　二、指導(dǎo)教師評定</b></p><p>　　注：1、本表

6、是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；</p><p>　　2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文將介紹一種基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計的交通燈系統(tǒng)對于交通的控制，12個不同顏色的發(fā)光二極管來模擬東南西

7、北四個方向的交通的，并通過單片機(jī)寫入程序，來控制這些燈發(fā)光或者熄滅。</p><p>　　本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)89C51系列單片機(jī)設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過89C51芯片的P0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。</p><p&g

8、t;　　關(guān)鍵字：交通燈；AT89C51單片；發(fā)光二極管；閃爍</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1、引言1</b></p><p><b>　　1.1簡介1</b></p><p>　　2、方案論證與設(shè)計2</p>&l

9、t;p>　　3、系統(tǒng)硬件設(shè)計3</p><p>　　3.1 AT89C51芯片的介紹3</p><p>　　3.2電路原理圖7</p><p><b>　　3.3仿真8</b></p><p>　　3.4 實物圖11</p><p>　　4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計12</p>

10、<p>　　5、系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析13</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試13</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　附 錄16</b></p>

11、<p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　1、引言</b></p><p><b>　　1.1簡介</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。僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬

12、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MSC-51系列單片機(jī)89C51系列單片機(jī)設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過89C51芯片的P0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可

13、通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。</p><p>　　信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是

14、禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。</p><p><b>　　2、方案論證與設(shè)計</b></p><p>　　整個設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計硬件如圖</p><p><b>　　圖2.1硬件框圖<

15、;/b></p><p>　　如圖2.1所示，本系統(tǒng)基于AT89C51單片機(jī)，振蕩電路的晶振采用12MHz，由控制核心AT89C51單片機(jī)、電源、振蕩電路、復(fù)位電路、交通燈電路組成。</p><p><b>　　3、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 AT89C51芯片的介紹</p><p><

16、b>　　AT89C51簡介</b></p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用A

17、TMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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。外形及引腳排列如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 AT89C51結(jié)構(gòu)圖</p><p>

18、<b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　1、P0口</b></p><p>　　P0口有八條端口線，命名為P0.0～P0.7，其中P0.0為低位，P0.7為高位。每條線的結(jié)構(gòu)組成如圖3.2。它由一個輸出鎖存器，兩個三態(tài)緩沖器，輸出驅(qū)動電路和輸出控制電路組成。P0口是一個三態(tài)雙向I/O口，它有兩種不同的功能，用于不同的工作環(huán)境。

19、第一個功能是作普通I/O口，另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲器時，P0口作系統(tǒng)擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)總線口和地址總線口分時使用，首先輸出低8位的地址A7～A0，作地址總線；然后輸入或輸出數(shù)據(jù)，作數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　圖3.2 P0口結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2、P1口</b></p><p>　　口有八條端口線，命名為P1.0～P1.7，每條線

20、的結(jié)構(gòu)組成如圖3.3。P1口是一個準(zhǔn)雙向口，只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。作輸出口使用時，由于其內(nèi)部有上拉電阻，所以不需外接上拉電阻；作輸入口使用時，必須先向鎖存器寫入“1”，使場效應(yīng)管T截止，然后才能讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3.3 P1口結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3、P2口</b></p><p>

21、　　P2口有八條端口線，命名為P2.0～P2.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。P2口也是一個準(zhǔn)雙向口，它有兩種使用功能：一種是當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展外部存儲器時，作普通I/O口使用，其功能和原理與P0口第一功能相同，只是作為輸出口時不需外接上拉電阻；另一種是當(dāng)系統(tǒng)外擴(kuò)存儲器時，P2口作系統(tǒng)擴(kuò)展的地址總線口使用，輸出高8位的地址A7～A15，與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲器(64 KB)。</p>

22、<p>　　圖3.4 P2口結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　4、P3口</b></p><p>　　P3口有八條端口線，命名為P3.0～P3.7，每條線的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。P3口是一個多用途的準(zhǔn)雙向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理與P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，這時八條端口線所定義的功能各不相同，如表3.1所示。</

23、p><p>　　圖3.5 P3口結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表3.1 P3口第二功能表</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)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，

24、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出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)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。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信

25、號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VP

26、P）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p><b>　　振蕩器特性: </b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷

27、振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　3.2電路原理圖</b></p><p>　　圖3.6 電路原理圖</p><p>　　如圖3.6所示，該電路以AT89C51為模板，P0口

28、為輸出端口，分別連接到對應(yīng)的交通燈上，然后由程序控制，紅綠等交替點亮25秒，中間黃燈閃爍5次，時間為5秒。</p><p><b>　　3.3仿真</b></p><p>　　3.3.1東西方向通行</p><p>　　圖3.7 東西方向通行</p><p>　　如圖所示，當(dāng)接通電源時，模擬東西方向通行，東西方向綠燈亮；

29、南北方向紅燈亮。</p><p>　　3.3.2等待南北通行</p><p><b>　　圖3.8 黃燈等待</b></p><p>　　圖3.9 南北方向通行</p><p>　　如圖3.8所示，系統(tǒng)經(jīng)過25秒后，綠燈熄滅，黃燈開始閃爍。黃燈閃爍5次（5秒）后，如圖3.9所示，南北方向開始通車，通行時間為25秒。<

30、;/p><p>　　3.3.3 等待東西通行</p><p>　　圖3.10 黃燈等待</p><p>　　圖3.11 東西方向通行</p><p>　　如圖3.10所示，系統(tǒng)經(jīng)過25秒后，綠燈熄滅，黃燈開始閃爍。黃燈閃爍5次（5秒）后，如圖3.11所示，東西方向通車，通行時間為25秒。</p><p><b>

31、　　3.4 實物圖</b></p><p><b>　　圖3.11 實物圖</b></p><p><b>　　4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　圖4.1 程序圖</b></p><p>　　如圖4.1所示：在十字路口的前25秒，東西方通行，綠

32、燈亮，25秒以后，東西方的黃燈開始閃爍，閃爍5次（5秒）后。東西方紅燈亮，南北方向綠燈亮，25秒后，南北方向黃燈閃爍，5秒后，南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。一個周期完成。</p><p>　　5、系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析</p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件

33、調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。</p><p><b>　　5.2硬件調(diào)試</b></p><p>　　對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。</p><p><b>　　5.3軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試采用Keil uVision4軟件，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試

34、，主要是檢查語法錯誤。</p><p><b>　　5.4硬件軟件聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是我到目前為止覺得最有意義也是收獲最大的一次實習(xí)，可以說是有苦也有甜

35、。身為電氣工程系的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必須的技能。而這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的平臺。</p><p>　　從通過理論設(shè)計，到確定具體方案，再到仿真軟件仿真，最后到調(diào)試電路、顯示結(jié)果。整個過程都需要我充分利用所學(xué)的知識進(jìn)行思考、借鑒?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計雖然很累，但非常充實。</p><p>　　在這次實習(xí)中，正確的思路是很重要的，只要設(shè)計思路是正確的，那么才有可能

36、成功。因此我們在設(shè)計前必須做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　如果說前面的電路的理論設(shè)計是多么令人頭痛的事，那么安裝、調(diào)試過程則是一個考驗人的耐心的過程，對電路的安裝、分析調(diào)試要一步一步來，不能急躁。這次課程設(shè)計對以前學(xué)過的理論知識起到了很好的回顧作用，同時還彌補(bǔ)了之前對單片機(jī)知識的相關(guān)漏洞。剛開始，我對課程設(shè)計是一無所知，就連按照硬件圖來寫匯編程序，都是一個

37、很大的問題。后來在唐宏偉老師的耐心指導(dǎo)下，我終于知道了如何使用Proteus軟件，以及如何用Word繪圖工具欄來畫流程圖。在設(shè)計過程中，遇到了很多疑難點，通過組員的討論， 并在教師指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，最終完成基于單片機(jī)的交通燈的設(shè)計。</p><p>　　雖然這次課程設(shè)計過程中我們遇到了很多問題，比如說程序、流程圖以及Proteus的仿真，我們還不能如魚得水，還不是很熟練，經(jīng)常熬夜對程序進(jìn)行修改和仿真調(diào)試，

38、但是我仍然非常感謝有這么一個機(jī)會，老師的耐心指導(dǎo)也讓我們懂得了不少知識。</p><p>　　總體來說，這次課程設(shè)計讓我受益匪淺。在摸索改如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際動手能力，在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到了成功的喜悅。在這次基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)的設(shè)計中，少了兩個LED顯示器，使得這次的設(shè)計不能很好的反映計時的功能。</p><p>

39、;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：15-48.</p><p>　　[2] 何立民．單片機(jī)實驗與實踐教程[M] ．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：8-58.</p><p>　　[3]張克農(nóng)．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M] ．北京：高等教育出版社

40、，2003：218-251. </p><p>　　[4]胡宴如．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M] ．北京：高等教育出版社，2004:45-78</p><p>　　[5]邱關(guān)源．電路[M] ．北京：高等教育出版社，2006:90-180.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　

41、　源程序：</b></p><p>　　#include"reg52.h"</p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit hong1=P0^0;</p><p

42、>　　sbit huang1=P0^1;</p><p>　　sbit lu1=P0^2;</p><p>　　sbit hong2=P0^3;</p><p>　　sbit huang2=P0^4;</p><p>　　sbit lu2=P0^5;</p><p>　　void delay_50ms(uint

43、z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=5600;y>0;y--);</p><p><b>　　}<

44、;/b></p><p><b>　　void lu()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lu1=0;</b></p><p><b>　　hong1=1;</b></p><p>

45、<b>　　lu2=1;</b></p><p><b>　　hong2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(450);</p><p><b>　　lu1=1;</b></p><p><b>　　huang1=0;</b></

46、p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p>

47、;<p><b>　　huang1=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=1;</b>

48、</p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);<

49、/p><p><b>　　huang1=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang1=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　}</b><

50、;/p><p>　　void hong()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lu1=1;</b></p><p><b>　　hong1=0;</b></p><p><b>　　hong2=1;</b&g

51、t;</p><p><b>　　lu2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(450);</p><p><b>　　lu2=1;</b></p><p><b>　　huang2=0;</b></p><p>　　delay_50m

52、s(15);</p><p><b>　　huang2=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huan

53、g2=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=1;</b></p><p>　　dela

54、y_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　

55、　huang2=0;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　huang2=1;</b></p><p>　　delay_50ms(15);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ma

56、in()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　lu();</b></p><p><b>　　h

57、ong();</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題在選題及進(jìn)行過程中得到唐宏偉老師的悉心指導(dǎo)。論文行文過程中，唐老師多次幫助我分析思路，開拓視