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河北建筑工程学院课程设计报告书课程名称：交通信号灯模拟控制系统院：电气工程学院专业：电子信息工程班级：学号：学生姓名：指导教师：职称：讲师2015年6月29日目录前言…………………………………………………………………1摘要…………………………………………………………………2关键字………………………………………………………………2第一章概述………………………………………………………31.1单片机的应用前景及研究现状…………………………………31.2交通信号灯的应用现状及发展前景……………………………31.3交通灯课设目的………………………………………………4第二章交通灯设计要求…………………………………………52.1设计任务………………………………………………………52.2设计内容………………………………………………………5第三章交通灯设计思路…………………………………………6第四章方案论证与设计…………………………………………74.1单片机最小系统…………………………………………………74.2LED交通灯电路…………………………………………………74.3数码管显示电路设计……………………………………………8第五章元器件的选择及介绍……………………………………95.1AT89C51…………………………………………………………95.2数码管…………………………………………………………10第六章单元电路…………………………………………………126.1单片机最小系统…………………………………………………126.2复位电路…………………………………………………………126.3按键电路………………………………………………………136.4交通灯电路……………………………………………………13第七章程序设计………………………………………………147.1主程序流图……………………………………………………147.2子程序流图……………………………………………………15第八章遇到的问题及解决办法………………………………16第九章课程设计感想与收获…………………………………18附录一……………………………………………………………19附录二……………………………………………………………20附录三……………………………………………………………21附录四……………………………………………………………22《单片机原理及应用》课程设计报告书1前言主要内容此次课程设计的主要目的是通过对电子技术及单片机原理的学习，综合掌握电子电路综合设计的过程、设计要求和具体的设计方法。通过设计更好的复习、理解《模拟电子技术》、《数字电子技术》和《单片机原理及应用》等课程内容，使得理论更好的和实际相结合，加强学生的动手能力以及查阅相关资料解决实际问题的能力，培养学生从事设计工作的整体观念。现如今，红绿灯在各个路口上司空见惯，已经成为疏导交通中最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了，交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于管控交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。智能交通系统是一个非常活跃的研究领域，近来随着模糊理论的日臻完善，一些学者致力于城市交信号的模糊控制研究，取得了一定的研究成果。但是这些研究大多是通过采用一种由模糊控制器直接综合所有通的参数来决定控制动作的模式。对于多相位的交叉路，很难获得比较理想的控制效果。随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧、交通事故频发、交通环境恶化已经成为引人注目的城市问题之一。资料收集在得知本次课程设计题目后，梳理已经学过的课程以及结合自己对于《单片机原理》课程的了解，明白了本次课设的任务要求。大二下半学期有过参加课程的经历，所以马上就知道自己应该从哪个方面去做努力。我们利用课程设计安排的时间，到图书馆查阅了许多与电子电路设计、仪器仪表原理及设计、单片机开发、计算机绘图软件应用教程（proteus8.0）等有关的书籍。并且还通过利用百度、谷歌等网络搜索引擎查阅了许多相关的设计论文等文献资料。从而确定了最终设计时需要使用的方案以及所需电路。通过本学期的学习，自己对单片机的结构和功能已有了初步的了解和认识。单片机在智能控制中起到了如同人的大脑一般的作用，掌握了单片机的工作原理也就基本了解了交通灯的运做原理。作为一个学生，为了更好地掌握单片机的结构和功能，为了能够将之前学到的模、数电子技术进一步同单片机相结合，并同时进一步加强自己的实践能力，本人设计了以下的一款交通灯。《单片机原理及应用》课程设计报告书2摘要本文通过利用单片机进行智能控制，并利用高级C语言编程相结合，完成此次《单片机原理及应用》的课程设计任务。本设计结合所学电子技术和单片机的知识，设计交通路口的交通信号硬件电路，然后设计程序流图。根据程序流图完成编程语言的设计，最终达到本次课程设计所需要的任务要求。关键字单片机交通信号灯硬件设计软件设计程序《单片机原理及应用》课程设计报告书3第一章概述1.1单片机的应用前景及研究现状目前单片机渗透在我们生活的各个领域，导弹的导航装置，飞机上的各种仪表的控制，计算机网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，学习好单片机的原理、开发与应用将会是非常重要的。单片机的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠，因此，单片机的发展和普及给工业自动化等领域带来了一场重大的革命和技术进步，由于单片机体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，而一般计算机无法做到。单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。常用的51单片机包括：Intel公司系列单片机、Atmel公司系列单片机、Philips公司单片机、Motorola公司单片机等。随着科学技术的发展，单片机正朝着高性能和多品种方向发展将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、低噪声与高可靠性、大容量、高性能、低价格和外围电路内向化等几个方面发展。单片机在目前的发展趋势下，表现出几大趋势：（1）可靠性和应用水平越来越高，和互联网连接已是一种明显的走向。（2）所集成的部件越来越多。（3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。1.2交通信号灯的应用现状及发展前景交通信号灯控制机是城市交通控制调节的重要指挥管理系统，它承载着维持城市道路交通秩序，缓解交通拥堵的重任，在传统的红绿灯配时方案不能解决城市交通拥堵的形势下，智能化信号控制器正为解决未来交通拥堵提供更多科学的解决方案。自从1858年英国人发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位。随着人们社会活动日益《单片机原理及应用》课程设计报告书4增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能使得交通得到有效管制。对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用。其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89S51作为核心元件。实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。从现在的市场趋势看信号机的需求，大中城市对集中协调式及人行过街请求的信号控制机需求较多，而小城市虽然在招标过程中要求集中协调式信号机，但实际应用中还是当作单点信号机来使用。对应阳光充足但电力供应不便的地方，太阳能供电信号机也将成为一个热点；对于国外市场，方便快捷的警察手动功能是一个需求热点；受高铁事件的影响，检验标准对交通信号控制机的硬件绿冲突检测功能也做了强制性要求。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。1.3交通灯课设目的本课程设计的主要目的是通过对电子技术及单片机原理的学习，综合掌握电子电路综合设计的过程，设计要求和具体的设计方法。通过设计更好的复习、理解模拟电子、数字电子和单片机等课程内容，使得理论和实际相结合，加强学生的动手能力以及查阅相关资料解决实际问题的能力，培养学生从事设计工作的整体观念。《单片机原理及应用》课程设计报告书5第二章交通灯设计要求2.1设计任务本次课程设计任务共分三种情况：1、完成交通灯的变化规律，即一个十字路口为东西向和南北向，四个路口均有红黄绿三灯和两个LED数码显示管。交通灯上电以后进入初始状态即东西红灯，南北红灯。5s后转状态1：南北绿灯亮通车，东西红灯亮，禁止通行，持续30s；30s后转状态2：南北绿灯灭转黄灯闪亮，延时5秒，东西仍然红灯；5s后转状态3：东西绿灯亮通车，南北转红灯，持续30s；30s后转状态4：东西绿灯灭转亮黄闪灯，延时5秒，南北仍然红灯。最后循环至状态1。2、用8个LED数码管（各个方向均有两个LED数码管，分别表示个位和十位），显示倒计时。倒计时用于提醒驾驶员或行人信号灯发生改变的时间，以便他们在“停止”和“通行”两者作出合适的选择。3、在紧急状态下，通过K1键手动设置，将所有路口的灯变为红灯；再次按下此键后进入状态1，然后依次循环。2.2设计内容1、总体方案对比、选择，做出总体方案框图；2、列出元件清单，对主要元器件进行简要说明；3、做出硬件电路图：主要有单片机主电路、交通灯接口电路和LED数码管显示电路，键盘接口电路等；整体电路尽量用计算机画在一张图纸上。4、软件设计：程序流程图、各功能模块程序清单主要考虑的问题：①单片机I/O口是否够用，不够用怎么办②如何驱动发光二极管③数码管显示电路的设计④如何实现定时功能⑤如何读取键盘数据《单片机原理及应用》课程设计报告书6第三章交通灯设计思路（1）通过图书馆、互联网等查阅交通灯的文献资料，分析目前一般交通路口信号灯的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。（2）确定交通系统控制的总体设计，包括十字路口具体的通、禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能。本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。（3）进行数码管显示电路、灯状态电路、按键电路的设计和选择具体的元器件及连接电路，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。（4）进行软件系统的设计，对于这个系统本人采用单片机C语言进行编写，对单片机内部结构和工作情况做了一定的研究，了解定时器、中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。（5）利用proteus8.0软件画出电路图并利用keil4.0软件完成软件编程设计，生成hex文件后，将其导入到电路图中的AT89C51中，进行仿真。经过调试程序和电路图，得到最终所需的设计效果。（6）理清思路后，总结此次课程设计的经验与心得，完成最终的课程设计报告。《单片机原理及应用》课程设计报告书7第四章方案论证与设计4.1单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、电源、晶振电路、复位电路。1、最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可以用外部稳定的5V电源供电模块供给。2、单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个工作状态初始化到空状态。3、单片机系统都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高