单片机--交通灯的设计

交通灯的设计摘要目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的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，以及程控玩具、电子宠物等等，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、医疗器械以及各种智能机械了。本课程设计通过单片机来实现交通信号控制的设计。目的通过键盘控制、数码管显示完成设计主要内容。关键词：单片机控制交通信号键盘控制数码管显示交通灯的设计目录1绪论............................................................................................................................11.1课题背景.........................................................................................................11.2课题要求.........................................................................................................22课程设计原理............................................................................................................32.1MSC-51芯片简介............................................................................................32.1.1中央处理器..........................................................................................32.1.2存储器..................................................................................................32.1.3并行输入输出口..................................................................................42.1.4中断系统..............................................................................................42.1.5时钟电路..............................................................................................42.1.6复位电路..............................................................................................43系统模块设计............................................................................................................63.1计时功能模块设计.........................................................................................63.2动态扫描设计.................................................................................................63.3整体设计原理框图和单片机硬件电路原理图.............................................63.4单片机资源分配.............................................................................................83.5程序设计思路.................................................................................................83.6程序流程.........................................................................................................83.7软硬件调试方案.............................................................................................94设计结果显示..........................................................................................................104.1发光二级管的显示.......................................................................................104.2八段数码管得显示.......................................................................................104.3电路控制显示...............................................................................................115设计心得..................................................................................................................12参考文献......................................................................................................................13附录交通灯设计程序................................................................................................14交通灯的设计第1页共19页1绪论1.1课题背景单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管芯片、电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。图1-1单片机铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。交通灯的设计第2页共19页1.2课题要求本课题的主要内容是采用单片机实现十字路口交通灯的设计，通过这个实习进一步加深《单片机原理及应用》等相关课程中的理论知识，熟练掌握单片机的编程、调试和应用系统的开发。实现“十字路口交通灯”的设计要求：1、实现南、北、东、西各三个灯（红、黄、绿）的显示及切换，各种状态如下；南北东西持续时间状态1绿灯亮红灯亮30秒状态2绿灯闪3次（亮一秒，灭一秒）红灯亮6秒状态3黄灯亮红灯亮3秒状态4红灯亮黄灯亮3秒状态5红灯亮绿灯亮30秒状态6红灯亮绿灯闪3次（亮一秒，灭一秒）6秒状态7红灯亮黄灯亮3秒状态8黄灯亮红灯亮3秒状态9回到状态12、南北、东西两向各有倒计时功能（各两位数码管显示）；要求两位数的倒计时。3、功能键：（1）启动按钮（2）停止按钮（2）急救车的控制按钮4、急救车的控制按钮按下时，四个路口全红灯状态。交通灯的设计第3页共19页2课程设计原理2.1MSC-51芯片简介8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：2.1.1中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2.1.2存储器8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2-18051内部结构8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。交通灯的设计第4页共19页定时/计数器(ROM)，8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。2.1.3并行输入输出口8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口，8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。2.1.4中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。2.1.5时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。2.1.6复位电路在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口有电路等也需要复位，因此需要一个上电复位在内的系统同步复位电路，RST管脚上的信号可以使8