单片机基于89c51的十字路口交通灯控制系统设计

课程设计报告题目十字路口交通灯控制系统设计课程名称单片机原理及应用课程设计院部名称信息技术学院专业电子信息工程班级学生姓名XXX学号XXXXXXXXXX指导教师目录成绩1一、设计题目…………………………………………………………………2二、设计目的…………………………………………………………………2三、设计任务…………………………………………………………………2四、设计思路…………………………………………………………………34.1设计思路………………………………………………………………34.2系统总体框图…………………………………………………………34.3资源分配………………………………………………………………3五、硬件原理图和连接图……………………………………………………9六、程序流程图………………………………………………………………13七、设计心得…………………………………………………………………14八、参考文献…………………………………………………………………15九、附录………………………………………………………………………15一、设计题目2十字路口交通灯控制系统设计二、设计目的系统功能要求：本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急处理等功能。此十字路口交通灯控制系统，分东西道和南北道，设南北道为A道，东西道为B道。规定：首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始30s倒计时，以7段数码管显示时间。25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2s时，南北路口黄灯亮。完成1次这样的循环需要30s。30s结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。若有紧急车辆要求通过时，此系统应能禁止普通车辆，而让紧急车辆通过。（1）倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。（2）时间的设置本设计中可通过键盘对时间进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I／0口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I／0口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且I／0口足够，可直接采用独立式。（3）紧急处理交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。三、设计任务本系统需要采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器，实现以下功能：①初始南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，东西方向通车。②延时28s，南北路口绿灯熄灭，绿灯闪烁3秒后黄灯亮2秒。③黄灯熄灭后，东西路口绿灯亮同时南北路口红灯亮，南北方向开始通车。④延时28s，东西方向绿灯灭，绿灯闪烁3秒后黄灯亮2秒，然后又切换成东西方向通车，如此重复。⑤当发生交通意外(中断产生)时，全部亮红灯，进行交通事故的处理。当事故处理完毕（再次按中断键），重新按上述方式工作。⑥当南北路口的流量大时，可以增加南北路口亮绿灯的时间，当东西路口的流量3大时，可以增加东西路口亮绿灯的时间，结束后调回正常状态。四、设计思路（原理组成框图、资源分配）4.1设计思路（1）分析目前交通路口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）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，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）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，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，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写4.2系统的总体框图图1系统的总体框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块模块接受输出。系统的总体框图如上所示。单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中随时调用急停按键和时间调节中断。4.3资源分配①红色八段LED数码管（显示的是红灯的倒计时）和蓝色八段LED数码管（显示的是绿灯和黄灯的倒计时）单片机最小系统外围接口电路LED数码管显示红黄绿信号灯按键控制电路4图2a.LED简介LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示dP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图3.6所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见，本文主要讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。b.LED灯的显示原理通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为８，采用共阳极连接驱动代码，代码表如下表5所示。表5驱动代码表显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上。虽然路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的IO口是对称的。如图3.7所示，其中A，B分别是P0，P1的网络标号。5图3LED连接图②南北方向发光二极管（从左到右依次为红黄绿）图4东西方向发光二极管（从上到下依次为红黄绿）图5根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极管。每条道上设置红绿黄灯，总共2组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如上图所示。③AT89C51芯片图6a.AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的6AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。b.AT89C51单片机的主要特性与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年，全静态工作：0Hz-24Hz，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源（两个外部中断源和3个内部中断源），可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。·时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。·中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。图7AT89C51系列单片机的内部结构示意图c.主要引脚功能·VCC：电源电压·GND：接地·P0口：P0口是一组8位双向I／0口。P0口即可作地址／数据总线使用，又可以作为通用的I/O口使用。当CPU访问片外存储器时，P0口分时先作低8位地址总线，后作双向数据总线，此时，P0口就不能再作I/O口使用了。在访问期间激活要使用上拉电阻。·P1口：Pl是一个带内部上拉电阻的8准位双向I／O口，P1作为通用的I/O口使用。·P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I／O口，P2即可作为7通用的I/O口使用，也可以作为片外存储器的高8位地址总线，与P0口配合，组成16位片外存储器单元地址。·P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位准双向I／0口。P3口除了作为通用的I/O口使用之外，每个引脚还具有第二功能，具体分配如表2表2具有第二功能的P3口引脚端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/INT1（外中断1）P3.4T0（定时／计数器0外部输入）P3.5T1（定时／计数器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD外部数据存储器读选通）·RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。·ALE／PROG————：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。·PSEN————程序储存允许（PSEN————）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN————有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN————信号。·EA——／VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vcc。·XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。d.MCS—51的中断源8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两8个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片内串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示