基于单片机的交通灯的设计.doc

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1、摘要:近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51和74LS47来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89C51芯片的P1口设置红、绿灯熄亮时间的功能；红绿灯循环点亮，绿灯熄灭时黄灯闪烁3秒（交通灯信号通过P1口

2、输出，显示时间直接通过P0、P2口输出至二个对应的双位数码管）。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 关键词：单片机 交通灯 时间一、课题设计需要实现的系统功能：1.AB方向亮绿灯60s，然后黄灯闪烁3次，每次一秒（亮灭各40ms），红灯40s，同时CD方向红灯65s，绿灯35s，黄灯闪烁3s2.各路灯用LED模拟显示，同时用七段数码管显示两路的倒计时时间3.利用键盘可修改灯亮时间4.PC机设置灯亮时间，利用PC与单片机串口通信实现 二、单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片

3、机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。三、芯片简介3.1、AT89C51芯片简介AT89C51单片机内部结构AT89C51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。MCS-51的引脚说明：MCS-5

4、1系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图1。 图1单片机的复位及初始化如图2：图23.2、74LS47芯片简介74LS47的端子功能图如下图3： 图374LS47的主要功能端如下：BI为熄灭输入端，低电平有效，当BI=0时，无论其他输入端状态如何，译码器输出七段同时熄灭;BI=1时，不影响译码器正常译码。LT为测试输入端，低电平有效，用于检查数码管的七段是否正常发光。当LT=0

5、，同时BI=1时，不管输入的BCD码是什么状态，都可使驱动数码管的七段同时点亮。译码器要正常译码，必须LT输入无效电平。RBI为灭零输入端，低电平有效。设置灭零输入端的目的是为了能将不希望显示的0熄灭，例如一个四位数码显示电路，整数部分两位，小数部分两位，在显示6.4时，将出现06.40的字样，如果将前、后多余的0熄灭，显示的结果更醒目一些。灭零输入端只能对显示的0进行熄灭，而对其他数字没有影响。在原理图中，译码器与数码管的连接如图4：图4四、系统硬件设计4.1、交通管理的方案论证AB、CD两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯

6、亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为AB、CD两干道的公共停车时间。设AB道比CD道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表1:车道时间60s3s2s35s3sAB道绿灯黄灯红灯红灯红灯CD道红灯红灯红灯绿灯黄灯 表1表1说明：（1）当AB道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒;CD方向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可通过。（2）当AB方向为黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换;CD方向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可通过。（3）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；当CD方向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可

7、通过。（4）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；AB道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为35秒。（5）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；CD方向为黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。（6）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。4.2、系统硬件设计选用设备：AT89C51弹片机一片，74LS47芯片二片，电阻排RESPACK-7三个，共阴极的七段数码管7SEG-MPX2-CA两个，红、黄、绿交通灯各四个，开关键盘、连线、电阻、电容若干。4.2.1、系统总框图如下：74LS47七段驱动器数据口数码管显示CD方向时 间89C51系 统 处

8、 理键盘设置时间参数AB和CD方向红绿黄三种灯的显示情况74LS47七段驱动器数据口数码管显示AB方向时 间4.2.2、交通灯硬件线路图：见附录4.2.3、系统工作原理（1）开关键盘a、改变数码管显示的时间;b、开关控制十字路口十个方向的灯同时显示红灯且数码管显示00。(2) 由AT89C51单片机每秒钟通过P0、P2口向74LS47的数据口送信息，由P1口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由7SEG-MPX2-CA显示每个灯的燃亮时间。(3)AT89C51 P3.3为低电平时，P1口对应的红灯即四个方向的红灯亮，数码显示为00.（4 AT89C51 P3.2有下降沿触发时，时间暂停，进入时间显示状

9、态，当P3.6为低电平时，时间显示以240ms的速度进行加1;当P3.7为低电平时，时间显示以240ms的速度进行减1;当P1.0为低电平时，时间暂停消除，恢复正常。（5）初始状态AB方向绿灯60秒CD方向红灯65秒。（6）当AB方向绿灯60秒倒计时完了。进入下一阶段，AB方向黄灯3秒，且黄灯以40ms的速度闪烁;CD方向红灯5秒。（7）当AB方向黄灯3秒倒计时完。进入第三阶段，AB方向红灯40秒;CD方向红灯2秒。（8）当CD方向红灯2秒倒计时完。进入第四阶段，AB方向红灯38秒;CD方向绿灯35秒。（9）当CD方向绿灯35秒倒计时完。进入第五阶段，AB方向红灯3秒;CD方向黄灯3秒，且黄灯

10、以40ms的速度闪烁。（10）AB方向红灯和CD方向黄灯3秒同时倒计时完毕，重新循环。五、软件设计5.1、每秒钟的设定 延时方法可以有两种一中是利用AT89C51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。5.2、秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值为的软件计数器和使定时毫秒这样每当到毫秒时就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到可以返回到输出时间显示程序.5.3、相应程序代码（）主程序定时器需定时10毫秒，故工作于方式。初值：T0初值=216-fose/12Xt=216-(12X106X0

11、.01)/12=55536D=D8F0H ORG 0000H MAIN: MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0F0H MOV TH0,#0D8H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SETB EX0 SETB EX1 SETB IT0 CLR IT1 SETB PT0（）中断服务子程序 ORG 000BH ZHD2: MOV TL0,#0F0H ;重先赋值 MOV TH0,#0D8H CLR P3.4 RETI5.4、键盘显示流程图键盘“设置”按下主程序“加”键按下程序设 置“加”数字显示程序“减”数字显示程序主程序“减”键按下5.5、 软件延时 MCS-51的工作

12、频率为2-12MHZ，我们选用的AT89C51单片机的工作频率为12MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12M）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析：DEL: MOV R7,#40 ; ;延时10msDEL1: MOV R6,#123 NOPDEL2: DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 RET 5.6、软件流程图：见附录5.7、源程序代码 ORG 0000H ;伪指令、程序开始、中断入口地址 LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZHD

13、1 ORG 000BH LJMP ZHD2 ORG 0013H LJMP ZHD3 ORG 1000H;主程序MAIN:MOV TMOD,#01H ;设工作方式 MOV TL0,#0F0H ;设初值 ,单片机晶振12M，定时10MS MOV TH0,#0D8H SETB EA ;开放总中断 SETB ET0 ;开放T0中断 SETB TR0 ;启动T0定时 SETB EX0 ;开放外中断0 SETB EX1 ;开放外中断1 SETB IT0 ;设外中断0为边沿触发 CLR IT1 ;设外中断1为低电平有效 SETB PT0CYCLE:MOV R0,#60 ;AB方向绿灯显示时间 MOV R1,

14、#65 ;CD方向红灯显示时间 MOV R2,#25 ;为延时1秒而用;CD红灯 AB绿灯LOOP1:SETB P3.4 MOV P1,#01H SETB P1.7 ;点亮红灯 SETB P1.4 ;点亮绿灯 LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R2,LOOP1 MOV R2,#25 DEC R1 DJNZ R0,LOOP1 MOV R0,#3 ;AB方向黄灯显示时间;CD红灯 AB黄灯LOOP2:MOV P1,#01H SETB P1.7 ;点亮红灯 SETB P1.3 ;点亮黄灯LLJ: LCALL DISPLAY ;调用显示程序 CPL P1.3 DJNZ R2,LLJ

15、 DEC R1 MOV R2,#25 DJNZ R0,LOOP2 MOV R0,#40 ;AB方向红灯显示时间;CD红灯 AB红灯LOOP3:MOV P1,#01H SETB P1.7 ;点亮红灯 SETB P1.2 ;点亮红灯 LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R2,LOOP3 MOV R2,#25 DEC R0 DJNZ R1,LOOP3 MOV R1,#35 ;CD方向绿灯显示时间;CD绿灯 AB红灯LOOP4:MOV P1,#01H SETB P1.5 ;点亮绿灯 SETB P1.2 ;点亮红灯 LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R2,LOOP4

16、 MOV R2,#25 DEC R0 DJNZ R1,LOOP4 MOV R1,#3 ;CD方向黄灯显示时间;CD黄灯 AB红灯LOOP5:MOV P1,#01H SETB P1.6 ;点亮黄灯 SETB P1.2 ;点亮红灯LLJ1: LCALL DISPLAY ;调用显示程序 CPL P1.6 DJNZ R2,LLJ1 MOV R2,#25 DEC R0 DJNZ R1,LOOP5 LJMP CYCLE;键盘中断程序ZHD1: LCALL DISPLAY JB P3.6,Q2 INC R1 INC R0 CJNE R1,#99,TIAO2 MOV R1,#00HTIAO2:CJNE R0,

17、#99,TIAO3 MOV R0,#00HTIAO3:LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY JNB P1.0,Z2Q2: JB P3.7,WAIT1 DEC R1 DEC R0 CJNE R1,#00H,TIAO MOV R1,#99TIAO: CJNE R0,#00H,TIAO1 MOV R0,#99TIAO1:LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL D

18、ISPLAYWAIT1:JNB P1.0,Z2WAIT: LJMP ZHD1Z2: RETI;时间中断程序ZHD2: MOV TL0,#0F0H ;重先赋值 MOV TH0,#0D8H CLR P3.4 RETI;应急通道中断程序ZHD3:MOV P1,#85H MOV P0,#30H MOV P2,#30H JNB P3.3,ZHD3 RETI;数显显示DISPLAY:MOV A,R0 ;AB方向时间的显示 MOV B,#10 DIV AB ;把要显示的数的十位存放在A中,个位存放在B中 ADD A,#10H ;位选通十位 MOV P0,A ;显示十位数字TI0: JNB P3.4,TT S

19、JMP TI0TT: SETB P3.4 MOV A,B ADD A,#20H ;位选通个位 MOV P0,A ;显示个位数字TI1: JNB P3.4,TT1 SJMP TI1TT1: SETB P3.4;CD方向的显示 MOV A,R1 ;CD方向时间的显示 MOV B,#10 DIV AB ADD A,#10H ;位选通十位 MOV P2,A ;显示十位数字TI2: JNB P3.4,TT2 SJMP TI2TT2: SETB P3.4 MOV A,B ADD A,#20H ;位选通个位 MOV P2,A ;显示个位数字TI3: JNB P3.4,TT3 SJMP TI3TT3: SET

20、B P3.4 RET参考文献：1、单片微机原理与接口技术主编：曾一红 副主编：刘虹、李寿强2、数字电子技术蒋正萍、刘虹、张松、李小平编著3、后记： 在做本实验期间遇到了诸多的问题：1、从P1口连接出来的那一个数码管无法显示数字，解决：通过询问老师，了解到P1口内部不存在上拉电阻，输出的电流较小，无法驱动数码管显示。2、在对数码管的显示时间做设置时，进入设置状态后，二个数码管只有一个数显亮了，经过对软硬件的多方调试，最终发现在进入设置状态时，没有对二个数码管进行循环显示。3、黄灯无法闪烁，解决问题：首先我对软件的显示程序进行不同的设置，对显示部分每循环一次就对黄色对应单片机口求反，而此时出现了黄灯显示后一直无法熄灭。而最终我把显示部分的程序改为只循环一次，而增加了主程序中的循环次数。4、这是最重要的一步，也就是首先提出在做此实验时要完成的目标四。到目前为此，我就还无法找出如何用PC机去控制单片机。附录附录：交通灯硬件线路图附录：软件流程图开始初始化AB方向绿灯倒计时，CD方向红灯倒计时AB方向黄灯倒计时，CD方向红灯倒计时AB方向红灯倒计时，CD方向红灯倒计时AB方向红灯倒计时，CD方向绿灯倒计时AB方向红灯倒计时，CD方向黄灯倒计时AB方向数码是否为0AB方向数码是否为0CD方向数码是否为0CD方向数码是否为0AB方向数码是否为0结束N N N N N YYYYY自动返回11