1、课 程 设 计2013 年 7 月 8 日东北石油大学课程设计任务书课 程 单片机课程设计 题 目 定时器控制交通指示灯 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 课程 单片机课程设计 题目 定时器控制交通指示灯 专业 姓名 学号 一、任务以 AT89C51 单片机为控制核心， 利用单片机内部定时器资源设计出一种可编程的交通指示灯模拟演示系统。二、设计要求1 掌握单片机内部定时器部分的基础知识；2 东西向绿灯亮 5 秒后，黄灯闪烁，闪烁 5 次亮红灯；红灯亮后，南北向由红灯变成绿灯，5 秒后南北向黄灯闪烁，闪烁 5 次亮红灯，东西向绿灯亮，如此反复；3 基本电路包括：单片机最小系统、LE
2、D 指示灯电路等；4 提交设计报告、电路图及程序源码。三、参考资料1 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 刘润华,刘立山.模拟电子技术J.山东:石油大学出版社,2003.3 苏成富.彩灯控制器J.北京:电机电器技术,2000，（01）.4 祝富林.音乐彩灯电路 CS9482J.北京:电子世界,1995，（12）.5 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2013.7.1 - 2013.7.10 指导教师 专业负责人 2013 年 6 月 29 日单片机课程设计目 录第 1 章 绪论.11.1 交通灯概述 21
3、.2 交通灯控制技术状况 21.3 本设计任务 2第 2 章 总体方案论证与设计 32.1 按键设置模块 32.2 信号灯状态模块 32.3 总体硬件组成框图 3第 3 章 系统硬件设计43.1 AT89C51 单片机模块的硬件设计.43.2 控制部分74LS164 芯片简介 53.3 其它器件63.4 交通信号模拟控制系统原理图83.5 硬件资源及其分配 .9第 4 章 系统的软件设计104.1 程序框图设计 104.2 程序流程图 11第 5 章 系统调试与测试结果分析125.1 使用的仪器仪表 .125.2 系统调试 .125.3 测试结果 .13结 论14参考文献15附录 1 程序 .
4、16单片机课程设计0第 1 章 绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技
5、术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行” 。 1918 年，又出现了带控制
6、的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故 1。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内
7、行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。单片机课程设计11.1 交通灯概述交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个数码管来显示被点亮的指示灯还将点亮多久。往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码管来倒计时。当南北方向为绿灯和黄灯时，东西向
8、的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯和黄灯时，南北向的红灯亮禁止通行。1.2 交通灯控制技术状况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，紧急处理等功能。驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。1.2.1 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 2。1.2.2 时间手动设置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。本系统要求的按
9、键控制不多，且 I0 口足够，可直接采用独立式。1.3 本设计任务单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，接入 LED 数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。单片机课程设计2第 2 章 总体方案论证与设计本设计系统以 AT89C51 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 倒计时模块接受输出。2.1 按键设置模块键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，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。在此过程中还要实时捕捉紧急按
10、键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。急停按键随时调用中断。2.2 信号灯状态模块采用串行 EEPROM（如 24C256 等）存储 LED 显示屏要显示的信息。串行EEPROM 技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的 2816、2817、2864 等并行 EEPROM 器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择 3。2.3 总体硬件组成框图AT89C51单片机复位电路I/O 口扩展
11、 中断系统 8 段 LED 数码管显示单片机课程设计3第 3 章 系统硬件设计实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C51 单片机及外围器件构成最小控制系统，12 个发光二极管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个 LED 东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键组成时间设置和紧急按钮等。3.1 AT89C51 单片机模块的硬件设计AT89C51 是美国 ATMEL 公司推出的系列单片机，将各种功能的 8 位 CPU 与FPEROM(快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的 CMOS 控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格便宜的方案，其
12、性能价格比远高于同类芯片 4。AT89C51 单片机为引脚双列直插芯片，有个 I/O 口，P0 ，P1， P2， P3，单片机的最小系统如图所示，18 引脚和 19 引脚接时钟脉冲电路，XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是震荡器倒相放大器的输入，XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端，在片内她是振荡器倒相放大器的输出端，第引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成上电复位电路，20 引脚为接地端，40 引脚为电源端（图中未显示） 。如图所示：XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0./AD0390.1/138P0.2/AD2370.3/336P0.4/
13、AD4350.5/534P0.6/AD630.7/732P1.011.2P1.231.34P1.451.56P1.671.78P3.0/RXD103.1/T 1P3.2/INT0123./IT113P3.4/T014P3.7/RD173.6/W163.5/T115P2.7/A1528P2.0/A8212.1/92P2./A10232.3/124P2.4/A12252.5/13262.6/1427U1AT89C51C12ufC22uFC32uf X1CRYSTALR120 R1k10k+5VR310kR410k图 2-1 总体硬件组成框图单片机课程设计43.1.1 AT89C51 的内部结构功能
14、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。数据存储器：数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51 中数据存储器的地址空间为 256 个 RAM 单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128 个，后 128 个被专用寄存器占用。程序存储器：程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89C51 内部配置了 4KB 闪存。定时/计数器：定时/计数器用于实现
15、定时和计数功能。AT89C51 共有 2 个16 位定时/计数器。并行输入输出（I/O）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。 每个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些 I/O 口还有其他功能。全双工串行口：A89C51 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。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AT89C51 共有
16、5 个中断源，其中有 2 个外部中断源和 3 个内部中断源 5。3.1.2 单片机的串行接口工作方式 51 单片机的串行接口有四种工作方式。方式 0 是将 SBUF 作为 8 位同步移位寄存器使用（固定波特率） ；方式 1 是 10 位异步通信方式（可变波特率） ；方式 2 是 11 位异步通信方式（固定波特率） ；方式 3 是 11 位异步通信方式（可变波特率） 。3.2 控制部分74LS164 芯片简介3.2.1 74LS164芯片的引脚图和说明XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54
17、P0.6/AD63.7/72P1.01.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78 P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51SRG8RC1/-东西路口计时寄存器SECOND2 EQU 31H ;南北路口计时寄存器DBUF EQU 40H ;显示码缓冲区 1TEMP EQU 44H ;显示码缓冲区 2LED_G1 BIT P2.1 ;东西路口绿灯LED_Y1 BIT P2.2 ;东西路
18、口黄灯LED_R1 BIT P2.3 ;东西路口红灯LED_G2 BIT P2.4 ;南北路口绿灯LED_Y2 BIT P2.5 ;南北路口黄灯LED_R2 BIT P2.6 ;南北路口红灯ORG 0000HLJMP STARTORG 0100HSTART: MOV TMOD,#01H ;置 T0 为工作方式 1MOV TH0,#3CH ;置 T0 定时初值 50msMOV TL0,#0B0HCLR TF0SETB TR0 ;启动 T0CLR AMOV P1,A ;关闭不相关的 LEDLOOP: MOV R2,#20 ;置 1S 计数初值，50ms*20=1sMOV R3,#20 ;红灯亮 2
19、0S单片机课程设计16MOV SECOND1,#25 ;东西路口计时显示初值 25sMOV SECOND2,#25 ;南北路口计时显示初值 25sLCALL DISPLAYLCALL STATE1 ;调用状态 1WAIT1: JNB TF0,WAIT1 ;查询 50ms 到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;回复 T0 定时初值 50msMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT1 ;判断 1S 到否 未到继续状态 1MOV R2,#20 ;置 50MS 计数初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1sDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1sLCALL DI
20、SPLAYDJNZ R3,WAIT1 ;状态 1 维持 20sMOV R2,#5 ;置 50MS 计时初值 5*4=20MOV R3,#3 ;路灯闪 3sMOV R4,#4 ;闪烁间隔 200msMOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值 5sMOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值 5sLCALL DISPLAY ;WAIT2: LCALL STATE2 ;调用状态 2JNB TF0,WAIT2 ;查询 50ms 到否CLR TF0 ;MOV TH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 50msMOV TL0,#0B0HDJNZ R4,WAIT2 ;判断 200MS 到否
21、 未到继续状态 2CPL LED_G1 ;东西绿灯闪MOV R4,#4 ;闪烁间隔 200MSDJNZ R2,WAIT2 ;判 1S 到否 未到继续状态 2MOV R2,#5 ;置 50MS 计数初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1SDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1SLCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT2 ;状态 2 维持 3SMOV R2,#20 ;置 50MS 计数初值MOV R3,#2 ;黄灯闪 2S单片机课程设计17MOV SECOND1,#2 ;东西路口计时显示初值 2SMOV SECOND2,#2 ;南北路口计时显示初值 2SLCALL
22、 DISPLAYWAIT3: LCALL STATE3 ;调用状态 3JNB TF0,WAIT3 ;查询 100MS 到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 100MSMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT3 ;判断 1S 到否 未到继续状态 3MOV R2,#20 ;置 100MS 计数初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1SDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1SLCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT3 ;状态 3 维持 2SMOV R2,#20 ;置 50MS 计数初值MOV R3,#20 ;红灯闪 20SMOV
23、 SECOND1,#25 ;东西路口计时显示初值 25SMOV SECOND2,#25 ;南北路口计时显示初值 25SLCALL DISPLAYWAIT4: LCALL STATE4 ;调用状态 4JNB TF0,WAIT4 ;查询 100ms 到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 100msMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT4 ;判断 1S 是否 未到继续状态 4MOV R2,#20 ;置 100MS 计数初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1SDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1SLCALL DISPLAYDJNZ R
24、3,WAIT4 ;状态 4 维持 20SMOV R2,#5 ;置 50MS 计数初值MOV R4,#4 ;红灯闪 20SMOV R3,#3 ;绿灯闪 3SMOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值 5SMOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值 5SLCALL DISPLAY单片机课程设计18WAIT5: LCALL STATE5 ;调用状态 5JNB TF0,WAIT5 ;查询 100MS 到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 100MSMOV TL0,#0B0HDJNZ R4,WAIT5 ;判断 200MS 到否？未到继续状态 5CPL L
25、ED_G2 ;南北绿灯闪MOV R4,#4 ;闪烁 200MSDJNZ R2,WAIT5 ;判断 1S 到否？未到继续状态 5MOV R2,#5 ;置 100MS 计时初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1SDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1SLCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT5 ;状态 5 维持 3SMOV R2,#20 ;置 50MS 计数初值MOV R3,#2 ;红灯闪 2SMOV SECOND1,#2 ;东西路口计时显示初值 2SMOV SECOND2,#2 ;南北路口计时显示初值 2SLCALL DISPLAYWAIT6: LCALL ST
26、ATE6 ;调用状态 6JNB TF0,WAIT6 ;查询 100MS 到否CLR TF0MOV TH0,#3CH ;恢复 T0 定时初值 100MSMOV TL0,#0B0HDJNZ R2,WAIT6 ;判断 1S 到否 未到继续状态 6MOV R2,#20H ;置 100MS 计数初值DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减 1SDEC SECOND2 ;南北路口显示时间减 1SLCALL DISPLAYDJNZ R3,WAIT6 ;状态 6 维持 2SLJMP LOOP ;大循环STATE1: ;状态 1SETB LED_G1 ;东西路口绿灯亮CLR LED_Y1CLR LED_R1
27、CLR LED_G2CLR LED_Y2单片机课程设计19SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮RETSTATE2: ;状态 2CLR LED_Y1CLR LED_R1CLR LED_G2CLR LED_Y2SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮RETSTATE3: ;状态 3CLR LED_G1CLR LED_R1CLR LED_G2CLR LED_Y2SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮SETB LED_Y1 ;东西路口绿灯亮RETSTATE4: ;状态 4CLR LED_G1CLR LED_Y1SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮SETB LED_G2 ;南北路口红灯亮CLR
28、 LED_Y2CLR LED_R2RETSTATE5: ;状态 5CLR LED_G1CLR LED_Y1SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮CLR LED_Y2CLR LED_R2RETSTATE6: ;状态 6CLR LED_G1CLR LED_Y1SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮CLR LED_G2单片机课程设计20CLR LED_R2SETB LED_Y2 ;南北路口黄灯亮RETDISPLAY: ;数码显示MOV A,SECOND1 ;东西路口计时寄存器MOV B,#10 ;十六进制数拆成两个十进制数DIV ABMOV DBUF+3,AMOV A,BMOV DBUF+2,A
29、MOV A,SECOND2MOV B,#10DIV ABMOV DBUF+1,AMOV A,BMOV DBUF,AMOV R0,#DBUFMOV R1,#TEMPMOV R7,#4DP10: MOV DPTR,#LEDMAPMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV R1,AINC R0INC R1DJNZ R7,DP10MOV R0,#TEMPMOV R1,#4DP12: MOV R7,#8MOV A,R0DP13: RLC AMOV P3.0,CCLR P3.1SETB P3.1DJNZ R7,DP13INC R0DJNZ R1,DP12单片机课程设计21RETLEDMAP:DB 3
30、FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH ;0,1,2,3,4,5DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH ;6,7,8,9,a,bDB 58H,5EH,7BH,0,40H ;c,d,e,f,-END附录 2 仿真效果图XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/180.2/237P.3/AD360.4/435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01.21.23P.341.45.56P1.67.78 P3.0/RXD10.1/T3.2/IN012P./IT133.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T152.7/A1528P
31、2.0/A821.1/92./023P.3/A142.4/225.5/136P.6/47UAT89C51C12ufC2uFC32uf X1CRYSTALR120 R1kk+5VSRG8RC1/-&1D1 32 456108 112913U274LS164SRG8RC1/-&1D1 32 456108 112913U374LS164SRG8RC1/-&1D1 32 456108 112913U474LS164SRG8RC1/-&1D1 32 456108 112913U574LS164R310kR410kD1LE-YLOWD2LE-YLOWD3LED-YLOW D4LED-YLOWD5LED-R
32、 D6LED-RD7LE-RDD8LE-RD9LED-GREN 10LED-GREND1LE-GREND12LE-GREN12U6:A401634U:B401656U:C40161312U6:D401110U6:E40198U6:F401XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/A237.3/D36P0.4/A435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78 P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/
33、A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47UAT89C51C12ufC2uFC32uf X1CRYSTALR120 R1kk+5VSRG8RC1/-&1D1 32456108112913U274LS164SRG8RC1/-&1D1 32456108112913U374LS164SRG8RC1/-&1D1 32456108112913U474LS164SRG8RC1/-&1D1 32456108112913U574LS164R310kR410kD1LE-YLOWD2LE-YLOWD3LED-YLOW D4LED-YLOWD5LED-R
34、D6LED-RD7LE-RDD8LE-RD9LED-GREN 10LED-GREND1LE-GREND12LE-GREN12U6:A401634U:B401656U:C40161312U6:D401110U6:E40198U6:F401东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称 单片机课程设计题目名称 定时器控制交通信号灯学生姓名 学号指导教师姓名 职称副教授讲师序号 评价项目 指 标 满分 评分1 工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。 202 课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453 创新 工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。 54 答辩 能正确回答指导教师所提出的问题。 30总分评语：指导教师： 年 月 日
