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地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是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，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，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。本系统采用单片机 AT89C52 为中心器件来设计交通灯控制器。本设计是一个单片机控制交通灯系统设计。交通灯控制系统设计主要是利用 AT89C52 制作并仿真,由此来加深我们对单片机的各种模块的理解和应用能力。本系统由单片机系统、键盘
2、、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is continuously to further, traditional control test on new PE updates. In real-time detection and automatic control of single-chip microcomputer application syst
3、em, is often used as a core component, knowledge is not only the MCU, still should according to specific hardware structure, and the view of the specific application software, the object characteristics. The traffic lights, traffic can effectively control, relieves traffic flow, to improve traffic c
4、apacity, reduce the number of traffic accidents has obvious effect. This system USES the monolithic AT89C52 as the center to design traffic controller.This design is a single-chip microcomputer control traffic system design. Traffic control system is designed by AT89C52 production and simulation, th
5、us to deepen our understanding of the module of MCU and practical ability. This system consists of SCM system, keyboard, LED display system, traffic demonstration. System including the sidewalk, left, right, and the basic function of the traffic lights.目 录1 概述 .41.1 单片机概述 41.2 交通灯的作用 51.3 交通灯课程设计的任务
6、 .52 系统总体设计方案及硬件设计.72.1 设计思路及关键技术 72.2 设计要求 72.3 系统框图 83 软件设计 .113.1 交通灯控制程序 123.2 显示程序 123.3 时间中断程序 154 课程设计体会和总结 .23参考文献 24附一：源程序代码 25附二：系统原理图 33第 3 页 共 22 页1 概述1.1 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
7、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 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。单片机是控制系统的核心，具有本系统所需的 I/O 口、数据存储器、程序存储器等主要部分；LED 显示用于指示红、黄、绿交通信号灯的亮或灭；数码管用于显示交通信号灯亮的剩余时间；时间设定用于设定红、黄、绿交通信号灯的亮总时间；驱动电路是弥补 I/O 口驱动能力的不足。1976 年 INTEL 公司推出了 MCS-48 单片机，这个时期的单片机才是真正的8 位单片微型计算机，并推向市场。它以体积
8、小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。 在 MCS-48 的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象 Zilog 公司的 Z8 系列。到了 80 年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象 INTEL 公司的 MCS-51 系列，Motorola 公司的 6801 和 6802 系列，Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等,此外,日本的著名电气公司 NEC 和 HITACHI 都相继开发了具有自己特色的专用单片机。 80 年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300 多个品种
9、，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的 I/O 接口、多种中断系统，甚至还有一些带 A/D 转换器的单片机，功能越来越强大，RAM 和 ROM 的容量也越来越大，寻址空间甚至可达 64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。 九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国 Microchip 公司发布了一种完全不兼容 MCS-51 新一代 PIC 系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有 33 条精简指令集吸引了不少用户，使人们从
10、INTEL 的 111 条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。Rongsheng.Net 容声网络 版权所有。1.2 交通灯的作用随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而
11、，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文
12、主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。第 5 页 共 22 页1.3 交通灯课程设计的任务（1）利用 AT89C51 单片机控制信号灯。（2）结合实际情况，控制红黄绿灯交通灯的亮和灭。（3）可以调节红.黄.绿交通灯的亮灭的时间。提高要求 ：（1）采用 LED 数码管显示红黄绿灯的剩余时间。（）通过按键设定红绿灯的时间。（）控制东西南北方向红黄绿灯的亮灭的时间。（）控制系统的原理图采用绘图软件绘制。2.系统总体设计方案及硬件设计2.1 设计思路及关键技术一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。单片机是
13、集成的 IC 芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。 基于单片机的交通灯的设计时要充分的认识以 3 个问题：（1）因为本系统是交通灯控制系统，所以要先了解实际交通灯的变化规律。在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。假设一个十字路口没有分主干道与支干道之分。初始状态 0 为南北绿灯，东西红灯。然后转状态 1 东西南北黄灯闪烁。过一段时间转状态 2，南北黄灯闪几次转亮红灯，东西由黄灯闪几次转亮绿灯。再转状态 3，再一次东西南北黄灯闪烁。过一段时间转状态
14、4，南北黄灯闪几次转亮绿灯，东西黄灯闪几次转亮红灯灯。最后循环至状态 1。（2）用 LED 数码管显示交通灯的剩余时间。由上面知：南北绿灯时间=东西红灯时间，南北黄灯时间=东西黄灯时间，南北红灯时间=东西绿灯时间。所以只需要设计南北的绿灯，黄灯，红灯时间即可，一下用其代替东西的绿灯，黄灯，红灯时间。当南北绿灯亮时，LED 数码管显示绿灯剩余时间。南北黄灯闪亮时，显示黄灯剩余时间。南北方向红灯时间亮时，显示红灯的剩余时间。2.2 设计要求1A 道和 B 道上均有车辆要求通过时，A、B 道轮流放行。A 放行 5 分钟（调试时改成 5 秒钟） ，B 道上放行 4 分钟（调试时改成 4 秒钟） 。2绿
15、灯转换成红灯时黄灯亮一秒钟。3一道有车而另一道无车（实验时用开关 K0 和 K1 控制） ，交通灯控制系统能立即让有车道放行。4、有紧急车辆通过时，系统能禁止普通车辆通行，A 、B 道均为红灯，经济车由 K2 开关模拟。2.3 系统框图时 间设 定单 片 机驱动 数码管显示LED 单元系统框图2.4 硬件设计1.交通灯信号控制电路用 P1 口作信号输出端来控制 12 个灯的亮灭，因为单片机的驱动电流非常小，为了使 LED 能够发光或者亮的更明显，用 1K 的上拉电阻组成驱动电路。南北的绿灯，黄灯，红灯（东西的绿灯，黄灯，红灯）同时亮也同时灭，可以使第 7 页 共 22 页其串联或并联。如果并联
16、是 5V 电压经过 1K 电阻后将被两个 LED 分流，每个只有 2.5mA。如果是串联 5V 电压经过 1K 电阻后将有 5 mA 流经两个 LED。所以串联时的 LED 的亮度将比并联时的大。硬件电路如下图所示：D?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDR?RES2R? RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES25VP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.72.LED 动态显示器接口电路由于南北的绿灯，黄灯，红灯时间相同，可用一个两位一体的共阴极数码管显示相应的时间，同理东西的绿灯，黄灯，红灯
17、时间一个两位一体的共阴极数码管显示，所以可用一个四位一体的 LED 显示南北和东西的时间。单片机的驱动电流非常小，采用 74LS245 同相三态缓冲器器作驱动电路。为了减少硬件开支采用动态显示电路。P0 口输出字型码，P1 口的前四位 P2.0P2.3 作位选端。硬件电路如下图所示：A0 2A13A2 4A3 5A46A5 7A6 8A79B018 B117 B216B315 B414 B513B612 B711E 19DIR174LS245abfcgde1 a fdpabfcgde2 3 bdpabfcgde4 dpabfcgdee d dp c gdpLEDGNDP0.7P0.6P0.5P
18、0.4P0.3P0.2P0.1P0.0P2.0P2.1P2.2P2.33.开关电路设置绿灯，黄灯，红灯时间和处理紧急情况，可以通过两个外部中断共同完成，也可以通过 I/O 口用查询方式实现。这里用四个按键连接 P2 口的后四个口，连接 P2.4P2.6 的按键分别控制绿灯，黄灯，红灯的初始时间的设定，每按一下其值加一并显示设置后的时间和点亮数秒设置的灯（为分辨设置的是哪一灯的时间） ，连接 P2.7 口的按键按一下东西南北都亮红灯表示有紧急情况发生，当紧急情况处理完后再按一下就会恢复正常。硬件电路如下图所示：S?SW-PBS?SW-PBR?RES2 R?RES2 R?RES2R?RES2S?S
19、W-PBS?SW-PBGNDGNDP2.4P2.5P2.6P2.73 软件设计程序首先要完成交通灯四个状态的依次循环，并且显示每个状态的剩余时第 9 页 共 22 页间，对时间的计算要用到定时程序即每到一秒对正在运行状态的剩余时间减一，当从新设定绿灯，黄灯，红灯的时间初始值或要处理紧急情况时要通过外部按键实现，从而要有相应的按键处理程序。所以可以将程序分成交通灯控制程序，显示程序，时间中断程序，按键程序。以下是程序的总体流程图。南北红灯亮（东西绿灯亮东西南北黄灯亮显示时间黄灯剩余时间是否为零显示时间红灯剩余时间是否为零给黄灯时间赋值给红灯时间赋值Y YYN NN结束给绿灯时间赋值绿灯剩余时间是
20、否为零是否有键按下处理程 序是否有键按下处理程 序是否有键按下处理程 序NY YYNN南北绿灯亮（东西红灯亮）开始显示时间3.1 交通灯控制程序首先如何使东西南北 12 个灯按照设计时想的依次循环 4 个状态。P1.7P1.2 依次连接南北的绿灯，黄灯，红灯,东西的绿灯，黄灯，红灯如图2.1。所以 4 种状态依次为 B，B，B，B，B。由状态分析可知当交通灯的剩余时间显示完以后先向右移两位，再向左移两位（为了使其能够左移两位，所以设置 38H 单元的内容为奇数时左移，38H 初始值为 00）相应的程序为：START2: CJNE R1,#00,LEFTMOV R3,#01MOV A,R4JB
21、Acc.2,LEFTRR AMOV R4,AAJMP START1LEFT: INC 38HMOV A,38HMOV B,#2DIV ABMOV R1,BMOV R3,#01MOV A,R4JB ACC.7,START2RL AMOV R4,A3.2 显示程序为了减少硬件开销，按照所发的器件，我们的显示程序采用动态显示。P0P3 口送位选地址。P0 口送字型码（共阴极） 。显示的是正在亮的灯的剩余时间，所以先判断哪个灯亮，再把相应的剩余时间的 BCD 码送到显存里（40H43H） ，然后扫描显存，P2P3 口扫描对应的数码管位选端，将正在亮的交通灯的剩余时间显示出来。程序流程图为：第 11 页
22、 共 22 页显示判断现在那一灯亮绿灯亮 黄灯闪亮 红灯亮显示绿灯时间 显示绿灯时间 显示绿灯时间动态显示返 回相应的程序为：DISPLAYBCD1: MOV A,R4 ;判断正在亮的是那一灯JNB ACC.7,YELLOWMOV A,30HLCALL DIV1LJMP DISPLAYBCD2YELLOW: JNB ACC.6,REDMOV A,31HACALL DIV1LJMP DISPLAYRED: JNB ACC.5,STARTMOV A,32HACALL DIV1AJMP DISPLAYDISPLAYBCD2: FLASH: MOV A,R4 ;如果是黄灯执行闪烁程序JNB ACC.6
23、,DISPLAY1MOV P1,R4HERE1: DJNZ R6,HERE1MOV R6,#0FFHHERE3: DJNZ R6,HERE3MOV R6,#0FFHMOV P1,#00HERE2: DJNZ R6,HERE2MOV R6,#60DISPLAY1: MOV A,R3 ;判断剩余时间是否显示完JZ FNAHUI ；89C52 的 JZ 指令不能直接 AJMP CONTINUE ；跳转到 START2 用间接跳转FNAHUI: LJMP START2CONTINUE: MOV P1,R4MOV R5,#0FEH ;显示程序MOV R0,#40HDISPLAY: MOV P2,R5MO
24、V A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AHERE: DJNZ R6,HEREMOV R6,#0FFHHERE4: DJNZ R6,HERE4MOV R6,#0FFHMOV A,R5JNB ACC.3,FNAHUI1LJMP CONTINUE1第 13 页 共 22 页FNAHUI1: LJMP DISPLAYBCD2CONTINUE1: RL AMOV R5,AINC R0LJMP DISPLAYRET3.3 时间中断程序对绿灯，黄灯，红灯剩余时间的处理通过定时中断来处理。设置定时器初始值 MOV TH1,#03CH，MOV TL1,#0B0H，每 50
25、ms 产生一次中断，循环 20 次后即一秒后再处理中断程序，对当前正在亮着的灯的缓存单元的值减一然后返回，当减到零时付初值，使 R3 为 00 返回（当主程序检查到 R3 为零时会转换到下一个状态） 。程序流程图为：时间中断是否到一秒判断当前哪一灯亮绿灯时间减 1 黄灯时间减 1 红灯时间减 1绿灯剩余时间是否为零黄灯剩余时间是否为零红灯剩余时间是否为零给绿灯时间赋值给黄灯时间赋值给红灯时间赋值中断返回Y YYN NN绿 黄 红相应的程序为：TIME: PUSH ACCPUSH PSWMOV TH1,#03CH ;时间中断MOV TL1,#0B0HDJNZ R2,POPO1MOV R2,#20
26、JUDGE: PUSH ACC ;判断当前是那一灯亮MOV A,R4JNB ACC.7,J2第 15 页 共 22 页DEC 30H ;绿灯MOV A,30HLCALL DIV1MOV R3,30HCJNE R3,#00,POPOMOV 30H,50HPOP ACCRETJ2: JNB ACC.6,J3DEC 31HMOV A,31H ; 黄灯LCALL DIV1MOV R3,31HCJNE R3,#00,POPOMOV 31H,51HPOP ACCRETJ3: JNB ACC.5,popoDEC 32H ;红灯MOV A,32HLCALL DIV1MOV R3,32HCJNE R3,#00,
27、POPOMOV 32H,52HPOPO: POP ACCRETIPOPO1: POP PSWPOP ACCRETI 4.系统仿真4 课程设计体会和总结通过这次的对交通灯的设计，使我对用单片机设计电路有了更深刻的理解和掌握，更好的了解和掌握了一些编程思想和对 I/O 口的使用。这次实训通过一个单片机的 I/O 口来控制交通灯,由于使用的是单片机 AT89C52 作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大,而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合和扩展。在编程的过程中主要是是模仿其它的编程思路,又加了一些自己的思想,还是比较顺利的。X1CRYSTALR11k6XTAL218XTA
28、L119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/A237.3/D36P0.4/A435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78 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/A225.5/136.6/47U3AT89C52 R31k641k6C11nFC21nF A02B018 1317 A24B216 3535A46B414 5753 A68B
29、612 797CE19AB/U174LS24521k6C31nFR10k6R91k6D1LE-REDD2LE-REDD3LED-RE D4LED-RED5LE-GRN7LED-GREND8LE-GREN 9LED-YELOW10LE-YELOWD1LED-YELOW 12LED-YELOWD13LED-GREN第 17 页 共 22 页在我们设计和调试的过程中在这次交通灯设计中，我感触最深的就是电路焊接的困难，原本简单明了的设计在焊接过程之中却会出现很多莫明其妙的错误，以至于最后不得不重新设计一个更为简单的系统来完成任务，这让我了解到制作与设计之间的差距，制作过程中远不可能达到设计所需要的完美
30、条件，今后我会更加重视动手能力的培养，只有把理论与实践结合起来，才能取得更大的收获。 本系统结构简单，操作方便；可现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。参考文献1 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，19982 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 1994 3 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1992 4 谭浩强.单片机课程设计. 京：清华大学出版社，1989
31、5 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990 6 余发山 单片机原理及应用技术 中国矿业大学出版社 2003附一：源程序代码控制程序：START2: CJNE R1,#00,LEFTMOV R3,#01MOV A,R4JB Acc.2,LEFTRR AMOV R4,AAJMP START1LEFT: INC 38HMOV A,38HMOV B,#2DIV ABMOV R1,BMOV R3,#01MOV A,R4JB ACC.7,START2RL AMOV R4,A 显示程序：DISPLAYBCD1: MOV A,R4 ;判断正在亮的是那一灯JNB ACC.7,YE
32、LLOWMOV A,30HLCALL DIV1LJMP DISPLAYBCD2YELLOW: JNB ACC.6,REDMOV A,31H第 19 页 共 22 页ACALL DIV1LJMP DISPLAYRED: JNB ACC.5,STARTMOV A,32HACALL DIV1AJMP DISPLAYDISPLAYBCD2: FLASH: MOV A,R4 ;如果是黄灯执行闪烁程序JNB ACC.6,DISPLAY1MOV P1,R4HERE1: DJNZ R6,HERE1MOV R6,#0FFHHERE3: DJNZ R6,HERE3MOV R6,#0FFHMOV P1,#00HER
33、E2: DJNZ R6,HERE2MOV R6,#60DISPLAY1: MOV A,R3 ;判断剩余时间是否显示完JZ FNAHUI ；89C52 的 JZ 指令不能直接 AJMP CONTINUE ；跳转到 START2 用间接跳转FNAHUI: LJMP START2CONTINUE: MOV P1,R4MOV R5,#0FEH ;显示程序MOV R0,#40HDISPLAY: MOV P2,R5MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AHERE: DJNZ R6,HEREMOV R6,#0FFHHERE4: DJNZ R6,HERE4MOV R
34、6,#0FFHMOV A,R5JNB ACC.3,FNAHUI1LJMP CONTINUE1FNAHUI1: LJMP DISPLAYBCD2CONTINUE1: RL AMOV R5,AINC R0LJMP DISPLAYRET时间中断程序：TIME: PUSH ACCPUSH PSWMOV TH1,#03CH ;时间中断MOV TL1,#0B0HDJNZ R2,POPO1MOV R2,#20JUDGE: PUSH ACC ;判断当前是那一灯亮MOV A,R4JNB ACC.7,J2DEC 30H ;绿灯MOV A,30HLCALL DIV1MOV R3,30HCJNE R3,#00,POP
35、OMOV 30H,50H第 21 页 共 22 页POP ACCRETJ2: JNB ACC.6,J3DEC 31HMOV A,31H ; 黄灯LCALL DIV1MOV R3,31HCJNE R3,#00,POPOMOV 31H,51HPOP ACCRETJ3: JNB ACC.5,popoDEC 32H ;红灯MOV A,32HLCALL DIV1MOV R3,32HCJNE R3,#00,POPOMOV 32H,52HPOPO: POP ACCRETIPOPO1: POP PSWPOP ACCRET附二：系统原理图Y?CRYSTALC?CAPC?CAP C?CAPR?R?+5S?SW-P
36、BD?LEDD?LEDD?LEDD?LEDD?LED D?LEDD?LEDD?LED D?LEDD?LEDD?LEDD? LEDS?SW-PBS?SW-PBR?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2R?RES2A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR174LS245abfc gde1 a fdpabfc gde2 3 bdpabfc gde4dpabfc gdee d dp c gdpLED5VEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U?AT89C52S?SW-PBS?SW-PBGNDGNDGND
