基于单片机的交通灯信号控制器.docx
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基于单片机的交通灯信号控制器
基于单片机的交通灯信号控制器
设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。
已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯,在东西方向有两个数码管,在南北方向也有两个数码管。
要求交通灯按照表1进行显示和定时切换,并要求在数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。
表1交通灯的状态切换表
南北方向
东西方向
序号
状态
序号
状态
1
绿灯亮25秒,红、黄灯灭
1
红灯亮30秒,绿、黄灯灭
2
黄灯亮5秒,红、绿灯灭
3
红灯亮30秒,绿、黄灯灭
2
绿灯亮25秒,红、黄灯灭
3
黄灯亮25秒,红、绿灯灭
回到状态1
回到状态1
3.2.1模块1:
系统设计
(1)任务分析与整体设计思路
试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。
计时功能:
要实现计时功能则需要使用定时器来计时,通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔,再利用一个变量记录定时器溢出的次数,达到定时1秒中的功能。
当计时每到1秒钟后,东西、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。
当暂存剩余时间的变量减到0时,切换到下一个状态,同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。
开始下一个状态,如此循环重复执行。
动态扫描:
需要使用4个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字,将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位”和“个位”,用动态扫描的方式在数码管中显示。
整个程序依据定时器的溢出数来计时,每计时1S则相应状态的剩余时间减1,一直减到0时触发下一个状态的开始。
(2)单片机型号及所需外围器件型号,单片机硬件电路原理图
图3-5交通灯硬件电路原理图
选用MCS51系列AT89S51单片机作为微控制器,选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块,由于AT89S51单片机驱动能力有限,采用两片74HC244实现总线的驱动,一个74HC244完成共阴极数码管位控线的控制和驱动,另一个74HC244完成数码管的7段码输出,在7段码输出口上各串联一个100欧姆的电阻对7段数码管限流。
用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制,实现交通灯信号的显示,每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。
硬件电路原理图如图3-5所示。
(3)程序设计思路,单片机资源分配以及程序流程
单片机资源分配
单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出,控制发光二极管的显示。
在计时模块中,需要定义两个数组变量(init_sn[3],init_ew[3])来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值,题目中每个方向的交通灯共有3种显示状态,因此数组元素个数为3。
还需要定义两个变量(cnt_sn,cnt_ew)暂存东西、南北两个方向的倒计时剩余时间。
在状态的切换中,为了明确当前处于哪种状态,东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn,state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时,状态变量增1,表示启动下一个状态,当该变量增到3时变为0,回到序号为1的状态。
②程序设计思路
在设计中,由于没有键盘功能,因此只涉及定时计数和动态扫描功能。
主程序将变量初始化之
后,设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值,将定时器T1的工作方式设置为8位自动
装载模式,定时器每隔250us产生一次溢出。
在初始化变量与寄存器后,主程序进入一个循环结构,在循环中只做动态扫描的工作,根据东西、南北两向的剩余时时间进行动态扫描显示。
计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现,在中断服务程序中,每计时到一秒时,则各方向当前状态的剩余时间减1,一直减到0时触发下一个状态的开始,改变交通灯的指示。
③程序流程
图3-7交通灯主程序流程图
图3-8中断服务程序流程图
(4)软硬件调试方案
软件调试方案:
伟福软件中,在“文件\新建文件”中,新建C语言源程序文件,编写相应的程序。
在“文件\新建项目”的菜单中,新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。
在“项目\编译”菜单中将C源文件编译,检查语法错误及逻辑错误。
在编译成功后,产生以“*.hex”和“*.bin”后缀的目标文件。
硬件调试方案:
在设计平台中,将单片机的P3.0-P3.5分别与独立式键盘的相应位通过插线连接起来。
在伟福中将程序文件编译成目标文件后,运行“MCU下载程序”,选择相应的flash数据文件,点击“编程”按钮,将程序文件下载到单片机的Flash中。
然后,上电重新启动单片机,检查所编写的程序是否达到题目的要求,是否全面完整地完成试题的内容。
3.2.2程序设计(仅供参考的C语言源程序)
//晶振:
11.0592MT1-250微秒溢出一次
/*变量的定义:
show_val_sn,show_val_ew:
显示的值0-59
state_val_sn,state_val_ew:
状态值南北方向0-绿灯亮;1-黄灯亮;2-红灯亮
T1_cnt:
定时器计数溢出数
cnt_sn,cnt_ew:
倒计时的数值
init_sn[3],init_ew[3]倒计时
led_seg_code:
数码管7段码
*/
#include"reg51.h"
sbitSN_green=P3^2;//南北方向绿灯
sbitSN_yellow=P3^1;//南北方向黄灯
sbitSN_red=P3^0;//南北方向红灯
sbitEW_green=P3^5;//东西方向绿灯
sbitEW_yellow=P3^4;//东西方向黄灯
sbitEW_red=P3^3;//东西方向红灯
unsignedchardatacnt_sn,cnt_ew;
unsignedintdataT1_cnt;
unsignedchardatastate_val_sn,state_val_ew;
charcodeled_seg_code[10]={0x3f,0x06,0x05b,0x04f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
charcodeinit_sn[3]={24,4,29};
charcodeinit_ew[3]={29,24,4};
//------------------------
voiddelay(unsignedinti)//延时
{while(--i);}
//------------------------
voidled_show(unsignedintu,unsignedintv)
{unsignedchari;
i=u%10;//暂存个位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xbf;
delay(100);//延时
i=u%100/10;//暂存十位
P0=led_seg_code[i];
P2=0x7f;
delay(100);//延时
i=v%10;//暂存个位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xfe;
delay(100);//延时
i=v%100/10;//暂存十位
P0=led_seg_code[i];
P2=0xfd;
delay(100);//延时
}
//-------------------------
voidtimer1()interrupt3//T1中断
{T1_cnt++;
if(T1_cnt>3999)//如果计数>3999,计时1s
{T1_cnt=0;
if(cnt_sn!
=0)//南北方向计时
{cnt_sn--;}
else
{state_val_sn++;
if(state_val_sn>2)state_val_sn=0;
cnt_sn=init_sn[state_val_sn];
switch(state_val_sn)//根据状态值,刷新各信号灯的状态
{case0:
SN_green=0;//南北方向绿灯
SN_yellow=1;//南北方向黄灯
SN_red=1;//南北方向红灯
break;
case1:
SN_green=1;//南北方向绿灯
SN_yellow=0;//南北方向黄灯
SN_red=1;//南北方向红灯
break;
case2:
SN_green=1;//南北方向绿灯
SN_yellow=1;//南北方向黄灯
SN_red=0;//南北方向红灯
break;
}
}
if(cnt_ew!
=0)//东西方向计时
{cnt_ew--;}
else
{state_val_ew++;
if(state_val_ew>2)state_val_ew=0;
cnt_ew=init_ew[state_val_ew];
switch(state_val_ew)//根据状态值,刷新各信号灯的状态
{case0:
EW_green=1;//东西方向绿灯
EW_yellow=1;//东西方向黄灯
EW_red=0;//东西方向红灯
break;
case1:
EW_green=0;//东西方向绿灯
EW_yellow=1;//东西方向黄灯
EW_red=1;//东西方向红灯
break;
case2:
EW_green=1;//东西方向绿灯
EW_yellow=0;//东西方向黄灯
EW_red=1;//东西方向红灯
break;
}
}
}
}
//-------------------------
main()
{//初始化各变量
cnt_sn=init_sn[0];
cnt_ew=init_ew[0];
T1_cnt=0;
state_val_sn=0;//启动后,默认工作在序号为1的状态
state_val_ew=0;
//初始化各灯的状态
SN_green=0;//南北方向绿灯亮
SN_yellow=1;//南北方向黄灯灭
SN_red=1;//南北方向红灯灭
EW_green=1;//东西方向绿灯灭
EW_yellow=1;//东西方向黄灯灭
EW_red=0;//东西方向红灯亮
//初始化51的寄存器
TMOD=0x20;//用T1计时8位自动装载定时模式
TH1=0x19;//0x4b;//500微秒溢出一次;250=(256-x)*12/11.0592->x=230.4
TL1=0x19;
EA=1;//开中断
ET1=1;
TR1=1;//开定时器T1
while
(1)
{led_show(cnt_sn,cnt_ew);}}
//主程序结束
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