最新基于单片机的交通灯的设计报告.docx

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最新基于单片机的交通灯的设计报告

交通灯的设计报告

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3s

2.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-51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2

3.2、74LS47芯片简介

74LS47的端子功能图如下图3：

图3

74LS47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，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

60s

3s

2s

35s

3s

AB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：

4.2.2、交通灯硬件线路图：

见附录Ⅰ

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）AT89C51P3.3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.

（4AT89C51P3.2有下降沿触发时，时间暂停，进入时间显示状态，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、１秒的方法

我们采用在主程序中设定一个初值为２０的软件计数器和使Ｔ０定时５０毫秒．这样每当Ｔ０到５０毫秒时ＣＰＵ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，ＣＰＵ先使软件计数器减１，然后判断它是否为零。

为零表示１秒已到可以返回到输出时间显示程序.

5.3、相应程序代码

（１）主程序　

　　　定时器需定时10毫秒，故Ｔ０工作于方式１。

　初值：

　　　　T0初值=216-fose/12Xt=216-（12X106X0.01）/12=55536D=D8F0H

ORG0000H

MAIN:

MOVTMOD,#01H

MOVTL0,#0F0H

MOVTH0,#0D8H

SETBEA

SETBET0

SETBTR0

SETBEX0

SETBEX1

SETBIT0

CLRIT1

SETBPT0

（２）中断服务子程序

ORG000BH

　　　ZHD2:

MOVTL0,#0F0H;重先赋值

MOVTH0,#0D8H

CLRP3.4

RETI

5.4、键盘显示流程图

5.5、软件延时

MCS-51的工作频率为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:

MOVR7,#40;;延时10ms

DEL1:

MOVR6,#123

NOP

DEL2:

DJNZR6,DEL2

DJNZR7,DEL1

RET

5.6、软件流程图：

见附录Ⅱ

5.7、源程序代码

ORG0000H;伪指令、程序开始、中断入口地址

LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPZHD1

ORG000BH

LJMPZHD2

ORG0013H

LJMPZHD3

ORG1000H

;主程序

MAIN:

MOVTMOD,#01H;设工作方式

MOVTL0,#0F0H;设初值,单片机晶振12M，定时10MS

MOVTH0,#0D8H

SETBEA;开放总中断

SETBET0;开放T0中断

SETBTR0;启动T0定时

SETBEX0;开放外中断0

SETBEX1;开放外中断1

SETBIT0;设外中断0为边沿触发

CLRIT1;设外中断1为低电平有效

SETBPT0

CYCLE:

MOVR0,#60;AB方向绿灯显示时间

MOVR1,#65;CD方向红灯显示时间

MOVR2,#25;为延时1秒而用

;CD红灯AB绿灯

LOOP1:

SETBP3.4

MOVP1,#01H

SETBP1.7;点亮红灯

SETBP1.4;点亮绿灯

LCALLDISPLAY;调用显示程序

DJNZR2,LOOP1

MOVR2,#25

DECR1

DJNZR0,LOOP1

MOVR0,#3;AB方向黄灯显示时间

;CD红灯AB黄灯

LOOP2:

MOVP1,#01H

SETBP1.7;点亮红灯

SETBP1.3;点亮黄灯

LLJ:

LCALLDISPLAY;调用显示程序

CPLP1.3

DJNZR2,LLJ

DECR1

MOVR2,#25

DJNZR0,LOOP2

MOVR0,#40;AB方向红灯显示时间

;CD红灯AB红灯

LOOP3:

MOVP1,#01H

SETBP1.7;点亮红灯

SETBP1.2;点亮红灯

LCALLDISPLAY;调用显示程序

DJNZR2,LOOP3

MOVR2,#25

DECR0

DJNZR1,LOOP3

MOVR1,#35;CD方向绿灯显示时间

;CD绿灯AB红灯

LOOP4:

MOVP1,#01H

SETBP1.5;点亮绿灯

SETBP1.2;点亮红灯

LCALLDISPLAY;调用显示程序

DJNZR2,LOOP4

MOVR2,#25

DECR0

DJNZR1,LOOP4

MOVR1,#3;CD方向黄灯显示时间

;CD黄灯AB红灯

LOOP5:

MOVP1,#01H

SETBP1.6;点亮黄灯

SETBP1.2;点亮红灯

LLJ1:

LCALLDISPLAY;调用显示程序

CPLP1.6

DJNZR