单片机控制十字路口交通灯

单片机原理及应用课程设计题目：十字路口交通灯学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：学号：指导老师：完成时间：课程设计报告成绩评定·一、指导教师评语二、评分课程设计成绩评定成绩：指导教师签字年月日课程设计报告摘要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键词：交通灯单片机数码管课程设计报告目录1.概述............................................................12系统总体方案及硬件设计...........................................22.1设计内容.....................................................22.2设计要求.....................................................22.3总体设计思想.................................................22.4设计参考.....................................................22.5知识点准备...................................................23各模块设计.......................................................33.1设计项目简介.................................................33.2总体设计.....................................................33.3硬件设计.....................................................33.4软件设计.....................................................94软件仿真.........................................................125课程设计体会.....................................................13参考文献...........................................................14附录一程序清单.....................................................15附录二系统原理图...................................................21课程设计报告11概述自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C52作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。课程设计报告22系统总体方案及硬件设计2.1设计内容交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。（1）数码管选用2位共阴极显示的数码管，共4个；（2）东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s；2.2设计要求设计单片机最小系统（包括复位按钮、晶振电路等）；绘制实现本设计内容的硬件电路（原理图），系统的组成框图。相应的控制状态表；编写本课程设计内容的软件设计（包含程序流程图和对程序注释）。硬件实验部分可选用实验箱测试或Proteus仿真软件实现。2.3总体设计思想（供参考）利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s；对两个方向分别显示红、绿、黄灯的剩余时间即可；用MAX7219芯片实现共阴极显示驱动；A方向的红灯时间=方向的绿灯时间+黄灯缓冲时间。2.4设计参考交通灯控制器设计有电源电路、单片机主控电路、显示电路、信号灯电路等组成，如图1所示：2.5知识点准备：+5V电源原理及设计；MAX7219工作原理；单片机复位电路工作原理及设计（元件选择的依据）；单片机晶振电路工作原理及设计（元件选择的依据）；数码管显示特性、驱动设计及应用；LM1602液晶显示屏特性、驱动设计及应用；89C51单片机引脚资源、引脚分配等；单片机汇编语言及程序设计（中断、延时子程序的设计）。课程设计报告33各模块设计3.1设计项目简介功能：交通灯控制器，通过单片机控制交通灯和数码管，实现4路口交通灯的正确亮灭，并能显示发亮交通灯发亮状态的剩余时间。东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。类似产品简介：基于数字电子技术设计的交通灯控制器：元器件多而复杂，连线复杂易出错，设计困难，且功耗较大，不经济，不利于节约环保。基于PLC技术设计的交通灯控制器：设计程序简单易懂，但价格较贵，不经济。项目特色：通过单片机控制，进行模块化处理，体积小，功耗低，元器件少且简单，价格实惠，功能齐全，能够实现正常显示，而不会出现4路口交通灯混乱的情况，时间显示正常。3.2总体设计总体设计模式图：用一片AT89C52单片机控制4路口交通灯的亮灭。单片机发送地址、数据信息给MAX7219，通过MAX7219控制数码管的时间显示。3.3硬件设计硬件原理图：AT89C52单片机控制中心MAX7219控制模块路口数字显示模块4路口交通灯模块课程设计报告4电路图：硬件选型及相关依据：AT89C52：4组8位I/O输入/输出端口，可满足控制所需I/O口数目要求。可外接时钟电路，有复位管脚，接复位电路可实现复位功能。接5V高电平，功耗小，价格低。MAX7219：串行输入，16位并行输出，可控制8位八段数码管显示。满足设计中的四位控制要求。4组2位共阴数码管：4路口两位数显示，满足所需，易实现控制。4个LED-GREEN：10mA额定电流，2.2V额定电压，用于模拟十字路口绿灯亮灭显示。4个LED-YELLOW：10mA额定电流，2.0V额定电压，用于模拟十字路口黄灯亮灭显示。4个LED-RED：10mA额定电流，2.0V额定电压，用于模拟十字路口红灯亮灭显示。4个280Ω电阻、8个300Ω电阻：由VCC=V+IR，（VCC：5V；I：LED灯晶振模块复位模块块数字显示模块交通灯模块MAX7219模块单片机中心模块课程设计报告5额定电流；V：LED灯额定电压）计算出电阻大小。9KΩ电阻1个：MAX7219的18管脚接高电平时串联电阻。12MHZ晶振1个、30pf电容2个：根据经验，12M晶振与2个30p电容并联构成外部时钟振荡电路。10KΩ电阻1个、1KΩ电阻1个、10uf电解电容1个、1个按键：构成单片机复位电路。电容放电时间τ=RC=10K10uf=0.1s21/12M=s（2个时钟周期），即电容放电时间大于2倍的时钟周期，即可实现复位。AT89C52简介：AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。MAX7219芯片简介：MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。它的操作很简单，MCU只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。MAX7219课程设计报告6的外部引脚分配如图1所示及内部结构如上图所示。各引脚的功能为：DIN：串行数据输入端DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展LOAD：装载数据输入CLK：串行时钟输入DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流SEGA~SEGGDP7段驱动和小数点驱动ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流MAX7219有下列几组寄存器：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。MAX7219读写时序说明：MAX7129是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与MAX7129通信，首先要先了解MAX7129的控制字。MAX7129的控制字格式如下图。如图，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。工作时序图见下图。课程设计报告7由于52是8位单片机故需要分两次来送数据。数据读写时序图单片机复位电路：上电自动复位原理