单片机原理及应用-交通灯控制系统设计

网络教育学院《单片机原理及应用》大作业题目：交通灯控制系统设计学习中心：安徽滁州奥鹏学习中心层次：专升本专业：电气工程及其自动化年级：14年03春季学号：141184309151学生姓名：董超摘要本设计主要研究最为典型的二车道的交通灯自动控制系统，它由晶振模块，定时模块，三色灯控制模块组成，并且利用三色灯（红，黄，绿）的指示和倒计时显示来实现功能，在设计中主要开放了外部中断EX0。一般情况下交通路口中的突发事件包括闯红灯和救护车通过。对于外部的所有突发事件都可以当中断处理。关键词：PROTEUS;80C51;三色灯；LED数码显示1目录摘要.....................................................................21绪论....................................................................22总体设计思路、基本原理和框图............................................22．1设计思路........................................................22．2基本原理........................................................22．3总体设计框图....................................................32.4交通灯自动控制的设计程序流程框图...................................33交通灯自动控制电路硬件设计..............................................33.1单片机的结构......................................................33.2主要元器件选择....................................................43.3设计显示部分......................................................43.4交通路口模型.......................................................43.5总电路图...........................................................53.6显示原理：........................................................64交通灯自动控制电路软件设计..............................................64.1单片机中断系统基本结构............................................64.2每秒钟的设定......................................................84.3计数器初值计算....................................................85系统仿真................................................................96总结与体会.............................................................10参考文献.................................................................1121绪论作为一种交通规则的指示，交通灯它起着及其重要的作用。从最初的单车道到现在的四车道八车道等，交通指示的自动控制也越来越完善。它不再仅仅拥有交通指示的作用，还有其它特殊情况的处理，比如对闯红灯的肇事者进行的监督，紧急救护车的通过时保持道路畅通，等等都需要非常的处理，这也是对交通灯功能的新要求。而且，也从最初的只有红，黄，绿三种灯的指示到现在的倒计时电子显示，让人们从单一的信号判别到时间的准确明了有了进一步认知。这都表明交通灯的研究还具有它实际的意义。2总体设计思路、基本原理和框图2．1设计思路交通灯的自动控制系统的主要功能包括：普通交通灯的显示、LED倒计时显示、突发事件的外部处理和交通路口的模拟。本设计的控制系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断电路组成。设计显示部分：LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。2．2基本原理主体电路：交通灯自动控制模块。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等组成。本设计先是从普通三色灯的指示开始进行设计，用P1口作为输出。程序的初始化是东西南北方向的红灯全亮。然后南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，60秒后东西方向黄灯闪亮5秒后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。重复执行。倒计时用到定时器T0，用P2口作为LED的显示。二位一体的LED重复执行60秒的倒计时。作为突发事件的处理，本设计主要用到外部中断EX0。用一模拟开关作为中断信号。实际中可以接其它可以产生中断信号的信号源。32．3总体设计框图晶振模块定时模块三色灯控制模块LED显示模块驱动电路外部中断图2.1交通灯总体设计框图2.4交通灯自动控制的设计程序流程框图开始初始化程序END60秒倒计时显示东西黄灯闪亮5秒南北绿灯亮，东西红灯亮60秒倒计时显示南北黄灯闪亮5秒南北红灯亮，东西绿灯亮3交通灯自动控制电路硬件设计3.1单片机的结构单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集中成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数和多功能输入/输出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。就其组成而言，一块单片机就是一台4计算机。其典型结构如图所示。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。3.2主要元器件选择1开关管的选择：BUTTON按钮2LED发光二极管LED－REDLED－YELLOWLDE－GREEN发光二极管的主要技术参数有额定电压和额定工作电流。LED显示电路如图3.1所示，图中限流电阻Ｒi是限制线路电流的，阻值的大小由I=U/R计算得到。例如发光二极管的额定电压为2V，额定工作电流为20mA，计算Ri＝(5-2)/0.02=150Ω。3二位一体数码管7SEG-MPX2-CAT-RED:共阳数码管（红色）4PN4249:驱动三极管5AT89S51系列单片机3.3设计显示部分LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。1．发光二极管显示原理发光二极管是采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。发光二极管在制作时，使用的材料不同，那么就可以发出不同颜色的光。3.4交通路口模型5SGSRSYSY1SR1SG1ZRZYZGZY1ZR1ZG1ZY0ZR0ZG0ZYZRZGSG0SR0SY0SGSRSYD13LED-GREEND14LED-GREEND15LED-GREEND16LED-GREEND17LED-REDD18LED-REDD19LED-REDD20LED-REDD21LED-YELLOWD22LED-YELLOWD23LED-YELLOWD24LED-YELLOW图1交通路口模型3.5总电路图总电路功能介绍：设计主要研究二车道的交通灯自动控制。本次设计的内容包括四个方面，一是普通三色灯的指示；二是两位一体数码管的倒计时显示；三是对一此交通中的意外情况进行的处理。最后就是对交通灯的模拟设计。ZGSRZRZYSYSR0SG0ZG0ZG1ZR1ZY1SR1SY1ZY0ZR0SY0SG1SGZYZRZGSYSRSGSGSRSYSY1SR1SG1ZRZYZGZY1ZR1ZG1ZY0ZR0ZG0ZYZRZGSG0SR0SY0SGSRSYAB76543210AB654321001234567BAAB7654321076543210BABAXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D1LED-GREEND3LED-GREEND4LED-GREEND5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDD9LED-YELLOWD10LED-YELLOWD11LED-YELLOWD12lyR150R250R350R450R550R650R750R850R950R1050R1150R1250D2LED-GREENC133pC233pX1CRYSTALD13LED-GREEND14LED-GREEND15LED-GREEND16LED-GREEND17LED-REDD18LED-REDD19LED-REDD20LED-REDD21LED-YELLOWD22LED-YELLOWD23LED-YELLOWD24LED-YELLOWQ1PN4249Q2PN4249R131kR141kR1510k10k图2总电路图63.6显示原理：当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。图3LED与单片机连接电路4交通灯自动控制电路软件设计4.1单片机中断系统基本结构中断是一项重要的计算机技术，是处理正常工作与紧急状态的好办法，是实现人机实时交互的重要途径，在单片机应用系统中，中断技术得到了广泛应用。下面详细介绍单片机中断系统基本结构、与中断相关的特殊寄存器的设置及中断应用系统编程方法。当CPU查询到系统有中断请求时，如果系统处于中断允许状态，CPU将停止当前的工作，响应中断请求，转向中断服务，中断服务完成后，返回原程序继续执行当前任务，这叫单片机中断。8051系列单片机中断系统结构如图3.7所示。能让CPU产生中断的信号源叫中断源。8051单片机有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六个中断源，但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五个向量,下面简要介绍六个中断源。1IT0=0IT0=1TIRIIT0=1IT0=0TCONIE0TF0IE1TF1TIRIIT0=0ET0EX0EX1ET1ESEA中断优先级1IPXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/W