单片机交通灯课程设计

学科代码：080601学号：贵州师范大学（本科）课程设计题目：十字路口交通信号灯单片机控制系统设计与调试学院：机械与电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名：指导教师：完成时间：2016年6月24日贵州师范大学机械与电气工程学院课程设计考核表专业:级别：级班设计题目学生姓名学号指导教师答辩回答教师提问情况：课程设计完成质量情况：出勤情况：综合成绩：指导教师签名：年月日注：1、本表一式两份，一份同设计报告一起装订保存，一份上交学院存档。目录目录第一章课程设计任务书及控制要求1.1课程设计任务书1.2控制要求第二章系统方案设计2.1交通灯运行状态分析2.2系统总体方案设计第三章系统电路设计3.1交通灯系统芯片选择3.2状态灯选择3.3系统硬件原理图设计第四章系统软件设计4.1程序流程图设计4.2系统编程第五章系统调试与仿真5.1proteus仿真第六章心得体会附录源程序第一章课程设计任务书及控制要求1.1课程设计任务书一、课程设计目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、提高学生课程设计报告撰写水平。二、课程设计题目每个同学自己独立完成课程设计，按学号最后两位除以4取余+1选附录的题目进行设计，相同题目的同学禁止互相抄袭，老师会根据设计报告判别是否抄袭。三、课程设计任务及设计报告的要求设计任务：（1）进行设计方案的比较，并选定设计方案；（2）完成原理分析，进行各主要元器件的选择并设计电路；（3）利用Protues绘制系统电路原理图。（4）利用Keil软件编制程序。（5）将软件与硬件电路连接调试仿真。设计报告：（1）根据设计题目进行分析，选择方案和元器件，对没有在书本上学过的知识点和元器件，通过网络等方式查阅相关资料，了解其使用方法，并详细记录在设计报告上。（作为设计报告的第一章：设计题目分析、方案及元器件选择）（2）利用Protues软件进行绘制系统电路原理图，记录绘制过程中遇到的问题及解决办法。（作为设计报告的第二章：系统电路设计）（3）利用Keil软件编程，记录编程过程中遇到的问题及解决办法。（作为设计报告的第三章：系统软件设计）（4）将软件与系统电路连接调试，记录在调试过程中相应修改了哪些硬件电路或软件上的问题，最终才实现了设计题目要求的功能。（作为设计报告的第四章：连接调试）（5）在调试成功，完成全部设计后，手工写出本次设计的心得体会，字数不少于1000字。（作为设计报告的第五章：总结）最终绘制的电路原理图，编写的程序要打印出来附在设计报告中。1.2控制要求（1）系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。（2）控制对象有八个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。（3）另外东西方向、南北方向各设置显示两位十进制的7段显示器，用来显示倒数计数值。1）高峰时段按时序图二（见附图）运行，正常时段按时序图三（见附图）运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭。2）高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行(见附图)。3）可以只选择高峰时段或正常时段进行设计，但最后评分值最高以良好评议；如果全部功能实现（需要设计一个24小时的时钟作为时段划分的基础），最高评分值以优秀评议。时序图高峰时段7：00↘↙8：1516：30↘正常时段晚间时段6：30↗0123456789………………161718192021222324小时第二章系统方案设计2.1交通灯运行状态分析根据控制要求，系统以下图交通的运行状态来设计系统方案。图1.1状态1南北直行图1.1状态2南北左转图1.3状态3东西直行图1.4状态4东西左转共有四种状态，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四种状态为一个周期。循环执行如图1.5所示：图1.5交通灯状态循环图2.2系统总体方案设计图6系统总体方案图本系统采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了正常、高峰、晚间时通过单片机的P1口设置红、绿、黄灯亮灭的功能。东西、南北两位7段显示器用来显示倒数计数值。系统分三种工作时段：正常、高峰、晚间，并且通过时间段来控制“正常”、“高峰”、“晚间”相互转化。正常时段：南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）40s，同时南北段和东西段方向的数码管分别从40s和70s开始倒计时，至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；此后南北段左转（左转绿灯亮）通行、东西段禁止（红灯）20s，同时南北段和东西段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时南北段左转灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段禁止（红灯）40s，同时东西段和南北段方向的数码管分别从40s和70s开始倒计时，至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最后东西段左转（左转绿灯亮）通行、南北段禁止（红灯）20s，同时东西段和南北段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时东西段左转灯变成黄灯闪烁。高峰时段：南北段、东西段的通行时间改为45s，左转的时间改为15s，其它与正常时段相同。晚间时段：禁止左转和直行，东西南北四个方向黄灯闪亮。第三章系统电路设计3.1控制芯片选择AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，可以按照常规方法对其进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。图2.1AT89C51引脚图3.2状态灯选择该系统设计红、绿、黄状态灯显示的功能，用LED灯来代替实际的交通灯，由于有四种不同的运行状态，一个十字路口需要16个LED灯，倒计时数码管显示选用两位带片选的7段数码管，需要4个。数码管显示简单，程序简单，端口用的少。普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮，它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。3.3系统硬件原理图设计图2.2系统原理布置图第四章系统软件设计4.1程序流程图设计图3.1主程序流程图系统通电后，初始化定时器，进行24小时定时，在7:00到8:15或16:30到17：00时，按高峰时段运行。在6:30到7：00或8:15到16;30或18:00到19：00时，按正常时段运行。其余时段，按晚间时段运行。图3.2时钟及晚间时段程序流程图本设计利用单片机的定时器T0中断来设置24小时定时，设置TH1=0x3C，TL1=0xB0.即每0.05秒中断一次。到第20次中断即过了20*0.05秒＝1秒时，计60S时，满意1分钟，计满60分钟，满1小时，计满24小时，又重新开始计时。用定时器T1中断来设置数码管倒计时，每满1S时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时的功能。图3.3高峰时段及正常时段流程图4.2系统编程3.2.1定时器的中断设置在单片机中，中断技术主要用于实时控制。所谓实时控制，就是要求计算机能及时地响应被控对象提出的分析、计算和控制等请求，使被控对象保持在最佳工作状态，以达到预定的控制效果。由于这些控制参量的请求都是随机发出的，而且要求单片机必须做出快速响应并及时处理，对此，只有靠中断技术才能实现。本系统中的定时时钟及倒计时的设置和相应中断服务子程序如下：/*24小时时钟*/voidTimer0Cofig(){TMOD=0x01;//T0定时器工作方式TH0=0x3C;//设置初始值,定时50MSTL0=0xB0;ET0=1;//定时器开中断TR0=1;//启动定时器0EA=1;//CPU开中断总允许}voidT0int()interrupt1{TH0=0x3C;//设置初始值TL0=0xB0;second_counter++;if(second_counter=20){second++;second_counter=0;}if(second=60){minute++;second=0;}if(minute=60){hour++;minute=0;}if(hour=24){hour=0;}}/********倒数显示定时器*********/voidTimer1Cofig(){TMOD=0x01;//T1定时器工作方式TH1=0x3C;//定时器初值50ms中断一次TL1=0xB0;ET1=1;//定时器开中断TR1=1;//启动定时器1EA=1;//CPU开中断总允许}/*定时器中断函数*/voidtimer1()interrupt3{TH1=0x3C;//重新装入初值TL1=0xB0;RGY_second++;if(RGY_second==20){RGY_second=0;Time_EW--;//满1秒，数码管值减1Time_SN--;}}第五章系统调试与仿真5.1proteus仿真结果根据系统设计要求，进行keil调试和proteus系统仿真，不断调试程序。发光二极管，数码管都能按要求显示，符合要求。proteus总体仿真图如下。图4.1仿真结果第六章心得体会附录源程序#includereg51.h#defineucharunsignedchar#defineON0//交通灯开关定义#defineOFF1/*数码管片选定义*/sbitLED_D1=P2^3;//NS_LED2控制低位sbitLED_C1=P2^2;//NS_LED1控制高位sbitLED_B1=P2^1;//EW_LED2控制低位sbitLED_A1=P2^0;//EW_LED1控制高位/*交通灯状态显示输出引脚定义*/sbitNS_GREEN=P1^0;//南北绿sbitNS_RED=P1^1;//南北红sbitNS_YELLOW=P1^2;//南北黄sbitLNS_GREEN=P1^3;//南北左转绿sbitEW_GREEN=P1^4;//东西绿sbitEW_RED=P1^5;//东西红sbitEW_YELLOW=P1^6;//东西黄sbitLEW_GREEN=P1^7;//东西左转绿charTime_EW;//东西方向倒计时charTime_SN;//南北方向倒计时//共阳数码管显示值0\1\2\3\4\5\6\7\8\9charcodetable[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//时间时、分、秒定义unsignedcharhour=0,minute=0,second=0,second_counter=0;//黄绿红亮灭计时定义unsignedcharRGY_second=0;//东南西北倒计时时间ucharEW,B_SN,B_L_WENS,YEEL,N_SN,N_L_WENS;/*显示延时*/voidDelay10uS(unsignedcharz){chari,a,b;for(i=0;iz;i++){for(b=1;b0;b--)for(a=2;a0;a--);}}/*****************EW/NS显示子函数**************************/voidDisplay1(){charH,L;H=Time_EW/10;L=Time_EW%10;P0=table[H];LED_A1=1;Delay10uS(10);LED_A1=0;P0=table[L];LED_B1=1;Delay10uS(