单片机交通灯课程设计报告

1单片机课程设计题目：基于单片机的智能交通灯的设计学院机电与信息工程学院专业电子信息工程年级2015级学号172015114006、172015114029姓名张晋笙、张榜指导教师邓凌云成绩2017年12月27日2摘要随着社会主义的建设，城市的规模在不断扩大，城市的交通也在不断的提高和改进，交通的顺畅已经成为制约社会主义建设的一个重要因素。本系统采用单片机AT89S52来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89S52芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：AT89S52单片机；交通灯；倒计时；时间显示AbstractWiththeconstructionofsocialism,thecityscaleinexpandingconstantly,urbantrafficisalsoinconstantimprovementandimprovement,trafficflowrestrictionofsocialistconstructionhasbecomeoneoftheimportantfactors.ThesystemUSESthemonolithicintegratedcircuitATAT89S52todesignandrealizethetrafficlightcontrollercanaccordingtoactualtrafficthroughthemouthAT89S52chipsetred,greenP1burningtimefunction;Trafficlightscirculationlighted,with5secondscountdownyellowlightsflashingwarning.Thissystemispractical,simpleoperationandfunctionexpansionisstrong.Keywords:AT89S52microcontroller,Trafficlights,Thecountdown,Timedisplay3目录第一章绪论----------------------------------------------51.1背景-----------------------------------------------51.2单片机概述----------------------------------------51.3目的与意------------------------------------------51.4方案的设计与论证-----------------------------------6第二章总体设计----------------------------------------62.1总体设计-------------------------------------------62.2单片机的选择--------------------------------------7第三章硬件设计----------------------------------------93.1最小系统------------------------------------------93.2按键电路-----------------------------------------103.3显示模块电路设计---------------------------------103.4pcb图-------------------------------------------11第四章交通信号灯控制系统的设计（软件设计）--------------124.1十字路口交通信号灯具体的控制要求------------------124.2十字路口交通信号灯示意图---------------------------124.3软件设计应用环境---------------------------------134.4软件设计流程-------------------------------------144.5程序分段作用解释----------------------------------164.6仿真----------------------------------------------16第五章参考文献--------------------------------------174附件一：总体原理图-----------------------------------185第一章绪论1.1背景随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。1.2单片机的概述计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embeddedmicrocontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：（1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。（2）所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。（3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。1.3目的与意义本设计以单片机为核心，以LED数码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功能模块的几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状6态，系统还增设了根据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道的通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤。系统总体设计框图如图所示。交通灯控制的框图如下图所示，主要有控制电路、按键电路、晶振电路、复位电路、显示电路、电源电路等电路组成。1.4方案设计1.采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。2.完全采用数码管显示。这种方案优点是实现简单，可以完成倒计时功能。缺点是功能较少，只能显示有限的符号和数码字符。根据本设计的要求，采用此方案以实现系统的显示功能。3.直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的端口资源还比较多。第二章总体设计2.1总体设计本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。电源电路时钟电路复位电路按键电路数码管显示电路Led控制电路单片机7图2-1.总体设计框图2.2单片机的选择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。主程函数数码管选位函数延时函数延时函数交通灯处理函数交通南北开通时间函数东西开通时间函数独立按键程序设置函数定时器中断服务程序数码管显示函数8单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：1、多功能单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以51内核为核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。2、高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3、低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4、低价格单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。9下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。（1）家用电器领域用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）办公自动化领域单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。第三章硬件设计3.1最小系统图3-1.最小系统电路图最小系统的作用：单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.分四个部分：1.晶振，至于大小由你单片机时钟周期要求而决定（用于计时，与两个电10容并联使用，电容大小由你的晶振决定，一般用22pF）2.复位电路（用于复位）3.电源（用于供电，一般用电脑的USB口供电）4.烧制程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做个并口输入，这个要根据你使用单片机的种类决定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口输入等等3.2按键电路图3-2.按键电路图说明：按键电路的作用是用于调节红路灯的延长时间和延长模式。3.3显示模块电路设计该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管的动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管的IO口P20和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通三极管给数码管供电，则数码管被点亮，利用数码管点亮的余辉和人眼的视觉暂留原理，则看起来数码管是同时被点亮的。图3-3.显示模块从设计完成的任务与要求来看，显示通行时间必须用二位数码管，从节省硬件资源的角度考虑，可采用扫描的方式来处理，对于7段数码管，占用