单片机课程设计--定时器控制交通指示灯

课程设计2013年7月8日东北石油大学课程设计任务书课程单片机课程设计题目定时器控制交通指示灯专业姓名学号一、任务以AT89C51单片机为控制核心，利用单片机内部定时器资源设计出一种可编程的交通指示灯模拟演示系统。二、设计要求[1]掌握单片机内部定时器部分的基础知识；[2]东西向绿灯亮5秒后，黄灯闪烁，闪烁5次亮红灯；红灯亮后，南北向由红灯变成绿灯，5秒后南北向黄灯闪烁，闪烁5次亮红灯，东西向绿灯亮，如此反复；[3]基本电路包括：单片机最小系统、LED指示灯电路等；[4]提交设计报告、电路图及程序源码。三、参考资料[1]刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18.[2]刘润华,刘立山.模拟电子技术[J].山东:石油大学出版社,2003.课程单片机课程设计题目定时器控制交通指示灯院系专业班级学生姓名学生学号指导教师[3]苏成富.彩灯控制器[J].北京:电机电器技术,2000，（01）.[4]祝富林.音乐彩灯电路CS9482[J].北京:电子世界,1995，（12）.[5]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社,1997.完成期限2013.7.1-2013.7.10指导教师专业负责人2013年6月29日单片机课程设计目录第1章绪论.........................................................11.1交通灯概述..................................................21.2交通灯控制技术状况..........................................21.3本设计任务..................................................2第2章总体方案论证与设计..........................................32.1按键设置模块................................................32.2信号灯状态模块..............................................32.3总体硬件组成框图............................................3第3章系统硬件设计................................................43.1AT89C51单片机模块的硬件设计.................................43.2控制部分――74LS164芯片简介..................................53.3其它器件......................................................63.4交通信号模拟控制系统原理图....................................83.5硬件资源及其分配.................................................9第4章系统的软件设计..............................................104.1程序框图设计................................................104.2程序流程图..................................................11第5章系统调试与测试结果分析......................................125.1使用的仪器仪表.............................................125.2系统调试...................................................125.3测试结果...................................................13结论..............................................................14参考文献............................................................15附录1程序.........................................................16单片机课程设计1第1章绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故[1]。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。单片机课程设计21.1交通灯概述交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个数码管来显示被点亮的指示灯还将点亮多久。往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码管来倒计时。当南北方向为绿灯和黄灯时，东西向的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯和黄灯时，南北向的红灯亮禁止通行。1.2交通灯控制技术状况本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，紧急处理等功能。驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。1.2.1倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全[2]。1.2.2时间手动设置键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。本系统要求的按键控制不多，且I／0口足够，可直接采用独立式。1.3本设计任务单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。单片机课程设计3第2章总体方案论证与设计本设计系统以AT89C51单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块接受输出。2.1按键设置模块键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。急停按键随时调用中断。2.2信号灯状态模块采用串行EEPROM（如24C256等）存储LED显示屏要显示的信息。串行EEPROM技术是一种非易失性存储技术，它几乎具有所有类型存储器的优点：不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比，非常适合应用于各类工业测控系统。它克服了常用的2816、2817、2864等并行EEPROM器件价格高、体积大、可靠性低（这些器件如不采取措施，在上电、下电时常会丢失数据）等不足，在速度要求不是很高的情况下，该器件是最理想的选择[3]。2.3总体硬件组成框图AT89C51单片机复位电路I/O口扩展中断系统8段LED数码管显示图2-1总体硬件组成框图单片机课程设计4第3章系统硬件设计实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键组成时间设置和紧急按钮等。3.1AT89C51单片机模块的硬件设计AT89C51是美国ATMEL公司推出的系列单片机，将各种功能的8位CPU与FPEROM(快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格便宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片[4]。AT89C51单片机为４０引脚双列直插芯片，有４个I/O口，P0，P1，P2，P3，单片机的最小系统如图所示，18引脚和19引脚接时钟脉冲电路，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是震荡器倒相放大器的输入，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内她是振荡器倒相放大器的输出端，第９引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成上电复位电路，20引脚为接地端，40引脚为电源端（图中未显示）。如图所示：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/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/A1427U1AT89C51C122ufC222uFC322ufX1CRYSTALR1200ΩR21k~10k+5VR310kR410k图3-1AT89C51最小系统连接电路单片机课程设计53.1.1AT89C51的内部结构功能中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成