交通信號燈單片機(jī)課設(shè)報(bào)告..

1、信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2013/2014 學(xué)年第 二 學(xué)期）課程名稱：單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)題 目：交通燈控制器專業(yè)班級:電氣工程及其自動學(xué)生姓名：_學(xué) 號：_指導(dǎo)教師 ： 劉增環(huán)、岑毅南、高敬格等設(shè)計(jì)周數(shù)：_2周設(shè)計(jì)成績 ：_2014年6月26日11、課程設(shè)計(jì)目的目的1：通過本次課程設(shè)計(jì)加深對單片機(jī)課程的全面認(rèn)識和掌握，對單片機(jī)課程的應(yīng)用進(jìn)一步了解。目的2:掌握串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，并學(xué)會使用MAX232等外部芯片輔助項(xiàng)目設(shè)計(jì)。目的3：通過此次課程設(shè)計(jì)將單片機(jī)軟硬件結(jié)合起來對程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉實(shí)踐能力和理論 聯(lián)系實(shí)際的能力。目的4:鍛煉團(tuán)隊(duì)分工合作與協(xié)調(diào)能力，通過自學(xué)和探討的

2、方式解決實(shí)際問題的能力。2、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求用STC89C52單片機(jī)控制一個(gè)交通信號燈系統(tǒng)，晶振采用6MHZ設(shè)A車道（南北車道）與B車道（東西車道）交叉組成十字路口，A是主道，B是支道。設(shè)計(jì)要求如下:用發(fā)光二極管模擬交通信號燈，用按鍵開關(guān)模擬車輛檢測信號。正常情況下，A、B兩車道輪流放行，A車道放行35s，其中5s用于警告；B車道放行25s，其中5s用于警告。交通繁忙時(shí)，交通信 號燈控制系統(tǒng)應(yīng)有手控開關(guān)，可人為地改變信號燈的狀態(tài)，以緩解交通擁擠狀況。在B車道放行期間，若A車道有車而B車道無車，按下開關(guān)K2使A車道放行10s；在A車道放行期間，若B車 道有車而A車道無車，按下開關(guān)K1使B車道放行

3、10s。有緊急車輛通過時(shí)，按下K1開關(guān)使A、B車道均為紅燈，禁行15s。3、 硬件設(shè)計(jì)3.1方案設(shè)計(jì)與論證交通控制系統(tǒng)主要控制A B兩車道的交通，以STC89C52單片機(jī)為核心芯片，通過控制三色LED的亮滅來控制各車道的通行；另外通過2個(gè)按鍵來模擬各車道有無車輛的情況和有緊急車輛的情況。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制定總體設(shè)計(jì)思想如下:1、 正常情況下運(yùn)行主程序，采用100ms定時(shí)子程序的反復(fù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)各種定時(shí)時(shí)間。2、 一道有車而另一道無車時(shí)，采用外部中斷1執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并設(shè)置中斷為低優(yōu)先級中 斷。3、 有緊急車輛通過時(shí)，采用外部中斷0執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并設(shè)置中斷為高優(yōu)先級中斷，實(shí) 現(xiàn)二級中斷嵌套。該

4、電路具有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高，耗電較少，也非常的可靠等點(diǎn)?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示:2圖1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方框圖采用標(biāo)準(zhǔn)STC89C52單片機(jī)作為控制器；通行倒計(jì)時(shí)顯示采用3位數(shù)碼管；主、次通道及行人指示燈采用雙色高亮發(fā)光二極管；LED顯示采用動態(tài)掃描，以節(jié)省端口。緊急車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成，識別方法采用手動按鈕。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口資源剛好滿足要求。該系統(tǒng)具 有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高耗電少，可靠性高，但是占用單片機(jī)資源太多了。整個(gè)電路組成框圖如圖2所示。采用AT89C2051單片機(jī)作為控制器，通行倒計(jì)時(shí)、主、次車道及行人通行指示采用單塊LCD液晶點(diǎn)陣顯示器。這種方案設(shè)

5、計(jì)占用單片機(jī)的端口最少，硬件也最少，耗電也最少；雖然顯示圖案也 很精美，但由于亮度太暗，晚上還得必須開背光燈，所以較少采用。通過以上綜合分析可以看出，方案一具有綜合設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，因此交通燈控制系統(tǒng)模型采用方案一設(shè)計(jì)。3.2硬件單元電路設(shè)計(jì)321時(shí)鐘電路模塊STC89S52單片機(jī)七段數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示電路A、B車道LED顯示電路上電復(fù)位電路緊急車輛放行電路P1- P1- INT1P01 VP2-南北通行燈東西通行燈3位LED顯示器列掃描驅(qū)動3時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器6MHZ和兩個(gè)30pF的瓷片電容組成。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作 所需要的時(shí)鐘信號，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機(jī)

6、本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地工作。其電路如圖3所示：圖3時(shí)鐘電路模塊3.2.2復(fù)位電路模塊復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路。其電路如圖4所示：圖4復(fù)位電路3.2.3主控制系統(tǒng)模塊主控制器采用STC89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的8位單片機(jī)。STC89C52具有1個(gè)8KB的FLASH程序存儲器，1個(gè)512字節(jié)的RAM 4

7、個(gè)8位的雙向可位尋址I/O端口，3個(gè)16位4定時(shí)/計(jì)數(shù)器及1個(gè)串行口和6個(gè)向量二級中斷結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的P1口分別用于控制南北及東西的通行燈，P2口和P0口用于數(shù)碼管的控制，緊急車輛通行時(shí)使用外中斷0(P3A2)和外中斷1(P3A3),進(jìn)行手動按鍵，即可轉(zhuǎn)換。其主控電路如圖5所示:圖5主控制系統(tǒng)模塊324交通燈輸出控制模塊10 11T廠12 m13 414 515161T79to1T3212H1516VIS1920U1P1.0PL.1P1.2P1JP1.4P1.5Pl.fiPl.7RSTP3.0RXDP3J TXDP32TNTQP3.3INTIPierroP3.5/T1 p”WKP3.7RDX2X

8、IGNDVCCPQ.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0 6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.039 :輕010034 05337T0?27 26茂 252322 212Q292824 23圖6 LED顯示模塊5當(dāng)R=220歐時(shí)，按公式A=(5-1.8)/R計(jì)算，電路中的電流大小應(yīng)為A=14.545mA.由于每個(gè)路口的通行雙向指示處理相同，因此每個(gè)端口應(yīng)具有3A的吸收電流能力。3.2.5按鍵電路模塊按鍵電路是使單片機(jī)CPU的I/O口感應(yīng)低電平，從而通過判斷識別出有按鍵按下。設(shè)置五個(gè)按鍵K1、K2、K3、K4、K5分別為緊急按鍵、調(diào)

9、節(jié)按鍵、加一按鍵、減一按鍵、開始按鍵。其電路如圖7所示：P3.2P3JP2.1P2.2P2.0圖7按鍵電路3.2.6蜂鳴器電路模塊采用單片機(jī)P2A3口控制蜂鳴器工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)蜂鳴器響。其電路如圖8所示:63.2.7數(shù)碼管顯示時(shí)間電路模塊道口通行剩余時(shí)間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陰數(shù)碼管，設(shè)計(jì)中也用了中功率三極管9014.其顯示電路如圖7所示：圖8蜂鳴器電路模塊7DS1DS2D07*DPYT oo7DPY016b016b.1024P2.4 024P2|5032A0321041*u04Iw t059RM 059eR15M 10r10ip? :K5Bvss353QiupDPY

10、 7*SEG DPDPY _7-SEG_ DPXDS3r9014DS49014001SPY007DPY01,6b016bJi可4(JLP2.0 02斗cP坤D32d032dI0415TT己zrt059JTK16 059r1 d /R170610I rrPIKO610*5. IK,.5_1vss353.AT1Q3V gQDPY 7-SEG DPDPY 7-SEG DPXIXztrSOM9014L圖9數(shù)碼管顯示模塊328 CD4511譯碼驅(qū)動數(shù)碼管電路模塊為了節(jié)省單片機(jī)I/O引腳，采用CD4511芯片對數(shù)碼管顯示進(jìn)行譯碼，可以只用輸入到CD4511芯片控制七段數(shù)碼管顯示，通過CD4511芯片輸出與

11、數(shù)碼管連接，中間接7個(gè)300歐姆的電阻來降低電流，以免燒壞數(shù)碼管。其連接電路如圖8所示：CD4511圖10 CD4511控制電路3.3系統(tǒng)電路調(diào)試電路調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查系統(tǒng)硬件中存在的故障。4個(gè)I/O引腳U3P0,0 7POJP0.22lP0.3 6匚5Avcc)1i1L0INAINB INCINDLE STBBLKLTSEGASEGBSEGCSEGDSEGESEGFSEGG1312ITio14史01酊3匹05506008其調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。由近及遠(yuǎn)是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及 位故障元件了試。調(diào)試時(shí)，仍采用

12、去掉無關(guān)元件的方法的原因，接線接錯(cuò),所示:的分層，然后分層調(diào)因?yàn)橛玫娜f用板簣問題調(diào)試過程圖片如圖9、103.3.1靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。第二步：用萬用表測試。 先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測各種電源與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值。第四步：是聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。332動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、 誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分

13、到合。由分到合是指首先按邏輯功能將系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無關(guān)的器件全部從系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后， 將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。既告完成。器件連接邏輯由分到合調(diào)試引腳時(shí)特別不好上手,在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)遇到很多問題8圖10系統(tǒng)整體電路板及調(diào)試4、軟件設(shè)計(jì)與流程圖4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的分析主程序采用查詢方式定時(shí)，調(diào)用0.5S延時(shí)子程序的次數(shù)，從而獲取交通燈的各種時(shí)間。子程序采用定時(shí)器1方式1查詢式定時(shí)，定時(shí)器定時(shí)100ms,確定100ms循環(huán)10次，從而獲得1S的延 時(shí)時(shí)間。有車車道的

14、放行的中斷服務(wù)程序首先要保護(hù)現(xiàn)場，因而需用到延時(shí)子程序， 子程序采用定時(shí)器0方式1查詢式定時(shí)，定時(shí)器定時(shí)100ms,確定100ms循環(huán)10次，從而獲得1S的延時(shí)時(shí)間，保護(hù) 現(xiàn)場時(shí)還需關(guān)中斷，以防止高優(yōu)先級中斷（緊急車輛通過所產(chǎn)生的中斷）出現(xiàn)導(dǎo)致程序混亂。開中斷，由軟件查詢外中斷1,判別哪一道有車，再根據(jù)查詢情況執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)。待交通燈 信號出現(xiàn)后，保持10S的延時(shí)，然后，關(guān)中斷，恢復(fù)現(xiàn)場，再開中斷返回主程序。緊急車輛出現(xiàn)時(shí)的中斷服務(wù)程序也需要保護(hù)現(xiàn)場，但無須關(guān)中斷（因其為高優(yōu)先級中斷），然后執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)， 待交通燈信號出現(xiàn)后延時(shí)15S,確保緊急車輛通過交叉路口， 然后，恢復(fù)現(xiàn)場， 返回主程序

15、。返回94.2軟件設(shè)計(jì)流程圖有車車道放行時(shí)的中斷服務(wù)程序（外中斷1）開始初始化A綠燈、B紅燈延時(shí)45SA黃燈、B紅燈延時(shí)5SA紅燈、B綠燈緊急情況時(shí)的中斷服務(wù)程序（外中斷0）104.3軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對擁護(hù)程序的C編程、連接、執(zhí)行發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。運(yùn)行程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。4.4程序清單#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RED_NB = P1A0; /南北 紅燈sbit YELLOW_NB = PMI；/南北 黃燈sbit GREEN_N

16、B = P1A2; /南北 綠燈sbit RED_DX = P1A3；/東西 紅燈sbit YELLOW_DX = P1A4；/東西 黃燈sbit GREEN_DX = P1A5；/東西 綠燈sbit A0 =P0A0；/CD4511sbit A1 =P0A1；sbit A2 =P0A2；sbit A3 =P0A3；sbit bellP2A3；/蜂鳴器sbit P24= P2A4；sbit P25= P2A5；/南北方向數(shù)碼管位選sbit P26= P2A6；sbit P27 = P2A7；/東西方向數(shù)碼管位選sbit K1 =P3A2；/緊急按鍵sbit K2 =P3A3；/調(diào)節(jié)按鍵sbit

17、 K3 =P2A1；/加一按鍵sbit K4 =P2A2；/減一按鍵sbit K5 =P2A0；/開始按鍵void display1(uchar,uchar)；void display2(uchar,uchar)；void delayms(uint k)；uchar buf1,buf2,buf3,buf0,buf4,buf5,buf6,buf7,buf8；uchar NB1 = 35,DX1=35,NB3=60,DX3=60；uchar js100ms1,js100ms2,t0；uchar flag1=0,flag2=0,flag3=0,flag4=0,kaishi_flag=0,led_da

18、ta_buf,led_data_buf1；void getkey(void) if (K3=0)delayms(8)；if (K3=0)while (!K3)bell=0;11bell=1; t0+=1; if(NB1!=0) NB1+=1;DX1+=1; else NB3+=1;DX3+=1;if (K4=0)delayms(8);if (K4=0)while (!K4) bell=0;bell=1;t0-=1;if(NB1!=0)NB1-=1;DX1-=1;elseNB3+=1;DX3+=1;void Initial(void)TMOD = 0 x11; /定時(shí)器0,1工作在方式1TH1

19、= (65536 - 50000)/256; /100ms定時(shí)TL1 = (65536 - 50000)%256;TR1 = 1;/開定時(shí)器1中斷ET1 = 1;/允許定時(shí)器1中斷ET0 = 1;TH0 = (65536 - 50000)/256;TL0 = (65536 - 50000)%256;EX0 = 1; /允許外部中斷0IE0 = 1;/啟動外部中斷0PX0 = 1;EX1=1;IE1=1;EA = 1; /開總中斷void int0(void) interrupt 0/外中斷0flag1 = 1;flag3+;led_data_buf = P1;buf0=t0;buf1= NB1

20、,buf2 = DX1,buf3= NB3,buf4 = DX3; t0 = 15;if(!K1)delayms(10);if(!K1)while(!K1) bell=0; bell=1;TH0 = (65536 - 50000)/256;TL0 = (65536 - 50000)%256;TR1 = 0;TR0 = 1;12EX0 = 0;EX1 = 0; js100ms2 = 0;void int1(void) interrupt 2/外部中斷1t0=10; flag3+;flag2 = 1;led_data_buf = P1;led_data_buf1 = P1;buf1= NB1,bu

21、f2 = DX1,buf3= NB3,buf4 = DX3;if(!K2)delayms(10);if(!K2)while(!K2) bell=0; bell=1;TH0 = (65536 - 50000)/256;TL0 = (65536 - 50000)%256;TR1 = 0;TR0 = 1;EX1 = 0; js100ms2 = 0;void ISRT0(void) interrupt 1/定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序TH0 = (65536 - 50000)/256;TL0 = (65536 - 50000)%256; /重裝初值getkey();if(flag1)flag1=0;P1 =

22、 0 xf6;if(flag2)flag2=0;if(RED_NB=0)&(GREEN_DX=0)|(RED_NB=0)&(YELLOW_DX=0) P1 = 0 xff;RED_DX=0; GREEN_NB=0;else P1 = 0 xff; RED_NB =0; GREEN_DX=0;js100ms2+; if(js100ms2 9)t0-; js100ms2 = 0;if(t0 = 0) if(flag3=1) if(flag4=1) flag4=0;P1 = led_data_buf1; else P1 = led_data_buf;13NB1=buf1,DX1=bu

23、f2,NB3=buf3,DX3=buf4;TR0 = 0;/禁止定時(shí)器0中斷TR1 = 1;/開定時(shí)器1中斷EX1 = 1;EX0 = 1;js100ms2 = 0; flag3=0;return;if(flag3=2)P1 = led_data_buf; t0=buf0; js100ms2 = 0; flag3=1;flag4=1;void ISRT1(void) interrupt 3 /定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序TH1 = (65536 - 50000)/256;TL1 = (65536 - 50000)%256; /重裝初值js100ms1+;getkey(); if(js100ms1 9

24、)NB1-;DX1-;NB3-;DX3-; js100ms1 = 0; /*=延時(shí)=*/void Delay10uS(uchar second)uint i; while(second-) != 0)for(i = 0;i 3;i+)void delayms(uint k)uint i,j;for(i = 0;i k;i+) for(j = 0;j 60;j+);/*=數(shù) 碼 管 控 制=*/ uchar codediscode=0 xf0,0 xf1,0 xf2,0 xf3,0 xf4,0 xf5,0 xf6,0 xf7,0 xf8,0 xf9;/CD4511驅(qū)動共陰數(shù)碼管0-9代碼void

25、 display1(uchar num1,uchar num2) /控制南數(shù)碼管顯示P0=discodenum1; P24=1; Delay10uS(10); P24=0; /高位P0=discodenum2; P25=1; Delay10uS(10); P25=0; /低位void display2(uchar num3,uchar num4) /控制東西數(shù)碼管顯示P0 = discodenum3; P26 = 1; Delay10uS(10); P26 = 0; /高位14P0 = discodenum4; P27 = 1; Delay10uS(10); P27 = 0; /低位/*=主函

26、數(shù)=*/ main()/*=初始狀態(tài)：東西南北都紅燈=*/ RED_NB=0;RED_DX=0;delayms(1800);RED_NB = 1;RED_DX = 1;for(;)if(!K5)delayms(10); if(!K5)while(!K5) bell=0; kaishi_flag=1; Initial();bell=1; break;while(kaishi_flag)15/*=狀態(tài)1： 東西綠燈(25s)/*=狀態(tài)2：東西黃燈(5s)南北紅燈(25s)=*/南北紅燈(5s)=*/RED_NB = 0;GREEN_DX = 0;while(NB1!= 0)if(TR0 = 1)d

27、isplay2(t0/10,t0%10);/display1(t0/10,t0%10);/當(dāng)t0=15時(shí)東西、南北紅燈(15s)當(dāng)t0=10時(shí)東西、南北紅、綠燈交換點(diǎn)亮elseif(NB1= 5)if(TR0 = 1)display2(t0/10,t0%10);display1(t0/10,t0%10);elsedisplay1(NB1/10,NB1%10); /東西黃燈(5s)display2(DX1/10,DX1%10); /南北紅燈(5s)GREEN_DX = 1;RED_NB = 0;YELLOW_DX = 0;elsedisplay1(NB1/10,NB1%10); /display

28、2(DX1/10,DX1%10); /RED_NB = 1;YELLOW_DX = 1;P24 = 0;P25 = 0;P26 = 0;P27 = 0; /Delay10uS(10);東西綠燈(25s)東西黃燈(5s)南北紅燈(30s)數(shù)碼管全關(guān)掉1617/*=狀態(tài)3：東西紅燈(15s)南北綠燈(15s)=*/*=狀態(tài)4：東西紅燈(5s)南北黃燈(5s)=*/RED_DX = 0;GREEN_NB = 0;while(NB3!= 0)if(TR0 = 1)display2(t0/10,t0%10);/當(dāng)t0=15時(shí)東西、南北紅燈(15s)display1(t0/10,t0%10);/當(dāng)t0=1

29、0時(shí)東西、南北紅、綠燈交換點(diǎn)亮elseif(NB3= 5)if(TR0 = 1)display2(t0/10,t0%10);display1(t0/10,t0%10);elsedisplay1(NB3/10,NB3%10); /東西黃燈(5s)display2(DX3/10,DX3%10); /南北紅燈(5s)GREEN_NB = 1;RED_DX = 0;YELLOW_NB = 0;elsedisplay1(NB3/10,NB3%10); /display2(DX3/10,DX3%10); / RED_DX = 1;YELLOW_NB = 1;P24 = 0;P25 = 0;P26 = 0;P27 = 0; /Delay10uS(10);/*=重=新賦值NB1=35;DX1=35; NB3=60;DX3=60; 東西綠燈(25s)東西黃燈(5s)南北紅燈(30s)數(shù)碼管全關(guān)掉=*/185、性能測試與分析系統(tǒng)做