交通灯课程设计说明书

华北水利水电学院
院系：机械学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：59班
学号：200905918
姓名：杨亚坤
指导老师：雷冀南
2012年5月11日
No.:00000000000001115
目录
目录 (2)
2、设计要求 (3)
二、交通管理的方案论证 (3)
三、总体方案设计 (4)
1．系统框图 (4)
2.工作原理 (5)
2.1、正常模式 (5)
3.计时控制方案 (7)
4.显示控制方案 (7)
四、芯片的选择与简介 (8)
3. 80C51单片机的外接晶体引脚 (8)
4. 80C51单片机的控制线 (9)
5. 80C51单片机复位方式 (9)
五系统电路设计 (10)
1.电路原理图 (10)
3.单片机最小系统 (11)
4.显示部分 (11)
6.主程序模块 (12)
7.显示程序模块 (13)
七、结论 (13)
八、参考文献 (14)
附录2：电路原理图 (18)
一、课程设计任务书及计划书
1 、设计目的及任务
《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。

课程设计任务:根据给定的模拟交通灯控制任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系
统电路板，使之实现任务要求。

2、设计要求
（1）运用所学的知识设计一个交通灯控制系统。

（2）上电的时候南北方向的红灯亮30秒；东西方向的绿灯亮30秒，黄灯秒闪5秒。

再接下来东西方向的红灯亮30秒；南北方向的绿灯亮30秒，黄灯秒闪5秒。

如此循环。

（3）各种信号灯所亮的时间由数码管显示出来。

（4）外接4个控制按钮，分别实现紧急模式、夜间模式、主干道绿灯支道红灯模式、管理模式。

二、交通管理的方案论证
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。

黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。

设南北道比东西道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2。

P0口控制码和状态图
表2说明：
（1）当东西方
向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。

时间为30秒。

（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。

（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。

时间为30秒。

（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。

三、总体方案设计
1．系统框图
交通灯控制的总体设计框图如图2.1所示。

图2.1
2.工作原理
由软件设置交通灯的初始时间，南北方向和东西方向各30秒，数码管的段码用不同的口线，南北方向的是用的P1口的P1.0~P1.2，东西方向的使用P1口的P1.3~P1.5，用单片机来控制各种信号灯的燃亮时间，通过单片机的P0口和P2口控制，P2口控制十位数，P0口控制个位。

2.1、正常模式
四个控制按钮均不按下，交通灯正常模式：上电的时候南北方向的红灯亮30秒；东西方向的绿灯亮30秒，黄灯秒闪5秒。

再接下来东西方向的红灯亮30秒；南北方向的绿灯亮30秒，黄灯秒闪5秒。

如此循环
2.2、紧急情况中断电路
遇到紧急情况，如有救护车通过时，按下急停键S1，通过硬件和程序来给P1口一个控制信号来实现两路红灯亮。

紧急情况解除以后按下恢复键，使急停键
弹起，通过程序来恢复跳转之前的状态。

如下图：
其中S1为急停键。

2.3、主干道绿灯，知道红灯状态
在控制按钮S2按下的前提下，再按S1触发外部中断0，交通灯执行南北主干道为绿灯，东西支道为红灯的的状态，可在领导视察时使用此状态。

此状态为：
2.4、夜间模式
当到夜间时，由于车流量比较少可更改交通灯为夜间模式，及两路口均为
黄灯闪烁。

如图所示：
2.5、对交通灯进行管理
在控制按钮S4按下的前提下，再按S3触发外部中断1，交通灯全灭，数码管计时器也全灭，可在不使用时对交通灯进行管理。

3.计时控制方案
利用MCS-51内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。

该方案节省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，
4.显示控制方案
显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。

该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。

LED 动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描80C51芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。

四、芯片的选择与简介
1. MSC-51芯片资源简介
80C51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。

80C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，80S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 80S51有40条引脚, 与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分. 80C51单片机为双列直插式封装结构, 如图3.2所示.
图3.2 80C51引脚分配图
2. 80C51单机的电源线
（1）VCC：+5V电源线。

电源线
（2）GND：接地线。

3. 80C51单片机的外接晶体引脚
（1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。

采用内
部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。

（2） XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。

采用外部振荡器时，该引脚悬空。

外接晶体引脚。

4. 80C51单片机的控制线
（1） RST ：复位输入端，高电平有效。

（2） ALE/PROG ：地址锁存允许/编程线。

（3） PSEN ：外部程序存储器的读选通线。

（4） EA/Vpp ：片外ROM 允许访问端/编程电源端。

5. 80C51单片机复位方式
单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位. 复位的作用是使中央处理器CPU 以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.
80C51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST 引脚高电平两个机器周期,单片机即复位. 复位后,PC 程序计数器的内容为0000H,片内RAM 中内容不变. 复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.
a.上电复位电路
b. 手动复位电路
c. 自动复位电路
1K
R
8.2K
C
图3.3 单片机复位电路
五系统电路设计
1.电路原理图
2.电源电路
采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图5.1所示
图5.1 电源电路
220V市电经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容
滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。

3.单片机最小系统
图5.2.1单片机最小系统
单片机最小系统以80C51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.
时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.
复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。

4.显示部分
因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的p0和p2口来做数码管的段码驱动，东西方向和南北方向的位线可以公共来使用，可以节约
单片机的口线。

数码管可以使用共阳数码管，数码管的每段的电流是10毫安。

电路图
5.信号灯部分
本设计利用单片机的p2口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管，电路图如下：
6.主程序模块
主程序初始化和按键控制，首先将时间、中断、次数、和显示分别进行初始化，然后启动定时器对时间进行判断，将时间送数据缓冲区，调用显示程序，同时扫描按键程序，用无条件跳转指令返回, 再调用显示程序，如此周而复始的循环，如图4.1所示
7.显示程序模块
显示程序采用动态显示，由位码控制那一个数码管显示，由段码控制数码管显示什么数值，根据中断程序显示时间来查表显示数值，从第一位到第四位逐个点亮，同时每显示一位判断一次四位显示完了吗？没有显示完进行显示下一位，显示完了从头开始再循环。

七、结论
本系统就是充分利用了80C52芯片的I/O引角。

系统统采用MSC-51系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；p2口和p3口外接数码管来显示各个信号灯的时间。

系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。

系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。

这是由于本身地理位子以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现
通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编
语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

八、参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M]. 北京：清华大学出版，1996
[2]付家才. 单片机控制工程实践技术[M]. 北京：化学工业出版社，2004.5
[3]雷丽文等.微机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，1997.2
[4]蒋万君.在论循环时序电路的简便设计[J] .机电一体化，2005 第5期
附录1：程序清单ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 0013H
LJMP PINT1
ORG 0100H MAIN: SETB EA
SETB EX0
CLR IT0
SETB EX1
CLR IT1 MAIN0:CLR P3.0
MOV R0,#0F3H
MOV P1,R0
LCALL AA
MOV R0,#035H
MOV P1,R0
LCALL BB
MOV R0,#0DEH
MOV P1,R0
LCALL AA
mov r0,#02EH
MOV P1,R0
LCALL CC
AJMP MAIN0
ORG 0200H PINT0: MOV P1,#0F6H WAIT4: JNB P3.2,WAIT4
MOV P1,R0
MOV P1,#0F3H WAIT: JNB P3.4,WAIT
MOV P1,R0
RETI
PINT1: MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH WAIT3: MOV P1, #0EDH
LCALL DELAY
MOV P1,#0FFH
LCALL DELAY
JNB P3.3,WAIT3
MOV P1,R0
MOV P1,#0FFH WAIT5: JNB P3.5,WAIT5
MOV P1,R0
MOV P2,R3
RETI
AA:MOV R3,#0A4H
MOV P2,R3
LCALL DOWN
MOV R3,#0F9H
MOV P2,R3
LCALL DOWN
MOV R3,#0C0H
MOV P2,R3
LCALL DOWN
RET
DOWN:MOV R1,#0AH LOP2:DEC R1
MOV A,R1
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DELAY
CJNE R1,#00H,LOP2
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH
RET
BB:SETB P3.0
MOV R3,#0C0H
MOV P2,R3
LCALL DOWN1
RET
DOWN1:MOV R1,#05H LOP3:MOV A,R1
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DELAY
CJNE
R1,#00H,MAIN2
MAIN2: CPL P1.1
DJNZ R1,LOP3
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH
RET
CC:SETB P3.0
MOV R3,#0C0H
MOV P2,R3
LCALL DOWN2
RET
DOWN2:MOV R1,#05H LOP4:MOV A,R1
MOV DPTR,#TABLE
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DELAY
CJNE
R1,#00H,MAIN3
MAIN3: CPL P1.4
DJNZ R1,LOP4
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#0FFH
RET
TABLE:DB
0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,09 2H,082H,0F8H,80H,90H
DELAY:MOV R6,#200
DL1: MOV R5,#125DL2: mov r4,#20
DL3:DJNZ R4,DL3
DJNZ R5,DL2
DJNZ R6,DL1
RET
END
附录2：电路原理图
编号：202004061636。