单片机交通灯设计报告[1]

单片机控制的交通灯控制系统设计
所在学院：电气工程与自动化学院
目
1摘要
2 系统总体方案及硬件设计 (1)
设计要求 (1)
设计任务 (1)
总体设计 (1)
(1)
3 软件设计 (6)
总体流程图 (7)
子程序流程图 (8)
循环控制思路 (8)
4 Proteus软件仿真 (9)
(9)
(9)
南北强制通行仿真 (10)
东西强制通行仿真 (10)
5 课程设计体会 (11)
6 参考文献 (12)
7 附录 (13)
(19)
摘要
本设计是单片机控制的交通灯控制系统设计随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的电脑综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好消耗巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。

它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。

现在我们利用“自动控制”控制交通灯的方法。

将事先编制好的程序输入单片机，利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。

这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。

同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。

2系统总体方案及硬件设计
设计要求：
1〕南北方向〔主干道〕车道和东西方向〔支干道〕车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；
2〕在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3〕黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。

4〕东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示〔采用计时的方法〕。

5〕一道有车而另一道无车〔实验时用开关 K0 和 K1 控制〕，交通灯控制系统
能立即让有车道放行。

6〕有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。

设计目的：
1〕东西、南北车辆交替运行。

2〕绿灯转为红灯时，黄灯闪亮〔间隔1秒〕。

3〕能显示剩余时间。

4〕能对交通运行进行控制。

总体设计
2.4硬件设计
1〕单片机选型：AT89S52
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器、 32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

功能特性描述
At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。

使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，
亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻
辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，
P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验
时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个
TTL 逻辑电平。

对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入〔P1.0/T2〕和时器/计数器2
的触发输入〔P1.1/T2EX〕，具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能
P1.0 T2〔定时器/计数器T2的外部计数输入〕，时钟输出
P1.1 T2EX〔定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制〕
P1.5 MOSI〔在系统编程用〕
P1.6 MISO〔在系统编程用〕
P1.7 SCK〔在系统编程用〕
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个
TTL 逻辑电平。

对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器〔例如执行MOVX @DPTR〕
时，P2 口送出高八位地址。

在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。

在使用
8位地址〔如MOVX @RI〕访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个
TTL 逻辑电平。

对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。

P3口亦作为AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

端口引脚第二功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE〔地址锁存允许〕输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲〔PROG〕。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器〔SFR〕区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE 激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许〔PSEN〕输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令〔或数据〕时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器〔地址为0000H-FFFFH〕，EA端必须保持低电平〔接地〕。

需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平〔接Vcc端〕，CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

引脚结构图如下所示：
2〕复位电路：上电+按钮
复位电路原理图
当8051的ALE及/PSEN两引脚输出高电平，RST引脚高电平到时，单片机复位。

RST/VPD端的高电平，假设直接由启动瞬间产生，则为启动复位，假设通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。

图中，上电时，接通电源，电容器C相当于瞬间短路，+5V加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。

假设运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮S，则直接把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。

显然，该电路即可以上电复位，也可以手动复位，是常用复位电路之一。

3〕晶振电路
晶振电路原理图4〕键盘：独立键盘+中断
5〕数码管显示：LED7段码
6〕发光二极管显示
3软件设计
总体流程图
程序组成：
3.2 紧急中断子程序流程图
循环流程控制思路：
4 Proteus
软件仿真
正常运行仿真图紧急中断仿真图
南北强制通行仿真
东西强制通行仿真图
课程设计体会
一个月的单片机课程设计很快就结束了，在这一月当中，虽然开始有点困难，但是经过我们们分工合作，合理地进行设计安排，再加上老师的耐心指导，我们们终于顺利地完成了本次单片机课程设计，同时也学到了很多东西。

在本次课程设计中，我们通过动手实践操作，进一步学习和掌握了单片机原理的有关知识，特别是程序的编程方面，加深了对单片机原理及应用技术的认识，进一步稳固了对单片机知识的理解，掌握简单单片机应用系统的设计、制作、调试的方法。

在设计时根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。

根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，进行实验。

这次的单片机课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践能力，提高科学的思维能力，更在一周的时间了解了更多的有关单片机的知识，使知识更加丰富，使自己更加充实。

与此同时，我们也对团队分工合作有了进一步的认识，只有通过合理的分工合作，我们们才能够在短短一周的时间内完成设计任务，相信这对以后在社会上工作和学习会有很多帮助，让我们能更好的进入工作状态。

最重要的是，这次课程设计也增加了我们对问题的研究和探讨，们以后的学习中会有更多的帮助。

单片机为我们的主要专业课之一，但要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改良是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我们受益终身。

在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

我们们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，假设遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

通过这次课程设计我们也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

在完成单片机课程设计后,我们们发现我们们还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能被动完成。

但通过学习这一次实践,增强了我们们的动手能力,提高和稳固了单片机方面的知识,特别是软件方面。

从中增强了我们的团队合作精神,并让我们们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。

参考文献
[1] 卢艳军.单片机原理及应用系统. 北京：机械工业出版社，2005.2
[2] 余发山，王福忠等.单片机原理及应用. 徐州：中国矿业大学出版社，2007.5
[3] 金显贺，王昌长，王忠东等.一种用于在线检测局部放电的数字滤波技术.清华大学学报(自然科学版)，1993，33(4)：62-67
[4
[5] 王明亮.关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展.
[6] 张洪润.单片机原理及应用系统. 北京：机械工业出版社，2004.2
[7] 胡雪梅.单片机原理及应用. 北京：清华大学出版社，2009.5
[8] 穆兰.单片机原理及接口技术. 北京：机械工业出版社，2006.5
7附录
源程序代码
ORG 0000H
AJMP START
ORG 0003H
LJMP INT00
ORG 0013H
LJMP INT10 START: MOV SP,#60H SETB EX0
SETB EX1
SETB EA
;LCALL ST00 MAIN: LCALL ST10 LCALL ST20 LCALL ST30 LCALL ST40 LJMP MAIN
ST00: MOV A,#00
MOV P2,A
ST10:MOV R7,#30 ST11:MOV R0,#0DEH MOV P2,R0
LCALL DELAY1S RET
ST20:MOV R4,#05 ST21:MOV R0,#0DDH MOV P2,R0
MOV R5,#05
DJNZ R5,L22 MOV R0,#0DFH MOV P2,R0
MOV R5,#05
DJNZ R5,L23 DJNZ R4,ST21 RET
ST30:MOV R7,#20
MOV R0,#0F3H MOV P2,R0
LCALL DELAY1S RET
ST40:MOV R4,#05 ST41:MOV R0,#0EBH MOV P2,R0
MOV R5,#05
DJNZ R5,L42
MOV R0,#0FBH
MOV P2,R0
MOV R5,#05
DJNZ R5,L43
DJNZ R4,ST41
; JMP ST10
RET
DELAY1S: MOV R3,#50 ; R3存循环20ms的次数〔50次〕 CLR A
DIS0: MOV A,R7
LCALL X0
DJNZ R3,DIS0
DJNZ R7,DELAY1S
RET
DELAY01S: MOV R7,#05 ; R2存循环20ms的次数〔5次〕 CLR A
DIS1: MOV A,R4
LCALL X0
DJNZ R7,DIS1
RET
DELAY10MS: MOV R2,#20 ;键扫描10ms子程序
DEL1: MOV R6,#248
DJNZ R6,$
DJNZ R2,DEL1
MOV R6,#00
MOV R2,#00
RET
TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH
DB 66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,6FH,77H,7CH
DB 39H,5EH,79H,71H
DB 40H,00H
X0: MOV R6,A
MOV R1,#40H R3,R4,R5, MOV A,R6
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R1,A
INC R1
MOV @R1,B
MOV DPTR,#TAB
MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DELAY10MS
DEC R1
MOV DPTR,#TAB
MOV A,@R1
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DELAY10MS
RET
INT00: MOV 36H,R7
PUSH 36H
MOV 37H,R0
PUSH 37H
MOV 39H,R3
PUSH 39H
MOV R7,#10 ;紧急情况按钮，南北停止通行，均为红灯，持续10秒。

MOV P2,#0DBH
LCALL DELAY1S
POP 39H
POP 37H
POP 36H
MOV R7,36H
MOV P2,R0
MOV R3,39H
RETI
INT10: MOV 36H,R7 ;R7----XIANSHIMIAOSHU
PUSH 36H ;R0----p2 显示灯的状态
MOV 37H,R0 ;
PUSH 37H
MOV 38H,R6
PUSH 38H
MOV 39H,R3
PUSH 39H
;JNB P3.4,SV1
;JNB P3.5,SV2
; RET
SV1: MOV R7,#10 ;南北车流量多，切换成南北方向上运行 MOV R0,#0DEH
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
AJMP RETN
SV2: MOV R7,#10 ;东西车流量多,切换成东西方向上运行 MOV R0,#0F3H
MOV P2,R0
LCALL DELAY1S
RETN: POP 39H
MOV R3,39H POP 38H
MOV R6,38H POP 37H
MOV R0,37H POP 36H
MOV R7,36H RETI
7.2
系统原理图。