单片机交通灯课程设计(LED显示倒计时)

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摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。对交叉口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题，是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施，是解决城市交通问题的有效途径。交通灯控制系统由 80C51 单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、 LED 信息显示功能，市交通实现有效控制。

目录

一序言...... 3 1.1 交通灯的形成...... 4 1.2 单片机的发展历程...... 4 1.3 芯片简介...... 5 1.4 技术指标及设计要求...... 7 二硬件电路的设计及描述...... 9 2.1MCS-51 单片机内部结构...... 9 2.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置及功能符号......12 2.3 51 系列单片机运行的硬件条件......13 2.4 单片机的特点与应用......14 三软件设计流程及描述......15 3.1 软件设计......15 3.2 电路连接分配......16 3.3 主程序流程图......17 四源程序代码......18 体会总结......22 体会总结参考文献 (23)

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一序言

1.1 交通灯的形成

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。。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”。 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

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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。我们设计的单片机控制交通灯就是基于信号灯。 1.2 单片机的发展历程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。在 MCS-51 系列单片机中，有两个子系列：51 子系列和 52 子系列。每个子系列有诺干中型号。51 系列有 8051、8751 和 8031 三个型号，后来经过改进产生了 80c51、87c51、80c31 三个型号； 52 系列有 5021、8752、 8032 三个型号，改进后的型号是 80c52/87c52、 80c32。改进后的型号更加省电。

52 系列比对应的 51 系列增加了定时器 T2 并将内部程序存贮器增加到 8KB。Inter 公司停止生产 MCS-51 系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与Mcs-51 兼容的单片机。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。

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单片机经过 1、2、3、3 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

1.3 芯片简介

MSCMSC-51 芯片简介 80C51 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中最基本的产品，它采用 INTEL 公司可靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的HCMOS 产品。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它继承和扩展了 MCS-48 单片机的体系结构和指令系统。 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 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，现在我们分别加以说明：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

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度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)：8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(ROM)： 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)： 8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口： 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：

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8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统： 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。时钟电路： 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。

1.4 技术指标

设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组

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红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。

1.5 设计要求

1、利用两种颜色的 4 个发光二极管模拟路口的交通灯。

2、交通灯切换时间为 50 秒，在 LED 数码管上显示剩余时间。

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二硬件电路的设计及描述

2.1MCS-51 单片机内部结构

在 MCS-51 系列单片机中， 2 个系列： 51 系列和有子 52 子系列。每个系列有若干种型号。51 系列有 8051、8751、8031、 87C51、和 80C31。：

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分析上图，并按其功能部件划分可以看出，MCS-51 系列单片机是由 8 大部分组成的。这 8 大部分是： 1.一个 8 位中央处理器 CPU（有成为微处理器） CPU 的内部结构是有运算器和控制器组成，是单片机的核心部件。其中包括算术逻辑运算单元、ALU、累加器 ACC、程序状态字寄存器 PSW、堆栈指针 SP、寄存器 SP、寄存器 B、程序计数器（指令指针）PC、指令寄存器 IR、暂存器等部件。 2.128 个字节的片内数据存储器 RAM 片内数据存储器用于存放数据、运算结果。 3.4KB 的片内程序存储器 ROM 或 EPROM 用于存放程序、原始数据和表格。现在的改进产品里一般都换成了 Flash 存储器。 4.18 个特殊功能寄存器 SFR。CPU 内部包含了一些外围电路的控制寄存器、状态寄存器以及数据输入/输出寄存器，这些外围电路的寄存器构成了 CPU 内部的特殊功能寄存器。18 个特殊功能寄存器 SFR 有 3 个是 16 位的，共占了 21 个字节。 5.4 个 8 位并行输入输出 I/O 接口。

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P0 口

P0.0~P0.7

输入与输出

分时的传送地址低 8

位与数据线 P1 口 P2 口 P3 口入端 P3.1—TXD：串行口输出端 P3.1—TXD：串行口输出端 P3.2— P3.3—：外部中断 0 中断请求输入端：外部中断 1 中断请求输入端P1.0~P1.7 P2.0~P2.7 P3.0~P3.7 输入与输出输入与输出输入与输出无第二功能传送地址的高 8 位 P3.0—RXD：串行口输

P3.4—T0：定时器/计数器 0 外部输入端 P3.5—T1：定时器/计数器 1 外部输入端 P3.6— P3.7—：外部数据存储器写选通信号：外部数据存储器读选通信号

P0 口、P1 口、P2 口、P3 口（共 32 线），用于并行输入或输出数据。 6.1 个串行I/O 接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信。

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7.2 个 16 位定时器/计数器 T0、T1。 8.一个具有 5 个（52 子系列为 6 个或 7 个）中断源，2 个可编程优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口终端申请。

2.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置及功能符号如下图所示。单片机芯片引脚位置及功能符号如下图所示。

MCS-51 系统的引脚说明： MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，图二是它们的引脚配置，40 个引脚中，

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正电源和底线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，组 8 位共 32 4 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 8951 的抚慰方式可以自动复位，也可以是手动复位，见下图。除此之外，RESET/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可以接上没用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。在编程时，EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压。 2.3 51 系列

单片机运行的硬件条件 51 系列单片机内部配有 ROM 和 RAM，单片机能够运行的最基本配置是： 1.配有为单片机提供时钟信号的振荡电路，如下图所示。 2.配有上电复位或按键复位电路。 3.要对 EA 脚进行处理，选择外部或内部程序存储器。 4.要为单片机提供一个稳定的、满足单片机工作电压的工作电源。

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2.4 单片机的特点与应用 1.单片机的特点

（1）.控制功能强。（2）.抗干扰性强，可靠性高，工作温度范围宽。（3）.开发周期短，性价比高，易于产品化。 2.单片机的应用领域（1）.智能化仪表。（2）.实时工业控制。（3）.机电一体化产品。

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三软件设计流程及描述

3.1 软件设计先了解实际交通灯的变化规律，假设一个十字路口为东西南

北走向。初始状态 0 为东西红灯，南北绿灯；然后转状态 1 南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态 0，东西红灯，南北绿灯。再转状态 1，南北绿灯通行，东西红灯。过一段时间转状态 0，不断循环。倒计时时间由 LED 灯显示出来

交通灯管理系统电路原理图

50 秒 50 秒…………

东西方向灯

红灯

绿灯

…………

南北方向灯

绿灯

红灯

…………

从上表中我们可以很容易的看出：（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 50 秒。。

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（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 50 秒。（4）这样如上表的时间和红、绿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。

3.2 电路连接分配

通过单片机的 P1 口控制实验仪上 6 个 LED 按照交通灯的变化规律循环发光，模拟十字路口 L2、L1、L0 模拟南北方向交通灯。通过一条 SETB 指令，可使某一灯亮，通过一条CLR 指令，可使某一灯灭

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3.3 主程序流程图

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四源程序代码

参考程序清单如下：

ORG 0000H MOV R5,#00H MOV R6,#05H MAIN:MOV A,#03H MOV DPTR,#0FF20H MOVX @DPTR,A MOV A,#00H MOV DPTR,#0FF21H MOVX @DPTR,A LT1: MOV R4,#21H MOV R7,#32H SJMP LT0 LT2:MOV R4,#0CH MOV R7,#32H LT0: MOV P1,R4 DIR: MOV 79H,R5

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MOV 7AH,R6 MOV R0,#79H MOV R3,#01H MOV R1,#07H LD0: MOV R2,#7FH LD1: MOV A,@R0 MOV DPTR,#SEG MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0FF22H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0FF21H MOV A,R3 MOVX @DPTR,A MOV 4FH,#0FFH LOOP3:DJNZ 4FH,LOOP3 CJNE A,#01H,LD2 MOV A,#02H MOV R3,A 19

INC R0 SJMP LD1 LD2: MOV A,#01H MOV R3,A MOV R0,#79H DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD0 DEC R7 LCALL BCD MOV R3,B MOV A,#0FH ANL A,R3 MOV R5,A LCALL BCD MOV R3,A MOV A,#0FH ANL A,R3 MOV R6,A

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LOOP1:MOV A,R7 JZ LOOP2 SJMP LT0 LOOP2:CJNE R4,#21H,LT1 SJMP LT2 BCD: MOV B,#0AH MOV A,R7 DIV AB RET SEG:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H END 21

体会总结

通过一周的课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择等方面作了学习。对电子电路、电子元器件等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立设计单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。协作的重要性。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

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参考文献

【1】张毅坤，陈善久，龚雪红.单片微型计算机原理及应用.：西安电子科技大学大学出版社，2009 【2】马静，韩建国.单片机原理与应用实践.北京：中国计量出版社，2008. 【3】谢振辉.改进式 MCS-51 单片机实验.北京：科学出版社， 2006. 【4】胡健.单片机原理与接口技术实践教程.北京：机械工业出版社，2004. 【5】胡汉才.单片机原理及系统设计.北京：清华大学出版社， 2002.

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