51单片机红绿灯课程教学设计

1 电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。

方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，选择方案二。

2 显示界面方案

该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，成本较高。

综上所述，选择方案一。

3 输入方案：

设计要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。

该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。

方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。

综上所述，选择方案二。

3.1单片机交通控制系统的通行方案设计

设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：

图1 交通状态

本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器。实现以下功能：

初始东西绿灯亮，南北红灯亮，东西路口车通行，时隔24s，黄灯闪烁6次。之后，南北绿灯亮，东西红灯亮，方向开始通车，时隔24s，南北黄灯闪烁6次，然后又切换成东西方向通车，如此重复。

当发生交通意外(中断产生)时，全部亮红灯，进行交通事故的处理。当事故处理完毕（再次按中断键），重新按上述方式工作。

当南北路口的流量大时，可以增加南北路口亮绿灯的时间，当东西路口的流量大时，可以增加东西路口亮绿灯的时间，结束后调回正常状态。

下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下

东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表1所示。说明：0表示灭，1表示亮。

3.3单片机智能交通灯控制系统的基本构成及原理

单片机设计智能交通灯控制系统，可用单片机直接控制交通信号灯的状态变化，实现倒计时、紧急情况处理与时间调整等功能。

据此，本设计系统以单片机为控制核心，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。系统的总体框图如上所示。

单片机上电后，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。在此过程中随时通过键盘调用急停按键和时间调节中断。

交通灯系统硬件设计

此设计采用的是AT89C51单片机为内部控制芯片，外部接有按键中断电路以及复位电路以外，还有4个两位数码管，用以倒计时和4个路口的灯，共12个LED灯。

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)

第

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第二章交通灯系统硬件设计

此设计采用的是AT89C51单片机为内部控制芯片，外部接有按键中断电路以及复位电路以外，还有4个两位数码管，用以倒计时和4个路

口的灯，共12个LED灯。

2.1 系统框架图

电路板一块，AT89S51单片机一片，八段LED数码管四个。发光二极管12个（4个绿的，4个红，4个黄的），8个电阻，2个电容，1个晶振，1个电解电容，1个按键开关。（系统结构框图：图2.1）

2.3.1 MSC-51芯片简介

MCS-51单片机内部结构

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。

2.3.2 LED显示数码管

八段LED显示器由八个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的放光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部分英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称为共阳极LED显示器如图2-2所示；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称为共阴极LED显示器

3.3 晶体振荡器

石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整，作用是为系统提供基本的时钟信号。我们在晶体某一方向加一电场，

从而在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。

附录

原程序代码

#include

#define uint unsigned int//宏定义

#define uchar unsigned char//宏定义

uchar aa,cc,NBshi,NBge,DXshi,DXge,NBtemp,DXtemp;//定义变量

sbit NBR=P3^0;//南北红灯

sbit NBY=P3^1;//南北黄灯

sbit NBG=P3^4;//南北绿灯

sbit DXY=P3^5;//东西黄灯

sbit DXG=P3^6;//东西绿灯

sbit DXR=P3^7;//东西红灯

uchar code table[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f}; //数字的代码从0-9

//数字的代码从0-9

void init();//初始化子程序的申明

void displayNB(uchar NBshi,uchar NBge);//显示子程序的申明 void delay(uint z);//延时子程序的申明

void fenjieNB();//南北数码管显示数字的分解函数 void fenjieDX();//东西数码管显示数字的分解函数

void main()

void init();//初始化子程序的申明

void displayNB(uchar NBshi,uchar NBge);//显示子程序的申明

void delay(uint z);//延时子程序的申明

void fenjieNB();//南北数码管显示数字的分解函数

void fenjieDX();//东西数码管显示数字的分解函数

void main()

{

init();//初始化子程序 while(1) {

if(cc==82)//循环一次结束 { cc=0;//从新进行下一次循环

}

}

void delay(uint z)//带参数的延时函数

void delay(uint z)//带参数的延时函数

{ uchar x,y;//定义两个变量 for(x=z;x>0;x--)//循环延时

for(y=110;y>0;y--);//循环延时

}

void init()//初始化子程序 { EA=1;//开总中断

ET0=1;//允许定时器0中断 EX0=1;//允许外部中断0中断 TR0=1;//启动定时器0

TMOD=0x01;//设置定时器0工作方式1

TH0=(65536-50000)/256;//给定时器的高8为赋初值

TL0=(65536-50000)%256;//给定时器的低8为赋初值

}

void fenjieNB()//南北数码管显示数字的分解函数

{ NBshi=NBtemp/10;//将要显示的时间的十位赋给变量

NBge=NBtemp%10;//将要显示的时间的个位赋给变量

NBtemp--;

}

void fenjieDX()//东西数码管显示数字的分解函数

{ DXshi=DXtemp/10; DXge=DXtemp%10; DXtemp--;

}

void displayNB(uchar NBshi,uchar NBge)//带参数的数码管显示函数

{

//显示南北十位 P2=0xfe;

P0=table[NBshi];

delay(5);

//显示南北个位

P2=0xfd;

P0=table[NBge];

delay(15);

}

void displayDX(uchar DXshi,uchar DXge) {

//东西十位

P2=0xfb;

P1=table[DXshi];

delay(5);

//东西个位

P2=0xf7;

P1=table[DXge];

delay(5);

}

void timer0() interrupt 1//定时器0的中断函数 {

TH0=(65536-50000)/256;//重装计数初值

TL0=(65536-50000)%256;//重装计数初值

aa++;

if(aa==20)//判断定时1分钟是否到

{

aa=0;//计数次数清0

if(cc==0)//南北亮红灯40秒，东西亮黄灯5秒

{

DXY=0;//东西的黄灯亮

DXG=1;//东西的绿灯不亮

DXR=1;//东西的红灯不亮

NBY=1;//南北的黄灯不亮

NBG=1;//南北的绿灯不亮

NBR=0;//南北的红灯亮

DXtemp=5;//东西的黄灯亮5秒

NBtemp=40;//南北的红灯亮40秒

}

else if(cc==6)//南北继续亮红灯40秒，东西亮绿灯34秒 {

DXY=1;//东西的黄灯不亮

DXG=0;//东西的绿灯亮

DXR=1;//东西的红灯不亮

NBY=1;//南北的黄灯不亮

NBG=1;//南北的绿灯不亮

NBR=0;//南北的红灯亮

DXtemp=34;//东西的绿灯亮34秒

}

else if(cc==41)//南北亮黄灯5秒，东西亮红灯40秒

{

DXY=1;//东西的黄灯不亮

DXG=1;//东西的绿灯不亮

DXR=0;//东西的红灯亮

NBY=0;//南北的黄灯亮

NBG=1;//南北的绿灯不亮

NBR=1;//南北的红灯不亮

NBtemp=5;//南北的黄灯亮5秒

DXtemp=40;//东西的红灯亮40秒

}

else if(cc==47)//南北亮绿灯34秒，东西继续亮红灯40秒 { DXY=1;//东西的黄灯不亮

DXG=1;//东西的绿灯不亮

DXR=0;//东西的红灯亮

NBY=1;//南北的黄灯不亮

NBG=0;//南北的绿灯亮

NBR=1;//南北的红灯不亮

NBtemp=34;//南北的绿灯亮34秒

DXtemp=34;//东西的红灯亮40秒

}

fenjieNB();//调用南北分解函数

fenjieDX();//调用东西分解函数

cc++;//判断亮灯的变量自加1

}

displayNB(NBshi,NBge);//调用NB红灯40秒的显示程序displayDX(DXshi,DXge);//调用DX黄灯5秒的显示程序 }

void JJZD() interrupt 0 //紧急中断程序，南北东西都亮红灯{

DXY=1;//东西的黄灯不亮

DXG=1;//东西的绿灯不亮

DXR=0;//东西的红灯亮

NBY=1;//南北的黄灯不亮

NBG=1;//南北的绿灯不亮

NBR=0;//南北的红灯亮

displayNB(0,0);//南北数码管都显示0

displayDX(0,0);//东西数码管都显示0

cc=0;//重最开始显示

}