单片机交通灯优秀课程设计.doc

分院
信息科学和工程学院
专业
自动化
学生姓名

学号

设计题目
基于单片机交通控制设计
设计目标：
1. 经过设计了解一个十字路口交通灯基础工作原理；
2. 掌握89C52计算器/定时器工作方法和74LS573驱动芯片工作原理；
3. 掌握keil软件使用；
4. 学会team work团体合作。
设计内容：
设计一个模拟十字路口交通灯控制器，程序运行后，初始状态时东南西北方向红灯全亮5秒，接着程序开始循环以下程序：先东西绿灯和南北红灯亮15秒；然后南北红灯亮和东西黄灯闪5秒；接着南北绿灯和东西红灯亮15秒；最终东西红灯亮和南北黄灯闪5秒。

总体设计：
本设计采取单片机89C52作为控制器，通行时间及等候时间使用数码管以倒计时方法显示，单片机P1口控制交通灯（红黄绿三色LCD）替换。

指导老师（签字）：

年 月 日
分院院长（签字）：

年 月 日

摘要

多年来伴随科技飞速发展，单片机应用正在不停深入，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单片机应用系统中，单片机往往作为一个关键部件来使用，仅单片机方面知识是不够，还应依据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠就是交通信号灯自动指挥系统。交通信号灯控制方法很多，在学习了单片机相关知识以后，利用相关知识来设计完成交通信号灯。我对单片机很感爱好，所以在听了老师给我们讲解单片机相关知识以后，我自己课后查找资料， 不停学习单片机方面知识。这次课设给了我学以致用机会，我利用自己学单片机知识，做了一个基于单片机模拟交通灯控制设计。

目录

1 设计目标 1
2 设计内容 1
3 总体设计 2
4 硬件设计介绍 2
4.1数码管倒计时显示理论分析 3
4.2三极管工作原理 3
4.3二联共阳数码管原理 4
4.4 74LS573驱动芯片原理 6
5 电路图及仿真设计 7
6 源程序 8
7 设计体会及提议 13

单片机交通灯设计
一、 设计目标
（一） 经过设计了解一个十字路口交通灯基础工作原理
（二） 掌握89C52计数器/定时器工作方法和74LS573驱动芯片工作原理；
（三） 掌握keil软件使用
（四） 学会team work团体合作

二、设计内容
设计一个模拟十字路口交通灯控制器，程序运行后，初始状态时东南西北方向红灯全亮5秒，接着程序开始循环以下程序：先东西绿灯和南北红灯亮15秒；然后南北红灯亮和东西黄灯闪5秒；接着南北绿灯和东西红灯亮15秒；最终东西红灯亮和南北黄灯闪5秒。

三、 总体设计
本设计采取单片机89C52作为控制器，通行时间及等候时间使用数码管以倒计时方法显示，使用单片机P1口控制交通灯（红黄绿三色LCD）替换。用
单片机P1.0-P1.5六个I/O口控制东西南北红黄绿灯，用P0.0—P0.7八个I/O口控制数码管段选，用P2.4—P2.7四个I/O口控制数码管位选，其中用四个NPN三极管放大数码管位选电流，用驱动芯片74LS573驱动数码管段选。

四、硬件设计介绍
1. 数码管倒计时显示理论分析
利用MCS-51内部定时器/计数器进行，配合软件延时实现倒计时。在工作之前必需经过软件设定它工作方法，即对寄存器TMOD中每位进行设定，格式如表3所表示。

表3 TMOD格式
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CATE
C/T
M1
M0
CATE
C/T
M1
M0

其中，低四位用于决定T0工作方法，高四位用于决定T1工作方法，M1 和M0 工作方法控制位用以确定 4 种工作方法,以下表4所表示：
表4 M1和M0控制4种工作方法
M1 M0
工作方法
说明
0 0
方法0
13位计数器
0 1
方法1
16位计数器
1 0
方法2
自动装载8位计数器
1 1
方法3
定时器0：分为两个8位计数器
定时器1：对外部停止计数

采取T0方法1，定时1S，系统时钟为6MHZ，所以时钟周期=(12*1/6)us=2us；采取每隔100ms中止一次，中止10次为1S，使时间计数值减1，实现了倒计时功效。计算计数初值X：（216-X）*2us=1s，所以X=15536=3CB0H,所以TH0=3CH,TL0=B0H。
状态灯显示理论分析
南北通行，东西严禁时利用定时器中止倒计时15S；东西通行，南北严禁时利用定时器中止倒计时15S。
中止理论分析
MCS-51中止系统有5个中止源，分别是外部中止0、外部中止1、定时器/计数器T0溢出中止、定时器/计数器T1溢出中止、串行口中止请求。
MCS-51CPU对中止源开放和屏蔽，是由片内中止许可寄存器IE控制。中止许可控制寄存器IE格式，如表5所表示。

位地址
AF
AE
AD
AC
AB
AA
A9
A8
位符号
EA
/
/
ES
ET1
EX1
ET0
EX0

EA — 中止许可总控制位，EA=0，中止总严禁，严禁全部中止。EA=1，中止总

许可，总许可位打开后，各中止许可或严禁由各中止许可控制位设置决定。
EX0(EX1)— 外部中止许可控制位，EX0(EX1)=0，严禁外部中止。EX0(EX1)=1， 许可外部中止。
ET0(ET1)— 定时/计数中止许可控制位， ET0(ET1)=0， 严禁定时/计数中止。ET0(ET1)=1，许可定时/计数中止。
ES— 串行中止许可控制位，ES=0，严禁串行中止。ES=1，许可串行中止。
利用MCS-51内部中止进行，采取外部中止0，跳沿触发方法；外部中止0中止入口地址为0003H。
2.三极管工作原理
三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。
分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路基础原理。

如上图所表示，我们把从基极B流至发射极E电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流方向全部是流出发射极，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流方向。三极管放大作用就是：集电极电流受基极电流控制（假设电源 能够提供给集电极足够大电流话），而且基极电流很小改变，会引发集电极电流很大改变，且改变满足一定百分比关系：集电极电流改变量是基极电流变 化量β倍，即电流改变被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管放大倍数（β通常远大于1，比如几十，几百）。假如我们将一个改变小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引发基极电流Ib改变，Ib改变被放大后，造成了Ic很大改变。假如集电极电流Ic是流过一个电阻R，那么依据电压计算公式 U=R*I 能够算得，这电阻上电压就会发生很大改变。我们将这个电阻上电压取出来，就得到了放大后电压信号了。
3. 二联共阳数码管原理

① 静态显示
静态显示是当显示器显示某个字符时，对应段恒定地导通或截止，指导显示 另一个字符为止
当采取静态显示方法时，各段公共端接地（共阴极）或接电源（共阳极），段选 线和一个8位锁存器输出口相连，显示器各位相互独立
静态方法显示器亮度较高，编程轻易，但占用IO口线资源较多，日常生活中比较少用。
② 动态显示
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛一个显示方法之一，动态驱动是将全部数码管8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"同名端连在一起，另外为每个数码管公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立I/O线控制，当单片机输出字形码时，全部数码管全部接收到相同字形码，但到底是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路控制，所以我们只要将需要显示数码管选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通数码管就不会亮。经过分时轮番控制各个数码管COM端，就使各个数码管轮番受控显示，这就是动态驱动。在轮番显示过程中，每位数码管点亮时间为1～2ms，因为人视觉暂留现象及发光二极管余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描速度足够快，给人印象就是一组稳定显示数据，不会有闪烁感，动态显示效果和静态显示是一样，能够节省大量I/O端口，而且功耗更低。

4. 74LS573驱动芯片原理

说明：
LS573 八个锁存器全部是透明 D 型锁存器，当使能（G）为高时，Q 输出
将随数据（D）输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立数据电平上。
输出控制不影响锁存器内部工作，即老数据能够保持，甚至当输出被关闭时，
新数据也能够置入。

这种电路能够驱动大电容或低阻抗负载， 能够直接和系统总线接口并驱动总
线，而不需要外接口。尤其适适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工
作寄存器

五、电路图及仿真设计

设计完成原理图以下
在电路连接完成后，将写好程序放入单片机，运行。

单片机交通灯控制原理图

交通灯实物图

实物图

六、源程序
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit red_dongxi=P1^0; //P1.0东西红灯
sbit yellow_dongxi=P1^1; //P1.1东西黄灯
sbit green_dongxi=P1^2; //P1.2东西绿灯
sbit red_nanbei=P1^3; //P1.3南北红灯
sbit yellow_nanbei=P1^4; //P1.4南北黄灯
sbit green_nanbei=P1^5; //P1.5南北绿灯
sbit nbweixuan1=P2^4; //P2.4南北数码管位选1
sbit nbweixuan2=P2^5; //P2.5南北数码管位选2
sbit dxweixuan1=P2^6; //P2.6东西数码管位选1
sbit dxweixuan2=P2^7; //P2.7东西数码管位选2
uint aa,shi1,shi2,ge1,ge2; //定义无符号整型变量
uint code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
void delay(uint z); //延时函数申明
void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2);//数码管显示函数申明
void init1(); //状态函数1申明
void init2() //状态函数2申明
void init3(); //状态函数3申明
void init4(); //状态函数4申明
void init5(); //状态函数5申明
void main() //主函数
{ P0=0xFF; //P0口初始化
P1=0xFF; //P1口初始化
P3=0xFF; //P3口初始化
EA=1; //打开中止
ET0=1;
TR0=0;
init1();
while(1)
{ init2();
init3();
init4();
init5();
}
}
void init1() //状态函数1
{ uint temp;
temp=5;
TMOD=0x01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{ red_dongxi=0;
red_nanbei=0;
green_dongxi=1;
green_nanbei=1;
yellow_nanbei=1;
yellow_dongxi=1;
if(aa==20)
{ aa=0;
temp--;
}
shi1=shi2=temp/10;
ge1=ge2=temp%10;
if(temp==0) break;
display(shi1,ge1,shi2,ge2);
}
}
void init2() //状态函数2
{ uint temp;
temp=10;
TMOD=0x01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{ red_dongxi=1;
red_nanbei=0;
green_dongxi=0;
green_nanbei=1;
yellow_nanbei=1;
yellow_dongxi=1;
if(aa==20)
{ aa=0;
temp--;
shi1=(temp+5)/10;
ge1=(temp+5)%10;
shi2=temp/10;
ge2=temp%10;
}
if(temp==0) break;
display(shi1,ge1,shi2,ge2);
}
}
void init3() //状态函数3
{
uint temp;
temp=5;
TMOD=0x01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{
red_nanbei=0;
green_dongxi=1;
if(aa==20)
{ aa=0;
temp--;
yellow_dongxi=~yellow_dongxi;
shi1=temp/10;
shi2=shi1;
ge1=temp%10;
ge2=ge1;
}
if(temp==0) break;
display(shi1,ge1,shi2,ge2);
}
}
void init4() //状态函数4
{
uint temp;
temp=10;
TMOD=0x01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{ red_dongxi=0;
red_nanbei=1;
yellow_dongxi=1;
green_nanbei=0;
if(aa==20)
{ aa=0;
temp--;
shi1=temp/10;
ge1=temp%10;
shi2=(temp+5)/10;
ge2=(temp+5)%10;
}
if(temp==0) break;
display(shi1,ge1,shi2,ge2);
}
}
void init5() //状态函数5
{ uint temp;
temp=5;
TMOD=0x01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
while(1)
{ red_nanbei=1;
red_dongxi=0;
green_dongxi=1;
green_nanbei=1;
if(aa==20)
{ aa=0;
temp--;
yellow_nanbei=~yellow_nanbei;
shi1=temp/10;
shi2=shi1;
ge1=temp%10;
ge2=ge1;
}
if(temp==0) break;
display(shi1,ge1,shi2,ge2);
}
}
void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2) //数码管显示
{ dxweixuan1=1;
dxweixuan2=0;
nbweixuan1=0;
nbweixuan2=0;
P0=table[ge1];
delay(5);
dxweixuan1=0;
dxweixuan2=1;
nbweixuan1=0;
nbweixuan2=0;
P0=table[shi1];
delay(5);
dxweixuan1=0;
dxweixuan2=0;
nbweixuan1=1;
nbweixuan2=0;
P0=table[ge2];
delay(5);
dxweixuan1=0;
dxweixuan2=0;
nbweixuan1=0;
nbweixuan2=1;
P0=table[shi2];
delay(5);
}
void xtimer0() interrupt 1 //中止函数
{
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
aa++;
}
void delay(uint z) //延时函数
{ uint x,y;
for(x=0;x<z;x++)
for(y=0;y<110;y++);
}

七．设计体会和提议
在此次课程设计中，重新巩固了单片机理论课时，感觉到内容很多，知识点很杂、很繁琐。经过自己努力也更深入掌握了单片机内容结构和工作原理，和接外部电路情况。当然光有理论知识那只是“纸上谈兵”，还需实际动手去实践。真正把所学用到日常生活中，理论联络实际，做出实物模型。这次单片机课程设计，我们设计是简易十字路口交通灯设计，经过这次课程设计我感觉到要想做成功，必需花时间多做准备，查阅大量资料，每个过程全部很繁琐，全部要认真地分析每一步每一个模块要实现大功效，然后分步进行编写调试，最终整合成在一起。
在这次课程设计中，让我感到过程决定结果，细节认为成败。过程很艰苦，每个细节全部要认真分析。
经过此次课程设计，我们要对所做事情有耐性，在编程时候有困难，也可能变得不一定成功，所以要经过数次调试，分析，更正，反复去做；认真虚心讨教老师和同学。
在此次课程设计中，碰到最难问题是倒计时这个模块。从一位静态LED显示开始调试，到2位动态LED显示调试，碰到很多困难。一位一位静态显示全部能够，用动态显示方法时候，就出现乱码，以后一条一条指令测试，知道没犯错为止。这时又有问题了，十位先显示个位要显示数再显示十位要显示数，经过反复调试和老师帮助下，发觉我们把段选和位选分开了（有两个子程序来写）。程序经过更改后，继续调试，又发觉2个数码管只是移位在显示，可且间隔时间很长（这是由延时时间太长引发）。设置延时时间很短时候，就发觉显示很快（很轻易会发生交通意外），经过同学帮助下，查处我们定时有问题，在同学帮助下，重新编写和调试定时，最终成功了。
在此次课程设计中，我们用汇编语言编写，认为汇编语言很复杂很麻烦，能用寄存器少，每个参数全部要放在寄存器里，很繁琐，而且格式是固定，编写出来程序很长。
在这次课程设计中，经历了数次失败洗礼，我明白在以后学习和实践中，我要努力掌握知识，多动手，多思索，以免在以后学习工作中犯一样错误。