AT89C52单片机交通灯设计1.doc

目 录
摘要...................................................................2
1 交通信号灯控制系统设计任务和性能指标................................3
1.1 设计任务........................................................3
1.2 性能指标........................................................3
2 交通信号灯控制系统设计方案...........................................3
2.1 设计思路 ......................................................3
2.1.1 设计思路...................................................3
2.1.2 功能设计...................................................3
2.2 总体设计........................................................3
2.2.1 通行方案设计...............................................4
2.2.2 硬件设计方案...............................................4
2.2.3 软件设计方案...............................................5
3 交通信号灯控制系统硬件设计 ..........................................5
3.1 系统硬件框图 ...................................................5
3.2 单元电路设计....................................................6
3.2.1 单片机最小系统 ............................................6
3.2.2 信号灯显示电路 ............................................7
3.2.3 倒计时显示电路 ............................................7
3.2.4 电路原理图.................................................8
4 交通信号灯控制系统程序设计 .........................................8
4.1 C语言程序编写...................................................8
5个人小结.............................................................12
6参考文献 ............................................................12

摘要

交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，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。
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。
本系统采用单片机AT89C52为中心器件来设计交通信号灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计系统就是由单片机最小系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路和按键操作电路等几大部分组成。系统除具有基本的交通信号灯功能外，还具有倒计时、时间调整和紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。
软件上采用KEIL C 编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序，延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。

1 交通信号灯控制系统设计任务和性能指标
1.1设计任务
利用单片机设计一个十字路口交通信号灯控制系统，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，并有倒计时系统显示信号灯转换时间。用红、绿、黄发光二极管作信号灯，两位八段数码管显示时间来控制交通信号灯的变化。
1.2性能指标
（1）东西和南北方向的车辆交替通行，任意时刻只有一个方向通行，以黄灯闪烁来转换。
（2）系统开始运行时设置每次放行13秒，其中有3秒是黄灯闪烁提醒行人和车辆禁止通行。

2 交通信号灯控制系统设计方案
2.1设计思路
2.1.1设计思路
（1）分析目前交通路口的基本控制技术以与各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。
（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以与系统应拥有的各项功能。
（3）选择器件，大体分配各个器件与模块的基本功能要求，设计主控电路、显示电路，信号灯状态电路，按键电路等。
（4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用C语言编写，深入了解定时器，中断以与延时原理后，完成软件的编写。
2.1.2 功能设计
本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急情况处理等功能。
2.2 总体设计
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。
2.2.1 通行方案设计
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4然后循环至状态1，周而复始。

S1 东西通行 S2 东西禁行过渡状态

S3 南北通行 S4 南北禁行过渡状态
通过对具体的十字路口交通信号灯状态的演示分析，可以把这四个状态归纳如下：
状态S1:东西方向绿灯亮，允许通行，南北方向红灯亮，禁止通行；
状态S2:东西方向绿灯转黄灯闪烁，允许通行，南北方向红灯亮，禁止通行；
状态S3:东西方向红灯亮，禁止通行，南北方向绿灯亮，允许通行；
状态S4:东西方向红灯亮，禁止通行，南北方向绿灯转黄灯闪烁，允许通行；
依据上述分析，东西的通行时间为状态S1和状态S2的时间之和，南北的通行时间为状态S3和状态S4的时间之和。
2.2.2 硬件设计方案
2.2.2.1 AT89C52单片机芯片简介
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
2.2.2.2 AT89C52单片机引脚图

本系统选用Atmel公司的AT系列单片机AT89C52为中心器件设计交通信号灯控制器，实现了红绿灯循环点亮，绿灯变红灯中间为黄灯闪烁警示的功能。每个方向采用红绿黄三色的LED灯的亮灭来模拟信号灯，采用两位八段共阳数码管，显示十字路口通行或禁止的剩余时间。
2.2.3 软件设计方案
设计要求为：首先南北方向红灯、东西方向绿灯亮，南北方向红灯13秒、东西方向绿灯9秒，相应的数码管显示对应的数字并读秒，同时南北方向红色的二极管和东西方向的绿色二极管接通点亮显示，当东西方向的绿灯时间到，则东西方向的绿灯转为黄灯，同时数码管显示黄灯的时间3秒，东西方向的黄色二极管接通点亮，此时南北方向的红灯不变。南北方向的红灯和东西方向的黄灯时间同时到，此时南北方向的红灯跳转为绿灯，时间同样为9秒，东西方向有黄灯跳转为红灯，时间为13秒。当南北方向的绿灯时间到，南北绿灯跳转为黄灯，东西方向的红灯不变，当南北方向的黄灯和东西方向的红灯时间到，南北方向的黄灯跳转为红灯，东西方向的红灯跳转为绿灯。进入开始的状态，循环执行。
根据设计要求编写C语言程序。软件采用KEIL C语言完成。

3 交通信号灯控制系统硬件设计
3.1系统硬件框图
根据设计的要求,单片机选用AT89C52，其部带有8KB的FLASH ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。四个方向各采用三个不同色的LED灯和1个两位的数码管显示，来实现该方向的指示灯的点亮时间倒计时。按键可以根据系统的需要进行操作。

AT89C52

XTAL1 P0.0
XTAL2 |
P0.5

RES

P2.0
|
P2.7

P3

时钟电路
复位电路
信号灯显示
倒计时显示
按键操作

系统硬件框图
3.2单元电路设计
3.2.1单片机最小系统
对51系列单片机来说，单片机要正常工作，必须具有五个基本电路，也称五个工作条件：1、电源电路，2、时钟电路，3、复位电路，4、程序存储器选择电路，5、外围电路。因此，单片机最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路、外围电路等。
（1）电源电路设计
　　 单片机芯片的第40脚为正电源引脚VCC，一般外接+5V电压。第20脚为接地引脚GND，常见电源电路设计如下图所示：

电源设计
（2）时钟电路设计
单片机是一种时序电路，必须要有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的18脚（XTAL2）、19脚（XTAL1）分别为片反向放大器的输出端和输入端，只要在18脚（XTAL2）和19脚（XTAL1）之间接上一个晶振，再加上2个20PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路，本设计就采用图所示时钟电路。

时钟电路
（3）复位电路设计
单片机芯片的第9脚RST（Reset）是复位信号输入端。单片机系统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等情况下都需要复位。AT89C52单片机的复位靠外部电路实现，信号从RST引脚输入，高电平有效，只要保持RST引脚高电平2个机器周期，单片机就能正常复位。

复位电路
　　（4）外围电路的设计
　　外围电路的设计主要依据项目要实现的功能，本项目要实现的功能是用单片机控制交通信号灯。
交通信号灯显示电路
本系统采用LED作为信号灯来使用，单片机的I/O口直接与LED连接。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向的同色灯连接在一起，南北方向的同色灯也彼此连接，受单片机AT89C52的P1.0—P1.5控制。12个LED指示灯采用共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的LED会亮，输出高电平时，LED熄灭。
倒计时显示电路
该交通信号灯控制系统在正常工作情况下，为方便提示路上行人与车辆交通灯转换的剩余时间，专门为控制系统提供了一个倒计时的显示装置。该装置采用2位八段数码管来显示，每个路口需要1个，共4个，在设计电路时，本系统采用用共阳数码管。
3.2.4电路原理图

4 交通信号灯控制系统程序设计
4.1 C语言程序编写
本系统程序采用KEIL C 编程，来控制交通信号灯的亮灭与时长。
程序如下：
/*#include<REG51.H> */
#include<AT89X51.H>
#define uchar unsigned char /*定义字符串类型为无符号型*/
uchar code a[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
uchar code b[4]={0x0D,0x0E,0x07,0x0B}; /****P2口,低有效*/
uchar code c[4]={0xDE,0xDD,0xF3,0xEB}; /****P1口,低有效*/
char SN=10,WE=13;
char SN_G=10,WE_G=10,Y=3;
uchar i,k=0,count=0;
void delay(uchar t);/*定义函数*/
void light(); /*定义函数*/
void led(); /*定义函数*/
/*程序初始化*/
void init(void)
{
/*12MHz */
TMOD=0x01; /**计数器用模式1，为16位计数器*****/
TH1=(65536-50000)/256; /*0x3C*/
TL1=(65536-50000)%256; /*0xB0*//*计50000个数，用时50ms*/
IT0=1;/*外部中断0为边沿触发方式*/
ET0=1;/*允许T0中断*/
TR0=1;/*启动计数器*/
EA=1;/*CPU开放总中断*/
}
/*定时函数*/
void time1(void) interrupt 1
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;/*计50000个数，用时50ms*/
count++; /*自增运算*/
if(count>=20)/*当count大于或等于20时，历时1s，执行程序*/
{
SN--;/*自减运算*/
WE--;/*自减运算*/
count=0;/*清零*/
if(SN==0||WE==0)/*当SN=0或者WE=0时，执行程序*/
{
k++;/*自增运算*/
if(k>3)/*当k>3时，执行程序*/
k=0;/*清零*/
switch(k)/*switch 语句*/
{
case 0:SN=SN_G,WE=SN_G+Y;break;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/
case 1:SN=Y,WE=Y;break; /*东西南北方向显示时间均为黄灯闪亮时间*/
case 2:SN=WE_G+Y,WE=WE_G;break;/*南北方向显示时间为东西方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间，东西方向显示时间为东西方向绿灯通行时间*/
case 3:SN=Y,WE=Y;break; /*东西南北方向显示时间均为黄灯闪亮时间*/
}
}
}
}
/*延时t毫秒*/
void delay(uchar t)
{
uchar i;
for(t;t>0;t--)
{
for(i=2000;i>0;i--)
{}
}
}
/*交通灯函数*/
void light()
{
P1=c[k];/*交通灯对应着k的值变化*/
if(P1==c[1]&&count==0)/*当南北方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/
{
TH1=(65536-50000)/256;
TL1=(65536-50000)%256;/*延时50ms*/
P1=0xDF;/*南北方向黄灯熄灭，东西方向亮红灯*/
}
else
if(P1==c[3]&&count==0)/*当东西方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/
{
TH1=(65536-300000)/256;
TL1=(65536-300000)%256;/*延时50ms*/
P1=0xFB;/*南北方向亮红灯，东西方向黄灯熄灭*/
}
}
/*数码管函数*/
void led()
{
P2=b[0],P0=a[SN%10];/*显示南北方向个位*/
delay(5);/*延时*/
P2=b[1],P0=a[SN/10];/*显示南北方向十位*/
delay(5);/*延时*/
P2=b[2],P0=a[WE%10];/*显示东西方向个位*/
delay(5);/*延时*/
P2=b[3],P0=a[WE/10];/*显示东西方向十位*/
delay(5); /*延时*/
}
void main(void)
{
init();/*调用程序初始化函数*/
for(;;)/*无条件循环*/
{
light();/*调用交通灯函数*/
led(); /*调用数码管函数*/
}
}

5个人小结
这次是很有意义的一次课程设计，从原理图设计到软件仿真，我从中收获了许多。刚开始设计时，我就在校门口仔细观察交通灯的转换，经过研究思考最终得到了上述的交通灯状态转换表。
在程序编写上，我选择了用KEIL C语言进行编程。在整个程序的编写过程中，采用模块化，编一个子程序仿真一个，通过Keil 和proteus两个软件来实现的。Keil 帮助检查程序是否存在语法错误之类的问题，同时可以生成hex文件，供proteus软件仿真使用。通过一周的课程设计，使我更深入的学习了AT89C52单片机。

6 参考文献
[1]毅坤. 单片微型计算机原理与应用，电子科技大学 1998
[2]夏继强. 单片机实验与实践教程. ：航空航天大学, 2001
[3]伟. 单片机C语言程序设计100例.：电子工业, 2009
[5]雷丽文. 微机原理与接口技术.：电子工业, 2001
[6]于永. 51单片机C语言常用模块与综合系统设计.：电子工业, 2007
[7]谭浩强. C语言程序设计.：清华大学, 2005
[8]于永. 51单片机C语言常用模块与综合系统设计.：电子工业, 2007