交通灯控制课程设计报告

电子与通信工程学院

单片机原理课程设计报告

2016 ～ 2017 学年第2学期

交通灯控制系统的设计与制作

专业：电子信息科学与技术

班级：电信141班

学号： 201408401144

姓名：梁瑞

指导教师姓名：谢春榕

2017 年 9 月 10 日

目录

1. 前言 (1)

1.1设计任务 (1)

1.2方案设计 (1)

1.3设计内容 (2)

1.4交通灯设计的意义 (2)

2. 硬件设计 (2)

2.1 51单片机 (2)

2.2电源电路 (2)

2.3 晶振电路 (2)

2.4 复位电路 (3)

2.5 LCD12864液晶显示模块 (3)

2.6 LED红绿灯显示模块 (4)

2.7总体电路设计 (4)

3. 软件设计 (5)

3.1 AT89S52芯片 (5)

3.2 C51编程 (5)

3.3 程序流程图 (5)

4. 测试结果和分析 (6)

5. 总结和体会 (6)

【参考文献】 (7)

【附录1】 (8)

课程设计报告

【课题名称】交通灯控制系统的设计与制作

【摘要】本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，由单片机I/O 口扩展系统、交通灯状态显示系统、LCD12864液晶显示系统、复位电路等几大部分组成。本设计除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，即通过单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间，车道每次通行时间都设为20秒。当出现紧急情况时，单片机的中断源INT0控制四个路口全部显示红灯，中断源INT1控制夜间模式（全黄灯闪烁），一段时间后恢复原来状态。系统实用性强、操作简单、扩展性强。

【关键词】AT89S52单片机交通灯信号灯倒计时道路通行

1.前言

当今世界正处于一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都需要计算机来控制。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。

1.1设计任务

模拟十字路口交通灯具有三色红绿灯和倒计时显示的基本功能，还具有紧急车辆（全红灯显示）和夜间模式（全黄灯闪烁）附加功能。

1.2方案设计

单片机采用AT89S52芯片，，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯及转向灯中，由单片机P0口管脚分别控制，由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极连接，因此I/O口输出低电平时，与之相连的灯会亮，并通过12864液晶屏显示时间倒计时。南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替通行，采用定时器中断方式实现转换时间倒计时，车道每次通行时间都设为20秒。在绿灯转为红灯时，黄灯先闪亮3秒钟，才能变换运行车道，交通灯状态用LCD12864液晶屏显示。系统不但具有三色红绿灯和倒计时显示的基本功能，还具有紧急车辆（全红灯显示）和夜间模式（全黄灯闪烁）

1.3设计内容

（1）设计并绘制硬件电路图

（2）制作PCB并焊接好元器件

（3）检测51单片机的运行情况

（4）编写程序并将调试好的程序固化到单片机

1.4交通灯设计的意义

交通灯是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人们生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约经济发展的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾事故导致城市交通拥挤的根本原因。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。

2. 硬件设计

2.1 51单片机

单片机又称单片微控制器，51单片机[1]主要由电源电路、时钟电路、复位电路以及LCD12864液晶显示模块等外围模块组成。详细电路原理图、PCB图及其实物图见附录。

2.2电源电路

电源电路部分主要由电源头、稳压二极管、电阻以及指示灯LED组成。除了电脑供电单片机外，还可以通过电源头外接5V直流电压供电单片机。电源电路的原理图如图2.2-1所示：

图2.2-1 电源电路原理图

2.3 晶振电路

晶振电路主要由晶振11.0592MHz以及周围的两个30pF的瓷片电容构成。晶振起振给单片机提供时钟频率，再通过单片机控制定时器中断以达计时功能。晶振电路的原理图如图2.3-1所示：

图2.3-1 晶振电路原理图

2.4 复位电路

复位方式有多种，本设计采用按键复位。在设定的时间内，89S52必须在RST脚产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器。复位电路的原理图如图2.4-1所示：

如图2.4-1 复位电路原理图

2.5 LCD12864液晶显示模块

本系统采用LCD12864液晶屏显示东西道和南北道的倒计时的时间状况。LCD12864液晶显示模块的电路原理图如图2.5-1所示：

图2.5-1 LCD12864液晶显示模块电路原理图

2.6 LED红绿灯显示模块

LED红绿灯显示模块主要由1K电阻和红、绿、黄三种颜色的LED灯设计而成，具体电路原理如图2.6-1所示：

图2.6-1 LED红绿灯显示模块电路原理图

2.7总体电路设计

本系统以单片机[2]为核心，由电源电路、复位电路、晶振电路、LED数码管显示模块以及LCD12864液晶显示模块组成。总体电路结构框图如图2.7-1所示：

3.软件设计

3.1 AT89S52芯片

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[3]，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。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内具三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，片内晶振及时钟电路。其DIP封装脚图如图3.1-1所示：

图3.1-1 DIP封装脚图

3.2 C51编程

软件上采用C51编程[4]，主要编写了主程序，LCD12864液晶显示程序，定时器T0、T1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，且增加了附加功能：具有紧急车辆（全红灯显示）和夜间模式（全黄灯闪烁）。

3.3 程序流程图

详细流程图如图3.2-1所示：

图3.3-1 程序流程图

4.测试结果和分析

本系统经过软件仿真，实物制作[5]，以及程序下载并调试后，已完成设计任务，实现了对十字路口交通灯的模拟。当出现紧急情况时，单片机的中断源INT0控制四个路口全部显示红灯，中断源INT1控制夜间模式（全黄灯闪烁），一段时间后恢复原来状态。

5.总结和体会

通过学习单片机这门课程设计，不仅了解了AT89S52的功能、还加强了单片机的理论知识得了解，而且进一步接触并了解到了软硬件的结合这个实践问题。不仅如此，此次设计也加强了我们动手培养了我的动手能力及分析思考和解决问题的能力，更令我的创造性思维得到拓展。不过，在本系统的设计过程中，我遇到了以下四点问题：1．此设计开始之际，经过同学的指导及自己查阅相关的资料，逐渐制定出了系统的

2．程序编写是耗时最长，也是最关键，同时又比较难的一项工作，程序的精密程度涉及到整个系统工作的稳定指数。因此，我首先编写总体框架，然后做简单的测试，保证能正常运行，接下来编写单个的子状态程序，写完一个测试一个，这样保证了最后调试的成功率。

3．实物做出来，接下来的工作便是检测硬件是否正常，确保硬件没有问题后，下载程序至单片机，并试着实物调试。在这整个调试过程中，花费的时间是最长的，遇到了各种各样的问题，到底还是因为理论知识不够充实，调试经验不足而导致处处碰壁。

【参考文献】

[1]陈铁军，余旺新.《单片机原理与应用技术》西南交通大学出版社

[2]楼然苗，李光飞.《单片机课程设计指导》北京航空航天大学出版社

[3]蔡朝洋.《单片机控制实习与专题制作》北京航空航天大学出版社

[4]谢维等.《单片机原理与应用及C51程序设计》清华大学出版社，2007.2

[5] 楼然苗，李光飞 .《51系列单片机设计实例》(第2版) 北京航空航天大学出版社 2006.2

【附录1】

图1 单片机原理图

图2 单片机PCB图

图3 系统实物图

【附录2】

系统程序：

/*****头文件*****/

#include

#include"12864.h"

/*****宏定义*****/

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ON 0

#define OFF 1

#define LED P0

sbit green1=P0^0;//南北道绿灯

sbit yellow1=P0^1;//南北道黄灯sbit red1=P0^2;//南北道红灯

sbit green2=P0^3;////东西道绿灯sbit yellow2=P0^4;//东西道黄灯sbit red2=P0^5;//东西道红灯

/*****定义变量*****/

uchar num,num1,num2;

uint t0,t1;

uchar n1,n2;

/*****函数定义*****/

void Led_init();

void num_display(uint m);

void ExInt0_Init();

void Red_SS(uint x);

//主函数

void main()

{

LCD_Init();//12864液晶初始化

LCD_display();//数据显示

Led_init();//三色灯初始化函数

while(1)

{

Set_XY(2,6); //东西道

num_display(num1);

Write_XY_String(2,7,"s");

Set_XY(4,6); //南北道

num_display(num);

Write_XY_String(4,7,"s");

void Led_init()

{

green1=ON;//南北道绿灯亮

yellow1=OFF;

red1=OFF;

green2=OFF;

yellow2=OFF;

red2=ON;//东西道红灯亮

num=20; //设定时间30秒

num1=23;

TMOD=0X11;

TH0=(65536-45872)/256;

TL0=(65536-45872)%256;

TH1=(65536-45872)/256;

TL1=(65536-45872)%256;

IE=0X8F;

IP=0x05;

IT0=1;

IT1=1;

TR0=1;

TR1=1;

}

void num_display(uint m)

{

write_dat(0x30+m/10); //显示十位write_dat(0x30+m%10); //显示个位}

//有紧急车辆全红灯模式函数

void Red_SS(uint x)

{

uchar i,j;

for(i=0;i

{

red1=0;

red2=0;

green1=1;

green2=1;

yellow1=1;

yellow2=1;

}

//夜间全黄灯模式函数

void Yellow_SS(uint x)

{

uchar i,j;

for(i=0;i

{

yellow1=~yellow1;

yellow2=~yellow2;

red1=1;

red2=1;

green1=1;

green2=1;

}

}

//有紧急车辆全红灯模式中断处理函数

void ExInt0_ISR()interrupt 0

{

uchar Save_LED;

EA=0;

Save_LED=LED;

EA=1;

Red_SS(10);//全红函数模式

EA=0;

LED=Save_LED;

EA=1;

}

//夜间全黄灯闪烁中断处理函数

void ExInt1_ISR()interrupt 2

{

uchar Save_LED;

EA=0;

Save_LED=LED;

EA=1;

Yellow_SS(10);//全黄灯模式函数

EA=0;

LED=Save_LED;

EA=1;

}

void timer0() interrupt 1 //南北道灯倒计时处理{

TH0=(65536-45872)/256;

TL0=(65536-45872)%256;

t0++;

if(t0<=400) //东西道的绿灯亮

{

num--;

if(num==0) //绿灯结束，开黄灯

{

num=3;

green1=OFF;

yellow1=ON;

red1=OFF;

}

}

if(t0>400&&t0<=460)

{

num--;

if(num==0)//黄灯结束，开红灯

{

num=23;

green1=OFF;

yellow1=OFF;

red1=ON;

}

}

if(t0>460&&t0<=920)

{

num--; //红灯结束，开绿灯

if(num==0)

{

num=20;

green1=ON;

yellow1=OFF;

red1=OFF;

}

}

if(t0==920)

t0=0;

}

}

void timer1() interrupt 3 //东西道灯倒计时处理{

TH1=(65536-45872)/256;

TL1=(65536-45872)%256;

t1++;

if(t1%20==0) //1s的时间到了

{

num1--;

if(num1==0) //东西道的绿灯亮

{

num1=20;

green2=ON;

yellow2=OFF;

red2=OFF;

}

}

if(t1>460&&t1<=860)

{

num1--;

if(num1==0)//开黄灯，关绿灯

{

num1=3;

green2=OFF;

yellow2=ON;

red2=OFF;

}

}

if(t1>860&&t1<=920)

{

num1--; // 开红灯，关黄灯

if(num1==0)

{

num1=23;

green2=OFF;

yellow2=OFF;

red2=ON;

}

}

if(t1==920)

t1=0;

}

}

/******************************************************************************* *

12864.h文件

*

*******************************************************************************/ #define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ulong unsigned long

/*12864串行端口定义*/

sbit lcdrs=P1^0; //片选高电平有效单片LCD使用时可固定高电平

sbit lcdrw=P1^1; //数据

sbit lcden=P1^2; //时钟

sbit PSB=P1^3; //低电平串口驱动，高电平并口驱动

/****************************************/

/*名称：delayms */

/*说明：毫秒级延时*/

/*功能：延时*/

/*调用：无*/

/*输入：uint z */

/*返回值：无*/

/****************************************/

void delayms(uint z)

{ uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

/****************************************/

/*名称：write_com */

/*说明：无*/

/*功能：向液晶写入一个字节地址（8位）*/

/*调用：无*/

/*输入：8位数据*/

/*返回值：无*/

/****************************************/

void write_com(uchar com_data)

{

uchar i;

uchar i_data;

lcdrs=1;

lcden=0;

/************写指令操作****************/

i_data=0xf8;

for(i=8;i>0;i--)

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

/******发送第二个字节（com_data的高4位）***/

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

/******发送第三个字节（com_data的低四位）*/

i_data=com_data;

i_data<<=4;

for(i=8;i>0;i--)

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

lcdrs=0;

delayms(10);

}

/****************************************/

/*名称：write_data */

/*说明：无*/

/*功能：向液晶写入一个字节数据（8位）*/

/*调用：无*/

/*输入：8位数据dat */

/*返回值：无*/

/****************************************/

void write_dat(uchar com_data)

{

uchar i;

uchar i_data;

lcdrs=1;

lcden=0;

/***********写数据操作************/

i_data=0xfa;

for(i=8;i>0;i--)

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

/************发送第二个字节（com_data的高4位）************/

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

/************发送第三个字节（com_data的低四位）************/

i_data=com_data;

i_data<<=4;

for(i=8;i>0;i--)

{

lcdrw=(bit)(i_data&0x80); //强制转化成位，取出最高位赋给SID lcden=0;

lcden=1;

i_data=i_data<<1; //每一位从高到低赋给SCLK }

lcdrs=0;

delayms(10);

}

/*******************************************************************************

**函数名：void Set_XY(uchar X,uchar Y)

**功能：设置X，Y的坐标

**参数：uchar X,uchar Y

**返回值：无

*******************************************************************************/

void Set_XY(uchar X, uchar Y)

{

switch(X)

{

case 1:

write_com(0x80 + Y); //第一行，第X字

break;

case 2:

write_com(0x90 + Y); //第二行，第X字

break;

case 3:

write_com(0x88 + Y); //第三行，第X字

break;

case 4:

write_com(0x98 + Y); //第四行，第X字

}

}

/*******************************************************************************

函数名：Write_XY_data(uchar X, uchar Y, uchar data)

功能：在X,Y处写数据

参数：uchar X, uchar Y, uchar data

返回值：无

*******************************************************************************/

void Write_XY_dat(uchar X, uchar Y, uchar dat) //第一种、要显示数据的位置和数据

{

Set_XY(X,Y); //写坐标X、Y地址

write_dat(dat);//写数据data

}

/*******************************************************************************

**函数名：void Write_XY_String(uchar X,uchar Y,uchar *str)

**功能：写字符串

**参数：uchar X,uchar Y,uchar *str

**返回值：无

*******************************************************************************/

void Write_XY_String(uchar X,uchar Y,uchar *str)

{

uchar temp;

Set_XY(X,Y);

temp=*str;

while(temp!=0)

{

write_dat(temp);

temp=*(++str);

}

}

/*******************************************************************************

函数名：LCD_display()

功能：数据显示

参数：无

返回值：无

*******************************************************************************/

void LCD_display()//数据显示

{

Write_XY_String(1,0,"十字路口交通灯");//第一行显示aaa的数据

delayms(1);

Write_XY_String(2,0,"南北方向：");//第二行第1个位置显示数据"这是第一行的!"