單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計題目：基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)摘要本文介紹了一個基于MCS-51及PROTEUS的十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，通過對現(xiàn)實路況交通燈的分析研究，理解交通控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。十字路口交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下禁止普通車輛，而讓緊急車輛優(yōu)先通行。本次采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C51為核心器件來設(shè)計交通燈控制器，通過單片機(jī)P3口接按鈕控制紅綠燈時間；紅綠燈循環(huán)點亮30秒，倒計時剩3秒時黃燈閃爍警示；交通燈信號通過P1口輸出；二位陰極數(shù)碼管顯示時間通過P0口輸出，還設(shè)置了夜間模式和緊急模式兩種功能，利用Proteus軟件對交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)工作性能良好。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；Proteus仿真；中斷；十字路口交通燈控單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計目錄第1章緒論 第1章緒論1.1項目設(shè)計背景在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行;黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行;綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。

本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅綠燈循環(huán)點亮，綠燈變紅燈中間30秒為黃燈閃爍警示的功能。本系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起到一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實現(xiàn)了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機(jī)和交通檢測器實現(xiàn)了對交通信號機(jī)網(wǎng)的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計算機(jī)控制信號燈的實用化，建立了一套由IBM650型計算機(jī)控制的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個具有電子數(shù)字計算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠(yuǎn)過程。1.2設(shè)計目的了解交通燈管理的基本工作原理熟悉AT89C51的工作原理和應(yīng)用變成熟悉AT89C51并行接口的各種工作方式和應(yīng)用熟悉AT89C51計數(shù)器/定時器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法掌握多位LED顯示問題的解決1.3設(shè)計意義在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自動控制的交通燈。口的交通控制系統(tǒng)指揮著人和各種車輛的安全運行，對交叉口實行科學(xué)的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施,是解決城市交通間題的有效途徑。交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況,越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。交通燈控制器設(shè)計主要功能是用單片機(jī)控制LED燈模擬指示。模擬東西南北方向的十字路口交通燈信號控制情況。以89C51單片機(jī)為核心芯片，采用中斷方式實現(xiàn)控制。本模擬系統(tǒng)由單片機(jī)硬／軟件系統(tǒng)，兩位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)。和復(fù)位電路控制電路等組成，較好的模擬交通路面的控制。

第2章設(shè)計方案的比較2.1設(shè)計要求及參數(shù)2.1.1設(shè)計要求模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行、通行和等待的信號發(fā)生，還能進(jìn)行倒計時顯示。按鍵可以控制東西南北方向均有紅黃綠信號燈、帶有緊急制動按鈕、夜間模式、實時提醒各路口紅綠燈的剩余時間等功能。共四個二位陰極數(shù)碼管，東南西北各一個顯示時間，四個數(shù)碼管的陰極都接到AT89C51的P1口。共12個發(fā)光二極管，四個路口每個路口各有一個紅（禁行）、黃（警告）、綠（通行）發(fā)光二極管，四個路口的二極管接到P1口，按鍵接P3口。東西南北方向均有紅黃綠信號燈。帶有緊急制動按鈕，按下后所有信號燈均為紅燈，再次按下恢復(fù)正常。夜間模式，所有信號燈為黃色閃爍。實時提醒綠燈亮的剩余時間。按鍵依次功能：黃燈閃爍（深夜模式）、緊急模式、正常模式啟動&復(fù)位按鈕。2.1.2設(shè)計參數(shù)主控芯片使用的是AT89C51單片機(jī)；倒計時時間：30s；紅黃綠燈采用LED燈顯示；顯示采用二位陰極數(shù)碼管顯示；按鈕開關(guān)：3個；發(fā)光二極管12個；數(shù)碼管4個；2.2設(shè)計思想基于完成以上任務(wù)分析，結(jié)合所學(xué)有關(guān)知識，尤其是本學(xué)期所學(xué)關(guān)于單片機(jī)的中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器的相關(guān)知識及應(yīng)用，我們知道對于紅、綠、黃四組各三盞燈的控制，當(dāng)南北方向路燈亮?xí)r車輛可以通過，此時東西方向紅燈亮為停止，27s后南北方向綠燈熄滅，黃燈亮3s（同時伴有閃爍）后，紅燈亮，東西方向紅綠燈與之相反；進(jìn)入夜間模式按下按鈕東西南北各方向均為黃燈閃爍；如遇緊急情況按下緊急按鈕各路口均為紅燈，方便特種車輛安全順利的通過，用于管理十字路口的車輛及行人交通。通過把這十二盞燈分別接到單片機(jī)的六個輸出引腳，若用P1口進(jìn)行輸出，則分配如下圖2.1分配圖2.3通行方案設(shè)計十字路口東西方向和南北方向各裝有直行控制紅、黃、綠交通信號燈還有倒計時顯示器，顯示器用于顯示相應(yīng)方向直行控制當(dāng)前點亮信號燈還要持續(xù)的時間（即剩余時間)。系統(tǒng)中有三個按鈕即緊急模式、夜間模式正常模式啟動&復(fù)位按鈕，啟動按鈕按下后信號燈系統(tǒng)開始工作，開始倒計時30s，27s后綠燈方向變?yōu)辄S燈并且伴有閃爍，紅燈方向不變，3s后黃燈停止閃爍并且綠燈變?yōu)榧t燈，紅燈變?yōu)榫G燈并周而復(fù)始地循環(huán)；當(dāng)有緊急情況發(fā)生時按下緊急按鈕所有信號燈均變?yōu)榧t色；當(dāng)進(jìn)入夜間模式時所有信號燈變?yōu)辄S色并伴有閃爍。圖2.2交通狀態(tài)示意圖下列用圖表表示燈的狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)，如表2.1所示：表2.1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)四個路口均有三個紅綠燈，在任一路口，遇到紅燈禁行，綠燈后方可通行，黃燈警示車輛減速慢行或等待，狀態(tài)即將變換。

第3章硬件電路的設(shè)計3.1AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPERON—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。3.1.1AT89C51單片機(jī)的主要特性(1)微處理器(CPU):一個8位CPU。(2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM):片內(nèi)為128B，片外最多可外擴(kuò)64KB。(3)程序存儲器(4KBFlashROM):片內(nèi)為4KB，片外最多可外擴(kuò)程序存儲器至64KB.(4)4個8位可編程并行I/O口(PO、P1、P2、P3)1個全雙工的串行口。(5)定時器/計數(shù)器:片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有4種工作方式。(6)中斷系統(tǒng):具有5個中斷源,2級中斷優(yōu)先級。(7)特殊功能寄存器(SFR):共有21個特殊功能寄存器，用于CPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。(8)1個看門狗定時器(WDT)。圖3.1AT89C51引腳圖3.1.2主要引腳功能VCC:供電電壓GND:接地。P0口:PO口為一個8位漏極開路雙向IO口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)Pl口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，PO口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，PO輸出原碼，此時PO外部必須被拉高。Pl口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向IO口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高8位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向IO口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，各功能口功能如下:口管腳備選功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外部中斷О)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4TO(計數(shù)器О外部輸入)P3.5Tl(計數(shù)器1外部輸入)P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平3.2硬件模塊（1）按鈕Key1：緊急模式；Key2：夜間模式；Key3：正常模式啟動&復(fù)位按鈕；按鈕圖如圖3.2所示：圖3.2按鈕示意圖（2）數(shù)碼管動態(tài)顯示圖數(shù)碼管實際上是由7個發(fā)光二極管排成8字形狀和一個小數(shù)點8個組成，分別命名為A、B、C、D、E、F、G、DP。示意圖如圖3.3所示。圖3.3數(shù)碼管3.3時鐘和復(fù)位電路設(shè)計如圖3.4為時鐘電路連接圖。MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。當(dāng)使用內(nèi)部振蕩電路時，XTALl和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，圖中C2、C3大小一般為22pF。還加了復(fù)位/備用電源引腳的接線方法，任何單片機(jī)在工作之前都要進(jìn)行復(fù)位，以便CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始化狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，也就是程序開始執(zhí)行之前，單片機(jī)做好準(zhǔn)備工作。如何進(jìn)行復(fù)位呢?只能在單片機(jī)的RST引腳上保持兩個機(jī)器周期（24個時鐘周期）的高電平即可對單片機(jī)實現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)主電源VCC發(fā)生掉電或者是電壓降低到電平規(guī)定值時，VPD上外接的備用電源自動啟用，為單片機(jī)內(nèi)部RAM提供電源，以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失，使系統(tǒng)在恢復(fù)上電后能正常運行。圖3.4時鐘電路圖3.5復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕位兩種方式。在此次設(shè)計中，我使用了上電復(fù)位方式。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位路的電容充電來實現(xiàn)的，如圖3.5所示。第4章軟件及硬件的設(shè)計4.1程序流程圖程序流程圖是描述程序運行流程的一種圖表，它不僅描繪了程序的運行順序，也描述了程序運行過程中可能發(fā)生的狀況。流程圖如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖4.2設(shè)計總電路圖本次實驗電路圖包含了時鐘復(fù)位電路、三個按鈕開關(guān)控制紅綠燈的模式、12個發(fā)光二極管顯示十字路交通信號的狀態(tài)、四個數(shù)碼管顯示當(dāng)前交通燈信號剩余秒數(shù)。通過編程完成實驗，實現(xiàn)交通燈東南西北四個方向的指示功能。電路圖如圖4.2所示圖4.2設(shè)計總電路圖第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1程序開始按下按鈕KEY3，程序開始運行，數(shù)碼管倒計時，此時南北綠燈亮，東西紅燈亮，倒計時27秒后，南北黃燈閃爍，3秒后南北紅燈亮，東西綠燈亮。重復(fù)按下按鈕KEY4可以復(fù)位停止。程序如下，仿真圖如圖5.1所示。圖5.1正常模式仿真圖5.2夜間模式按下KEY2開啟夜間模式，黃燈點亮提醒來往車輛減速慢性。程序如下，電路如圖5.2所示。//************按鍵k2的功能判斷與實現(xiàn)**********// if(k2==0) //按鍵2的功能（夜間模式） { delay(100);//延時消抖 if(k5==0)//消抖 { a=0;//關(guān)閉設(shè)置狀態(tài) b=0;//定時中斷數(shù)次清0 c=0;//關(guān)閉正常工作循環(huán) d=1;//啟動夜間狀態(tài) e=0; P0=0;//關(guān)掉數(shù)碼管 TR0=0;//停止定時器工作 led1=1; //紅色指示燈滅 led2=1; //綠色指示燈亮 red_nb=1; //關(guān)閉紅色與綠色信號燈，打開黃色信號燈red_dx=1; green_nb=1; green_dx=1; yellowled_nb=0; yellowled_dx=0; while(k5==0);//等待按鍵釋放 } }圖5.2夜間模式仿真圖5.3緊急模式按下KEY1按鈕啟動緊急模式，紅燈常亮，同時蜂鳴器啟動。提醒來往車倆停止行駛，接下來會有特種車輛和緊急車輛駛過。程序如下，電路圖如5.3所示。//************按鍵k1的功能判斷與實現(xiàn)**********// if(k1==0) //按鍵1的功能（緊急模式） { delay(100);//延時消抖 if(k6==0)//消抖 { a=0;//關(guān)閉設(shè)置狀態(tài) b=0;//定時中斷數(shù)次清0 c=0;//關(guān)閉正常工作循環(huán) d=0;//啟動夜間狀態(tài) e=1; P0=P0&0; P2=0;//關(guān)掉數(shù)碼管 TR0=0;//停止定時器工作 led1=1; //紅色指示燈滅 led2=1; //綠色指示燈亮 red_nb=0; //關(guān)閉黃色與綠色信號燈，打開紅色信號燈red_dx=0; green_nb=1; green_dx=1; yellowled_nb=1; yellowled_dx=1; while(k6==0);//等待按鍵釋放 } delay(100); while(1) { beef=~beef; delay(100); } }圖5.3緊急模式仿真圖

結(jié)論在這次的課程設(shè)計中，實現(xiàn)了十字路口交通燈紅綠燈交替變換的功能，通過按鈕開關(guān)控制還可以增加減路口各方向紅綠燈的時間，還可以在不同種模式下控制燈亮滅，例如：在緊急模式下，紅燈亮，警告來往車輛停止行駛，提示該路口會有緊急車輛駛過；在夜間模式下，黃燈亮，提示來往車輛減速慢行。課程設(shè)計讓我們把課堂上學(xué)習(xí)到的知識得到鞏固和進(jìn)一步的提高，對已有知識有了更進(jìn)一步的認(rèn)識和理解，同時，也發(fā)現(xiàn)了自身能力的有限。在設(shè)計過程中都會遇到一些困難和問題，如：定義錯函數(shù)；函數(shù)名輸入錯誤；字母大小寫在輸入過程中輸錯；輸入的程序無法實現(xiàn)該模式的仿真；在接線圖中，距離較近的兩個端子接串；數(shù)碼管數(shù)字閃爍。不過本次設(shè)計是四人一組，通過與同學(xué)的共同分析，以及借助書籍的幫助，依次將問題解決。通過本次設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己對單片機(jī)的理解認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我會在以后的學(xué)習(xí)中不斷提高自己，在學(xué)習(xí)中對單片機(jī)得到進(jìn)一步的認(rèn)識。

致謝首先，我要感謝我的老師在課程設(shè)計上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次設(shè)計的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。同時，在課程設(shè)計中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵著我。在此，謹(jǐn)向老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！另外，感謝學(xué)校給予我這樣一次機(jī)會，讓我能夠獨立地完成一次課程設(shè)計，并在這個過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在這學(xué)期快要結(jié)課的時候，能夠?qū)W(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中，增強(qiáng)了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。最后，再一次感謝所有在設(shè)計中幫助過我的良師益友和小組成員。

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