基于51单片机做简易的交通灯

目 录

摘要 ……………………………………………………………1 一、 设计目的 ………………………………………………………2 二、 设计任务和要求 ………………………………………………2 三、 设计原理分析 …………………………………………………2 四、 硬件模块及功能 ………………………………………………3 1、个模块功能 …………………………………………………… 3 2、材料清单…………………………………………………………4 3、硬件图 ………………………………………………………5 五、 软件模块及功能 ………………………………………………6 1、个模块功能原理 ………………………………………………6 2、程序清单…………………………………………………………6 3、程序流程图 ……………………………………………………9 六、 调试运行 ………………………………………………………10 1、 程序编译链接………………………………………………10 2、 观察模拟仿真………………………………………………11 七、 心得体会 ………………………………………………………12

参考文献 ………………………………………………………12 致谢 ……………………………………………………………13

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摘 要：

单片微型计算机(单片机)自问世以来,因其小巧灵活、成本低、控制能力强、易于产品化等优势,在社会各领域中得到广泛的应用。根据89C52单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法，将整个系统缩小在一块小小的单片机上，大大提高了产品的经济性和轻便性。设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤。硬件电路其结构比较简单，主要包括核心器件单片机、12只二极管组成的模拟交通灯、复位电路、振荡电路、显示数码管模块。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。本文就用Keil编程，相比硬件设计程序设计较为复杂，必需同时考虑灯控制、时间显示、紧急开关等问题，并且具有一定的C语言基础和一定的思维能力及逻辑能力。本文对十字路口状态预设为两种，一种是正常状态，即倒计时60秒，交通灯循环亮，另一种是故障或紧急状态，即无论交通灯处于何种状态只要按下紧急开关，就立即打开相应的绿灯，另一方向则亮红灯，当再按起开关则反向，并从60秒倒计时，恢复正常状态，分别用黄、红、绿色灯的不同组合来表示。本系统采用单片机AT89C52为核心器件来设计交通灯控制器，模拟现实中的交通灯控制方法，具有较强的实用性。

关键词：89C51单片机；交通灯；自动控制；时间显示器；

一、设计目的

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1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。

2、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器、中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。

二、设计任务和要求

任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯及显示时间60秒倒计时的模拟系统 要求：利用单片机的定时器定时和中断功能，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用共阳极数码管显示倒计时间。

三、设计原理分析

红 黄 绿 绿 红 黄 黄 红绿1、根据实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。初始状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。

列出交通信号灯的状态表如下：（其中，1代表灯亮，0代表灯灭） 状态 北 西 南 东 绿黄红 绿黄红 绿黄红 绿黄红 1 001 100 001 100 2 001 010 001 010 3 100 001 100 001 4 010 001 010 001 2、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的

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绿 黄 红

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信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制12个信号灯。

3、通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。

4、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。

四、硬件模块及功能

主要用到的硬件：P1口、P3口、P2口、LED数码管、发光二级管、定时器T0、 外部中断0和外部中断1、复位开关

1、个模块功能：

发光二极管电路：根据发光二极管的特性，将二极管的正极与电源相接

（+5V），其中与一个500欧姆的电阻串联。而发光二极管的负极与单片机的P1的八个端口相接，这样只要P1口的某个端口出现低电平，即二极管导通发光。

复位电路：本电路采用的是按键电平复位，按复位键后复位端通过电阻与VCC

电源接通，此时复位端由低电平变为了高电平，从而达到复位的效果。复位电路关系到一个系统能否可靠地工作，一般由电阻、电容和门电路组成。

晶振电路：80C51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡

器，但要形成时钟，外部需附加电路，引脚XTAL1是为反相放大器和时钟发生电路的输入端，XATL2为反相放大器的输入端。本电路是由一个12M晶振和两个22pF的无极性电容组成。

数码管驱动显示电路：由于数码管是四位一体的，所以必须采用动态扫描

方式，其基本原理是利用人眼的“视觉暂留”效应。接口电路把所有显示器的8个笔端a—b分别并联在一起，本电路时接单片机的P2口。每一个显示器的公共端COM各自独立地受I/O线控制，本电路采用的是单片机P0.0、P0.1、P0.2、P0.3。CPU向字段输出口送出字型码时，所有的显示器都能接收到，再利用循环扫描的方式分时选通个显示器的公共极，是各个显示器轮流导通。当扫描的速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了，认为各个显示器同时发光了。

紧急开关电路：紧急开关电路很简单，只需要两个开关。为了便于中断想象

的产生，开关一端接于P3.2P3.3口，因为其具有中断的功能，另一端接地就行。当按键按下时相应的端口就会接受到低电平从而程序产生中断。

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2、材料清单：

STC89C52+40脚底座 12MHz晶振 四位共阳极数码管+14脚底座 PNP(9012) 8X8按键 LED发光二极管 无极性电容22pF 极性电容10uF 4.7K电阻 500欧电阻 10K电阻 自锁按键 1个 1个 1个 4个 1个 12个 2个 1个 4个 6个 3个 2个

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3、硬件图

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五、软件模块及功能

1、各模块功能及原理

数码管显示：程序进入主程序后在显示程序中一直循环，通过定时器中断改

变aa、bb的值，使得数码管显示不同的数字。显示程序利用动态扫描原理：首先将共阳极编码送入P2口，同时打开P0口的第一个数码管关闭其他数码管，然后将下一个编码送入P2口，同时打开P0口的第二个数码管关闭其他数码管，以此类推。让人的视觉产生误差，这样就看到了四位数码管同时显示并且不断变化。

定时器中断：本程序采用定时/计数器0，定时时间为50ms，让它50ms产生

一次中断，进入中断后把（6000-5000）/256赋给高八位，把（6000-5000）%256赋给底八位，然后shu加1，判断shu的情况：如果shu等于1140即从开始到57s就将0XF5赋给P1口（南北点亮黄灯，东西依然红灯）。如果shu等于1200即过了60s，将0xDE赋给P1口（南北亮红灯东西绿灯）。如果shu等于2340即过了60+57s，就将0xEE赋给P1口（东西亮黄灯，南北红灯）。如果shu等于2400即过了两分钟，就将0xF3赋给P1口（点亮南北绿灯，东西红灯），同时将shu、xianshi重新赋值并且进入下一阶段定时中断。

外部中断：本程序采用外部中断0和外部中断1，即P3.2和P3.3口，由于定

时器中断0比外部中断2优先级高，所以初始化程序中将PX1=1设定外部中断1为高优先级，这样就可以达到紧急开关的作用，当按下紧急开关1时，即P3.2口由高电平变为低电平，程序立即进入中断程序，将东西方向变为绿灯，南北方向红灯，同时在中断程序中判断P3.2口是否有低电平信号，如果有（将开关按起）即将东西方向点亮绿灯 南北方向红灯并且重新给shu、xianshi、aa、bb赋值，使得数码管从60秒重新倒计时。紧急开关2与其相似。

2、程序清单：

#include

#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P32=P3^2; sbit P33=P3^3; uint shu;

uchar xianshi,xianshi2; uchar aa,bb;

//带小数点的共阳极数码管的段编码0--9

uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void init()//初始化函数 {

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shu=0; xianshi=60; aa=6; bb=0; P0=0xff; P1=0; TMOD=0x01; //用定时器0方式1 EA=1; //打开中断 ET0=1; //打开定时器0中断 TL0=15536/256; TH0=15536%256; EX0=1;//外部中断0 EX1=1;//外部中断1 IT0=0;//外部中断0电平触发 IT1=0;//外部中断1电平触发 PX1=1;//设定外部中断1为高优先级 }

void Delay(unsigned int i)//延时程序 {

unsigned int j; for(;i>0;i--) for(j=0;j<125;j++) {;} }

void display(uchar a,uchar b,uchar c,uchar d) { P2=table[a]; //北十位 P0=0xfe; Delay(2); P2=table[b]; //北个位 P0=0xfd; Delay(2); P2=table[c]; //西十位 P0=0xfb; Delay(2); P2=table[d]; //西个位 P0=0xf7; Delay(2); }

void main()

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{ init(); TR0=1;//启动定时器0 P1=0xff; P1=0xf3;//点亮南北绿灯，东西红灯 while(1) { display(aa,bb,aa,bb); } }

void timer0() interrupt 1 using 1 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; shu++; if(shu%20==0) { xianshi--; xianshi2--; aa=xianshi/10; bb=xianshi%10; } if(shu==1140) { P1=0xf5;//南北黄亮，东西依然红灯 } if(shu==1200) { P1=0xDE;//南北亮红灯，东西绿灯 xianshi=60; } if(shu==2340) { P1=0xee;//东西亮黄灯，南北红灯 } if(shu==2400)//再过3s返回 { shu=0; xianshi=60; P1=0xf3;//点亮南北绿灯，东西红灯 } }

void inter0() interrupt 0 using 2 //南北方向绿灯

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{ P0=0xff; P1=0xf3;//南北绿 东西红 while(P32==0){}; P1=0xDE; xianshi=60; shu=1200; aa=6; bb=0; }

void inter1() interrupt 2 using 3 //{ P0=0xff; P1=0xDE;// 东西绿 while(P33==0){}; P1=0xf3; xianshi=60; shu=0; aa=6; bb=0; }

3、程序流程图

东西方向绿灯 南北红 9

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六、调试运行

1、程序编译链接

程序完成后，确保无误，然后进行编译链接。 编译链接无错并将程序生成.hex文件图：

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2、观察模拟仿真

利用模拟仿真观察现象，将外围设备中P0、P1、P2、P3口打开。程序正常运行：

利用模拟仿真，模拟紧急开关作用，即在程序运行，将P3.2和P3.3口变为低电平，观察其现象。

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七、心得体会

在一个多月的单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

这个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的交通秩序的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。当然最终，这个设计很成功，主要体现在，这一整个系统，参考多了多本资料书，程序由自己独立完成，与用汇编语言制作的交通灯控制系统程序相比，简单易读，结构清楚，层次分明。但我深知单片机还有更深奥的知识，我将继续学习单片机及其编程语言，尽量去学习汇编语言锻炼思维能力。

参考文献：

《单片机原理与应用》主编：张迎新等 电子工业出版社出版 《从零开始学单片机C语言》主编：刘建清 国防工业出版社

《单片机C语言轻松入门》主编：周坚 北京航空航天大学出版社

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致谢：

本文是在祝勋老师精心指导和大力支持下完成的。在课题设计中祝老师，细心教导，以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪，还有要感谢实验室的老师给我提供了实验设备，感谢他们的支持与帮助。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于单片机方面的知识，实践技能有了很大的提高。

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