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单片机交通灯详细设计学习资料 Proteus仿真代码等

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ID:488648 发表于 2021-4-2 14:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
交通灯处在十字路口上。它有红﹑黄﹑绿三种颜色的灯组成。红灯亮时道路上的车辆停止运行；黄灯是一种过渡用的信号灯，当它亮时，表示道路上的红绿色信号灯即将进行转换。下面拿东西南北四个方向来说明。当东西方向允许行车（或者左转）的时候，南北方向就禁止行车，即此时东西方向的绿灯亮红灯灭，而南北方向的绿灯灭红灯亮。反之当南北方向允许行车（或者左转）的时候，东西方向就禁止行车，即此时南北方向的绿灯亮红灯灭，而东西方向的绿灯灭红灯亮。同时当有特殊的情况发生时，能手动控制各个方向的信号灯。设计任务就是将这一电路用单片机来实现具体的控制。交通灯以AT89S51单片机为设计核心，须掌握单片机的软件设计及调试方法。
设计目的：
1、巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；
2、培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；
3、学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；
4、掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；
5、能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图和流程图；
设计要求：
1、东西向通行时间为80s，南北向通行时间为60s，缓冲时间为3s；
2、本项目为典型的LED显示和中断定时电路。利用定时器T0产生每250us一次的中断，每4000次中断为1s；
3、对两个方向分别显示红、绿、黄灯，并显示相应的剩余时间。值得注意的是，A方向红灯时间=B方向绿灯时间+黄灯缓冲时间；
4、时间可设置；
5、温度显示；
6、紧急控制；
7、黄灯时声音提示行人车辆；
8、万年历显示；
9、增加左转弯方向灯；
四、单片机系统电路设计
4.1时钟电路

时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号。其内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作。在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定操作。本设计采用12MHz晶振和两个30PF瓷片电容，他们构成一个稳定的自激振荡器。该电容的大小影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为单片机提供标准时钟。其中两个瓷片电容起微调作用。

图4.1 时钟电路图

4.2复位电路

单片机在可靠的复位之后, 才会从 0000H地址开始有序的执行应用程序。同时,复位电路也是容易受到外部噪声干扰的敏感部分之一。单片机必须保证系统可靠的进行复位，具有一定的抗干扰的能力。采用上电复位方式，RST管脚接低电平。为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期，电容取10uf，电阻取10K欧。


图4.2 复位电路图

4.3交通灯电路

根据前面的设计内容与原理分析，电路设计中应有控制模块、显示模块本电路的设计，将发光二极管作为信号灯的材料。电源将采用5V的直流电源。东西两个方向的绿灯是同时亮的，为了简化电路可以让这两个灯接同一个引脚。同理，东西方向的黄灯、红灯也可以分别接同一个引脚。南北方向同上。这样我们可以用一个8位口控制16盏信号灯。 各信号灯均是共阳极接法，LED正极均接电源，负极通过保护电阻接单片机P1口。这样单片机引脚的输出一个低电平时，相应的信号灯就被点亮。路口上的四个分别是红灯，黄灯，绿灯，左转向灯。

图4.3 交通灯电路图

4.4倒计时显示电路

采用74HC164实现数字的显示，单片机IO口将段码通过74HC164串入并出发送给数码管，大大节约了IO口，74HC164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，不能悬空。 时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0，Q0是两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。

图4.4 倒计时电路图

4.5紧急按键控制

单片机采用循环查询的方式识别按键是否被按下，紧急按键控制有5个部分，当URGENT按键按下时，南北，东西方向均为红灯，此时此路口禁止通行，URGENT按键按下后通过其余四个按键分别控制只有南北方向允许通行，只有东西方向允许通行，只有南北方向允许左转弯，，只有东西方向允许左转弯等四个状态。


图4.5 紧急按键电路图

4.6时间设置按键

单片机采用外部中断方式识别时间设置按键是否被按下，两个按键分别控制通行时间的增加和减小。每按下依次，通行时间会增加或减少一秒。

图4.6 时间设置按键电路图

4.7温度传感器电路

通过DS18B20实现随温度的测量，单片机读取温度值并显示出来，DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号发送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

图4.7 温度传感器电路图

4.8温度显示电路
图4.8 温度显示电路图

4.9黄灯蜂鸣器提示

蜂鸣器选择有源蜂鸣器，单片机IO经过驱动电路连接到蜂鸣器上，通过单片机IO口输出高低电平控制蜂鸣器发出或者不发声音，每当黄灯亮时，蜂鸣器用来提示行人和车辆。

图4.9 蜂鸣器电路图

4.10万年历显示电路
图4.10 万年历电路图

4.11总体电路
图4.11 总体电路图


五、程序设计
5.1软件设计方案

1、 为了使倒计时更为准确，使用定时器作为倒计时的基准时间，系统使用12M的晶振，定时器采用方式二，定时器设置为250us中断一次。

2、 设置开机初始化状态，东西方向为绿灯，南北方向为红灯，然后开始正常工作。

3、 每个方向的通行时间各由两位LED数码显示，通行时间可设置，绿灯向红灯转换前黄灯亮3秒钟，并且有蜂鸣器提醒。

4、 数码管使用静态显示加74HC164方式。

5.2程序流程图
图5.1 程序流程图

5.3程序源码
  1. #include <REGX51.H>
  2. unsigned int n=0;
  3. unsigned int second=0;
  4. unsigned int sec=0;
  5. unsigned int min=0;
  6. unsigned int hou=0;
  7. unsigned int day=0;
  8. unsigned int time_heng=80;                            //东西通行时间
  9. unsigned int time_zong=60;                            //南北通行时间
  10. unsigned int heng_left=5;       //东西左转时间
  11. unsigned int shu_left=5;        //南北左转时间
  12. sbit DAT1=P2^0;
  13. sbit CLK1=P2^1;
  14. sbit DAT2=P2^2;
  15. sbit CLK2=P2^3;
  16. #define DQ   P3_7
  17. unsigned char m;                                                             //温度整数
  18. unsigned char s;                                                             //温度小数
  19. int array[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98};
  20. void seg(unsigned int seg_num)
  21. {
  22.               unsigned int ten;
  23.               unsigned int unit;
  24.               int i,num;
  25.               ten=seg_num/10;
  26.               unit=seg_num%10;
  27.               num=array[unit]+0x80;
  28.               for(i=0;i<8;i++)
  29.               {
  30.                             CLK2=0;
  31.                             DAT2=num&0x01;
  32.                             CLK2=1;
  33.                             num>>=1;
  34.               }            
  35.               num=array[ten];
  36.               for(i=0;i<8;i++)
  37.               {
  38.                             CLK2=0;
  39.                             DAT2=num&0x01;
  40.                             CLK2=1;
  41.                             num>>=1;
  42.               }                           
  43. }
  44. void DaoJiShi_seg(unsigned int hen_num,unsigned int shu_num)
  45. {
  46.               unsigned int ten;
  47.               unsigned int unit;
  48.               int i,num;
  49.               ten=shu_num/10;
  50.               unit=shu_num%10;
  51.               num=array[unit];
  52.               for(i=0;i<8;i++)
  53.               {
  54.                             CLK1=0;
  55.                             DAT1=num&0x01;
  56.                             CLK1=1;
  57.                             num>>=1;
  58.               }            
  59.               num=array[ten];
  60.               for(i=0;i<8;i++)
  61.               {
  62.                             CLK1=0;
  63.                             DAT1=num&0x01;
  64.                             CLK1=1;
  65.                             num>>=1;
  66.               }
  67.               ten=hen_num/10;
  68.               unit=hen_num%10;
  69.               num=array[unit];
  70.               for(i=0;i<8;i++)
  71.               {
  72.                             CLK1=0;
  73.                             DAT1=num&0x01;
  74.                             CLK1=1;
  75.                             num>>=1;
  76.               }            
  77.               num=array[ten];
  78.               for(i=0;i<8;i++)
  79.               {
  80.                             CLK1=0;
  81.                             DAT1=num&0x01;
  82.                             CLK1=1;
  83.                             num>>=1;
  84.               }                           
  85. }
  86. void Disp(unsigned int seg_m,unsigned int seg_s)
  87. {
  88.               unsigned int ten;
  89.               unsigned int unit;
  90.               ten=seg_s/10;
  91.               unit=seg_s%10;
  92.               SBUF=array[unit];
  93.               while(TI==0);
  94.               TI=0;
  95.               SBUF=array[ten];
  96.               while(TI==0);
  97.               TI=0;
  98.               ten=seg_m/10;
  99.               unit=seg_m%10;
  100.               SBUF=array[unit]+0x80;
  101.               while(TI==0);
  102.               TI=0;
  103.               SBUF=array[ten];
  104.               while(TI==0);
  105.               TI=0;            
  106. }
  107. void Delay_DS18B20(int num)
  108. {
  109.   while(num--) ;
  110. }
  111. void Init_DS18B20(void)
  112. {
  113.   unsigned char x=0;
  114.   DQ = 1;        
  115.   Delay_DS18B20(8);   
  116.   DQ = 0;        
  117.   Delay_DS18B20(80);  
  118.   DQ = 1;        
  119.   Delay_DS18B20(14);
  120.   x = DQ;         
  121.   Delay_DS18B20(20);
  122. }
  123. unsigned char ReadOneChar(void)
  124. {
  125.   unsigned char i=0;
  126.   unsigned char dat = 0;
  127.   for (i=8;i>0;i--)
  128.   {
  129.     DQ = 0;   
  130.     dat>>=1;
  131. DQ = 1;   
  132.     if(DQ)
  133.     dat|=0x80;
  134.     Delay_DS18B20(4);
  135.   }
  136.   return(dat);
  137. }
  138. void WriteOneChar(unsigned char dat)
  139. {
  140.   unsigned char i=0;
  141.   for (i=8; i>0; i--)
  142.   {
  143.     DQ = 0;
  144.     DQ = dat&0x01;
  145.     Delay_DS18B20(5);
  146.     DQ = 1;
  147.     dat>>=1;
  148.   }
  149. }
  150. unsigned int ReadTemperature(void)
  151. {
  152.   unsigned char a=0;
  153.   unsigned char b=0;
  154.   unsigned int t=0;
  155.   float tt=0;
  156.   Init_DS18B20();
  157.   WriteOneChar(0xCC);
  158.   WriteOneChar(0x44);
  159.   Init_DS18B20();
  160.   WriteOneChar(0xCC);
  161.   WriteOneChar(0xBE);
  162.   a=ReadOneChar();   
  163.   b=ReadOneChar();   
  164.   t=b;                                                         
  165.   t<<=8;                                            
  166.   t=t|a;                                            
  167.   tt=t*0.0625;                              
  168.   t= tt*10+0.5;      
  169.   return(t);                              
  170. }
  171. void check_wendu(void)
  172. {
  173.               unsigned int a,b,c;
  174.               c=ReadTemperature();                                               
  175.               a=c/100;                                                                                       
  176.               b=c/10-a*10;                                                                        
  177.               m=c/10;                                                                                         
  178.               s=c-a*100-b*10;                                                               
  179.               if(m<0){m=0;n=0;}                                                         
  180.               if(m>99){m=99;n=9;}                                                              
  181. }

  183. void main()
  184. {
  185.               P3_4=0;
  186.               SCON=0x00;

  188.               TMOD=0x02;
  189.               TH0=256-250;
  190.               TL0=256-250;
  191.               ET0=1;

  193.               IT0=1;
  194.               EX0=1;
  195.               IT1=1;
  196.               EX1=1;

  198.               EA=1;
  199.               TR0=1;
  200.               P1=0xF3;
  201.               P2_5=1;
  202.               P2_6=1;
  203.               P2_7=1;
  204.               P3_6=1;
  205.               while(1)
  206.               {
  207.                             Loop:
  208.                             if(P2_4==1){TR0=1;}
  209.                             if(P2_4==0)
  210.                             {
  211.                                           TR0=0;
  212.                                           P1=0xF6;
  213.                                           RECEIVED:
  214.                                           if(P2_5==0){P1=0xF3;goto RECEIVED;}
  215.                                           if(P2_6==0){P1=0xDE;goto RECEIVED;}
  216.                                           if(P2_7==0){P1=0xB7;goto RECEIVED;}
  217.                                           if(P3_6==0){P1=0x7E;goto RECEIVED;}
  218.                                           goto Loop;
  219.                             }
  220.                             if(n>=4000)
  221.                             {
  222.                                           n=0;
  223.                                           second++;
  224.                                           sec++;
  225.                                           if(second<time_heng)                                                                                                               {DaoJiShi_seg(time_heng-second,time_heng+3+heng_left+3-second); seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  226.                                           if(second>=time_heng&&second<time_heng+3)                                                            {DaoJiShi_seg(time_heng+3-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  227.                                           if(second>=time_heng+3&&second<time_heng+3+heng_left)                                                                               {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  228.                                           if(second>=time_heng+3+heng_left&&second<time_heng+3+heng_left+3)                                    {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  229.                                           if(second>=time_heng+3+heng_left+3&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong)                                                       {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  230.                                           if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3)            {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  231.                                           if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  232.                                           if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left)                                             {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  233.                                           check_wendu();
  234.                                           Disp(m,s);
  235.                             }
  236.                             if(second==time_heng)                                      {P1=0xF5;P3_4=1;}
  237.                             if(second==time_heng+3)                                    {P1=0xB7;P3_4=0;}
  238.                             if(second==time_heng+3+heng_left)                          {P1=0xF5;P3_4=1;}
  239.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3)                        {P1=0xDE;P3_4=0;}
  240.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong)              {P1=0xEE;P3_4=1;}
  241.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3)            {P1=0x7E;P3_4=0;}
  242.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left)   {P1=0xEE;P3_4=1;}
  243.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3) {second=0;P1=0xF3;P3_4=0;}
  244.                             if(sec==60)                                                             {sec=0;min++;}
  245.                             if(min==60)                                                                                                                                                                           {min=0;hou++;}
  246.                             if(hou==24)                                                                                                                                                                           {hou=0;day++;}
  247.                             if(day==30)                                                                                                                                                                           {day=0;}
  248.               }
  249. }
  250. void t0() interrupt 1
  251. {
  252.               n++;            
  253. }
  254. void int0() interrupt 0
  255. {
  256. EX0=0;
  257. time_heng++;
  258. time_zong++;
  259. EX0=1;            
  260. }
  261. void int1() interrupt 2
  262. {
  263. EX1=0;
  264. time_heng--;
  265. time_zong--;            
  266. EX1=1;
  267. }
复制代码


六、仿真结果
图6.1 仿真结果图


七、实际电路
图7.1 实际电路图

全部资料51hei下载地址：
仿真程序.7z (5.02 MB, 下载次数: 23)

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