51单片机交通灯(四个方向)word格式设计报告与源码下载

课程名称：微型计算机系统

设计题目：基于单片机的交通灯控制系统设计

系统要求：

可用红、黄、绿三种颜色发光二极管和两位LED数码管模拟交通灯的变化规律：

• 首先，东西路口红灯亮，同时开始60秒倒计时；
• 南北路口“直行”绿灯亮，同时开始40秒倒计时，南北人行道绿灯亮。当南北路口倒计时至4秒时，黄灯开始闪烁，南北人行道红灯亮；倒计时至0秒时，直行灯变红，左转绿灯亮，同时开始20秒倒计时。当20秒倒计时结束时，南北路口红灯亮，开始60秒倒计时；
• 东西路口直行绿灯亮，开始40秒倒计时，东西人行道绿灯亮；按照上述变化规律依次循环。
  

硬件设计：

• 最小系统设计： 51单片机为本设计的控制器，包括外扩ROM、RAM（其大小由设计者自己设计），系统时钟电路、复位电路等构成的最小系统；
• 接口电路的设计：设计者扩展一个并行接口〔8155〕；
• 键盘设计：由设计者根据需要设计键盘的数量
• 显示设计：采用LED数码管显示时间，显示电路根据显示的内容设计；采用三种颜色（红、黄、绿）的发光二极管模拟交通灯；有开机显示状态（如显示888888）；
• 在完成基本设计功能的基础上可以另加其他功能。
  

软件设计：

1）主程序设计

2）各功能子程序设计

其他要求：

• 每位同学独立完成本设计。
• 依据题目要求，提出系统设计方案。
• 设计系统电路原理图。
• 调试系统硬件电路、功能程序。
• 编制课程设计报告书并装订成册，报告书内容（按顺序）
  

（1）报告书封面

（2）课程设计任务书

（3）系统设计方案的提出、分析

（4）系统中典型电路的分析

（5）系统软件结构框图

（6）系统电路原理图

（7）源程序

（8）课设字数不少于3000字

基于单片机的交通灯控制系统设计

摘要：

当你路过一个十字路口时，你是否注意到各个方向车辆和信任有条不紊的通过十字路口。这样井然有序的情景靠什么来实现呢？靠的是交通灯控制系统。在论文中我使用STC89C51作为主控单元。通过单片机芯片的P1口和P2口分别控制东西方向和南北方向红黄绿灯的点亮。通过单片机芯片STC89C51的RXD和TXD控制数码管的显示时间。采用发光二极管来实现交通灯的点亮，由数码管实现时间的显示。该系统不仅仅具有交通等的基本功能还有倒计时，还可以通过按键在紧急事件中四个方向都设置为红灯紧急模式。当然也可以通过按键来设置倒计时时间，使系统更加符合实际交通情况。

我设计的交通灯控制系统可以较好的模拟十字路口出现的交通状况，使行人和车辆能有序的通行。

关键词：交通控制系统 单片机 AT89C51 数码管 按键 LED

内容

1系统方案论证

1.1设计方案

方案一：控制系统主要控制东西方向和南北方向交通状况，系统以单片机芯片STC89C51为主控单元，通过控制三种颜色LED灯的亮灭来指导个车道通行，上电时复位系统使系统进入运行状态。总体框图如下：（见51hei附件）   

1.2功能概述

在东西方向和南北方向的十字路口分别设立红黄绿交通指示灯，用数码管倒计时显示。正常情况下两个主干线上的红黄绿灯进行交换。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，每次绿灯变红灯之前，黄灯亮五秒，方便那些未能及时通过十字路口的车辆能继续通过。十字路口设立数码管有倒计时功能，方便人们直关把握通过时间。本设计也考虑紧急情况，当按下紧急模式按键后，四个方向红灯都会常亮。对于夜晚车辆比较少，本设计设计了夜晚模式，按下按键后四个方向黄灯会常亮。

2系统硬件设计

2.1交通信号灯控制系统的组成

2.1.1 ATC89C51芯片

选用的ATC89C51与同系列AT89C51在功能上有明显的提高，最突出的是可以实现在线编程。用于系统的总控制。其主要功能列举如下：

• 为一般控制应用的8位单片机
• 内部具有时钟振荡器
• 内部程序存储器（ROM）位4KB
• 内部数据存储器（RAM）为128B
• 外部程序存储器可扩充至64KB
• 外部数据存储器可扩充至64KB
• 32条双向输入线，且每条均可以单独做I/O的控制
• 5个中断源
• 2组独立的16位定时器
• 1个全双工串行通信端口
• 单片机芯片提供位逻辑运算指令
  

单片机引脚图如下：

2.1.2交通灯控制系统构成

芯片ATC89C51一片，2段共阴极数码管四个，红黄绿发光二极管各四个，电阻若干，晶振一个，电容若干，按键若干。

交通灯控制系统结构框图：（见51黑附件）

系统各部分工作原理：采用单片机的I/O口P0口通过上拉电阻和交通灯相连接，P3.0、P3.1口接到数码管控制位上，控制数码管的显示，程序放在ATC89C51单片机的ROM中来设置初始时间，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中，由单片机的P1.5—P1.7、P1.0—P1.2、P2.5—P2.7、P2.0—P2.2分别控制东西南北方向的三色灯。由于交通灯为发光二极管并且阳极通过限流电阻与电源正极相连，因此I/O口输出电平时，与之相连的指示灯才会点亮，然后通过数码管倒计时时间。I/O口输出高电平时，相应指示灯会灭。由于ATC89C51本身集成了看门狗指令，当系统出现异常时看门狗会发出溢出中断。通过专用的端口输出，引起RESET复位信号复位系统。

2.2各单元电路模块功能

2.2.1时钟电路模块

本时钟电路由一个晶体振荡器12MHz和两个30pF的瓷片电容组成。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，而是需所研究的是指令执行中各信号之

间的相互关系。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的工作。其电路图所示：

2.2.2复位电路模块

电容在上接高电平，电阻在下接低电平，中间为RST。这种复位电路为高电平复位。其工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电容对电阻充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。其电路如下：

2.2.3信号灯输出控制模块

路口交通灯指示采用红、黄、绿发光二极管进行提示。其电路如下：

2.2.4时间显示电路模块

  本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以东西方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减1，一直减到零。然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直减到零。接下来又显示绿灯时间，如此循环。系统共有4个两位LED数码管，分别放在模拟交通灯的上方。路口通行剩余时间采用红色7段数码管显示，采用共阴极数码管，如用单机IP0口加上拉电阻驱动，P3.0/P3.1口来控制数码管的位。其显示电路如下：

2.2.5按键输入模块

由于该系统具有夜间模式，紧急情况模式和交通灯倒计时时间设定功能，所有需要加上这些功能键，如下图所示：

3系统软件设计

3.2延时的设定

3.2.1 计数器初值计算

定时器工作时必须给计数器送初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0自动产生溢出中断请求。因此，可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC可得到如下计算公式：

TC=M-C

式中，M为计数器模值，该值与计数器工作方式有关。在方式0时M为

2^13；在方式1时M的值为2^16；在方式2和3中为2^8。

算法公式：T=（M-TＣ）Ｔ（计数）或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／Ｔ（计数）

Ｔ（计数）是单片机时钟周期Ｔ（ｃｌｋ）的１２倍；ＴＣ为定时的初值

如果单片机的主脉冲频率为Ｔ（ｃｌｋ）１２ＭＨｚ，经过１２分频

方式０　ＴＭＡＸ＝２＾１３＊１微妙＝８.１９２毫秒

方式１　ＴＭＡＸ＝２＾１６＊１微妙＝６５.５３６毫秒

实现１秒钟方法：

采用在主程序中设定一个初值为２０的软件计数器和使Ｔ１定时５０毫秒。

这样每当Ｔ１到５０毫秒时ＣＰＵ就响应他的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，ＣＰＵ先使软件计数器减１，然后判断他是否为零。为０表示１秒已到可以返回到输出时间显示程序。

• ２.２相应程序代码
  

定时器需定时５０毫秒，故Ｔ１工作于方式１。

初值计算：ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／Ｔ（计数）＝２＾１６－５０ｍｓ／１ｕｓ＝１５５３６＝３ＣＢ０Ｈ

延时程序：

ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ              ＴＭＯＤ，＃１０Ｈ              ；令ＴＯ为定时器方式１

　ＭＯＶ              ＴＨ０，＃３ＣＨ                            ；装入定时器初值

　ＭＯＶ              ＴＬ０，＃０Ｂ０Ｈ

　ＳＥＴＢ　ＥＡ                                                                      ；打开总中断

　ＳＥＴＢ　ＥＴ１                                                        ；开Ｔ１中断

　ＳＥＴＢ　ＥＲ                                                                      ；启动Ｔ１计数器

　ＣＬＲ　　ＦＬＡＧ１

　ＣＬＲ　　ＦＬＡＧ２

　ＣＬＲ              　ＦＬＡＧ３

　ＭＯＶ　　Ｒ３，＃２０Ｈ                            ；软件计数器赋初值

• 相应中断服务子程序
  

　ＯＲＧ              ００１ＢＨ

　ＬＪＭＰ　ＤＳＤ

　ＯＲＧ　０３００Ｈ

ＤＳＤ：ＩＮＣ              Ｒ３

　ＭＯＶ　ＴＨ０，＃３ＣＨ                            ；重装定时器初值

　ＭＯＶ　ＴＬ０，＃Ｂ０Ｈ

　ＣＪＮＥ　Ｒ３，＃２０，ＦＨ

　ＤＥＣ　Ｒ０

　ＤＥＣ　Ｒ１

　ＭＯＶ　Ｒ３，＃００Ｈ

　ＦＨ：　ＲＥＴＩ

程序的软件延时：

单片机的工作频率为12MHz。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12M）=1us。可以知道具体每条指令的周期数，这样就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。

具体的延时程序分析：

DELY: MOV   R4,#80H                                          ;延时一秒主程序

DE2: LCALL              DELAY1

     DJNE   R4,DE2

RET

DELAY1: MOV  R4,#00H                                          ;延时125us子程序

D1:                            MOV  R5,DL2

        DJNE R4,D1

RET

   DELAY1为一个双重循环，循环次数为256*256=65536次，所以延时时间=65536*2=131072us约为125ms。

DELY R4设置为初值8，主延时程序循环8次，所以125ms*8=1s

• 数码管动态显示
  

用于四个数码管的倒计时显示，代码如下：

sbit  smg1=P3^0;     //定义南北方向数码管低位

sbit  smg2=P3^1;     //定义南北方向数码管高位

sbit  smg1=P3^2;     //定义东西方向数码管低位

sbit  smg2=P3^3;     //定义东西方向数码管高位

void djsxs()

{

int b1=0,b2=0;

b1=djs/10;       //将倒计时时间的高位赋予b1

b2=djs%10;       //将倒计时时间的低位赋予b2

P0=table[b1];

smg1=0;

delayms(3);

smg1=1;           //显示b1

P0=table[b2];

smg2=0;

delayms(3);

smg2=1;           //显示b2

P0=table[b1];

smg3=0;

delayms(3);

smg3=1;           //显示b1

P0=table[b2];

smg4=0;

delayms(3);

smg4=1;           //显示b2

实物：

总结：
经过我反复思考及验证，逐渐完善电路以及程序 bug，具体程序及电路图请详见附录。通过此次课程设计的学习，我已掌握老师课堂所述内容，并应用于实践中，在设计及过程中，发现自己好多知识都掌握不扎实，通过询问其他同学，以及查阅资料等，已逐步掌握未扎实的内容，为此，我从心底不免升起一份感激之情，感谢老师为了我们着想，老师谢谢您！

单片机源程序如下:

1. #include<reg52.h>
   
2. #include<LED.h>
   
3. #define uint unsigned int
   
4. #define uchar unsigned char
   
5. uchar time,second,seconde,miao1,miao0;
   
6. sbit smg1=P2^5;//低位
   
7. sbit smg2=P2^6;//东西高位
   
8. sbit smg3=P2^7;//南北高位
   
9. uchar code table1[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f};
   
10. uchar code table2[]={0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f};
    
11. uchar code table3[]={0x4f,0x5b,0x06,0x3f,0x06,0x3f};
    
12. void display(uchar miao1,miao0);
    
13. void delay(uint z);
    
14. void init();
    
15. void LED();
    
16. void EW_LED();
    
17. void NS_LED();
    
18. void main()
    
19. {        
    
20.         init();//初始化子程序
    
21.         while(1)
    
22.         {
    
23.                 display(miao1,miao0);
    
24.                 LED();
    
25.         }
    
26. }
    
27. 
    
28. void delay(uint z)
    
29. {
    
30.         uint x,y;
    
31.         for(x=z;x>0;x--)
    
32.                 for(y=110;y>0;y--);
    
33. }
    
34. 
    
35. void display(uchar miao1,miao0)
    
36. {
    
37.         smg1=0;
    
38.         P0=table1[miao0];
    
39.         delay(3);
    
40.         smg1=1;
    
41.         if(seconde<60)
    
42.         {
    
43.                 smg2=0;
    
44.                 P0=table2[miao1];
    
45.                 delay(3);
    
46.                 smg2=1;        
    
47.                 smg3=0;
    
48.                 P0=table3[miao1];
    
49.                 delay(3);
    
50.                 smg3=1;        
    
51.         }               
    
52.         else if(seconde>=60)
    
53.         {
    
54.                 smg3=0;
    
55.                 P0=table2[miao1];
    
56.                 delay(3);
    
57.                 smg3=1;        
    
58.                
    
59.                 smg2=0;
    
60.                 P0=table3[miao1];
    
61.                 delay(3);
    
62.                 smg2=1;        
    
63.         }
    
64. }
    
65. 
    
66. void init()
    
67. {        
    
68.         smg1=0;
    
69.         smg2=0;
    
70.         smg3=0;
    
71.         P0=0xff;
    
72.         TMOD=0x01;
    
73.         TH0=0x3c;
    
74.   TL0=0xb0;
    
75.         EA=1;
    
76.         ET0=1;
    
77.         TCON=0x10;
    
78.         second=0;
    
79.         seconde=0;
    
80. }
    
81. 
    
82. void timer0() interrupt 1
    
83. {
    
84.         TH0=0x3c;
    
85.   TL0=0xb0;
    
86.         time++;
    
87.         if(time==20)
    
88.         {
    
89.                 time=0;
    
90.                 second++;
    
91.                 seconde++;
    
92.         }
    
93.         if(second>=60)
    
94.         {
    
95.                 second=0;
    
96.         }
    
97.         miao0=second%10;
    
98.         miao1=second/10;
    
99.         if(seconde>=120)
    
100.                 seconde=0;
     
101. }
     
102. void LED()
     
103. {
     
104.         if(seconde<60)
     
105.         {
     
106.                 P1=0x12;//60s内东西红灯亮
     
107.                 NS_LED();
     
108.         }
     
109.         
     
110.         else if(seconde>=60)
     
111.         {
     
112.                 P3=0x12;//60s以上南北红灯亮
     
113.                 EW_LED();
     
114.         }
     
115. }
     
116. void NS_LED()
     
117. {
     
118.         if(seconde<36)
     
119.         {
     
120.                 P3=0x28;//36s南北绿灯亮
     
121.         }
     
122.         else if(seconde>=36&&seconde<40)
     
123.         {
     
124.                 NSRP=1;
     
125.                 NSGP=0;//人行道绿灯灭，红灯亮
     
126.                 NSG=0;
     
127.                 NSY=seconde%2;//南北绿灯灭，黄灯闪烁
     
128.         }
     
129.         else if(seconde>=40&&seconde<60)
     
130.         {
     
131.                 P3=0x11;//南北左转灯亮；人行红灯亮
     
132.         }
     
133. }
     
134. void EW_LED()
     
135. {
     
136.         if(seconde>=60&&seconde<96)
     
137.         {
     
138.                 P1=0x28;//东西绿灯亮
     
139.         }
     
140.         else if(seconde>=96&&seconde<100)
     
141.         {
     
142.                 EWRP=1;
     
143.                 EWGP=0;//人行绿灯灭，红灯亮
     
144.                 EWG=0;
     
145.                 EWY=seconde%2;//东西绿灯灭，黄灯闪
     
146.         }
     
147.         else
     
148.         {
     
149.                 P1=0x11;//东西左转灯亮，人行红灯亮；
     
150.         }
     
151. 
     
152. }
     
153. 
     
154. 
     
155. 
     
156. 
     
157. 
     
158. 
     
159. 
     
160. 
     
161. 
     
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164. 
     
165. ……………………
     
166. 
     
167. …………限于本文篇幅 余下代码请从51黑下载附件…………
     

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