課程名稱：微型計算機系統

設計題目：基于單片機的交通燈控制系統設計

系統要求：

可用紅、黃、綠三種顏色發光二極管和兩位LED數碼管模擬交通燈的變化規律：

• 首先，東西路口紅燈亮，同時開始60秒倒計時；
• 南北路口“直行”綠燈亮，同時開始40秒倒計時，南北人行道綠燈亮。當南北路口倒計時至4秒時，黃燈開始閃爍，南北人行道紅燈亮；倒計時至0秒時，直行燈變紅，左轉綠燈亮，同時開始20秒倒計時。當20秒倒計時結束時，南北路口紅燈亮，開始60秒倒計時；
• 東西路口直行綠燈亮，開始40秒倒計時，東西人行道綠燈亮；按照上述變化規律依次循環。
  

硬件設計：

• 最小系統設計： 51單片機為本設計的控制器，包括外擴ROM、RAM（其大小由設計者自己設計），系統時鐘電路、復位電路等構成的最小系統；
• 接口電路的設計：設計者擴展一個并行接口〔8155〕；
• 鍵盤設計：由設計者根據需要設計鍵盤的數量
• 顯示設計：采用LED數碼管顯示時間，顯示電路根據顯示的內容設計；采用三種顏色（紅、黃、綠）的發光二極管模擬交通燈；有開機顯示狀態（如顯示888888）；
• 在完成基本設計功能的基礎上可以另加其他功能。
  

軟件設計：

1）主程序設計

2）各功能子程序設計

其他要求：

• 每位同學獨立完成本設計。
• 依據題目要求，提出系統設計方案。
• 設計系統電路原理圖。
• 調試系統硬件電路、功能程序。
• 編制課程設計報告書并裝訂成冊，報告書內容（按順序）
  

（1）報告書封面

（2）課程設計任務書

（3）系統設計方案的提出、分析

（4）系統中典型電路的分析

（5）系統軟件結構框圖

（6）系統電路原理圖

（7）源程序

（8）課設字數不少于3000字

基于單片機的交通燈控制系統設計

摘要：

當你路過一個十字路口時，你是否注意到各個方向車輛和信任有條不紊的通過十字路口。這樣井然有序的情景靠什么來實現呢？靠的是交通燈控制系統。在論文中我使用STC89C51作為主控單元。通過單片機芯片的P1口和P2口分別控制東西方向和南北方向紅黃綠燈的點亮。通過單片機芯片STC89C51的RXD和TXD控制數碼管的顯示時間。采用發光二極管來實現交通燈的點亮，由數碼管實現時間的顯示。該系統不僅僅具有交通等的基本功能還有倒計時，還可以通過按鍵在緊急事件中四個方向都設置為紅燈緊急模式。當然也可以通過按鍵來設置倒計時時間，使系統更加符合實際交通情況。

我設計的交通燈控制系統可以較好的模擬十字路口出現的交通狀況，使行人和車輛能有序的通行。

關鍵詞：交通控制系統 單片機 AT89C51 數碼管 按鍵 LED

內容

1系統方案論證

1.1設計方案

方案一：控制系統主要控制東西方向和南北方向交通狀況，系統以單片機芯片STC89C51為主控單元，通過控制三種顏色LED燈的亮滅來指導個車道通行，上電時復位系統使系統進入運行狀態。總體框圖如下：（見51hei附件）   

1.2功能概述

在東西方向和南北方向的十字路口分別設立紅黃綠交通指示燈，用數碼管倒計時顯示。正常情況下兩個主干線上的紅黃綠燈進行交換。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，每次綠燈變紅燈之前，黃燈亮五秒，方便那些未能及時通過十字路口的車輛能繼續通過。十字路口設立數碼管有倒計時功能，方便人們直關把握通過時間。本設計也考慮緊急情況，當按下緊急模式按鍵后，四個方向紅燈都會常亮。對于夜晚車輛比較少，本設計設計了夜晚模式，按下按鍵后四個方向黃燈會常亮。

2系統硬件設計

2.1交通信號燈控制系統的組成

2.1.1 ATC89C51芯片

選用的ATC89C51與同系列AT89C51在功能上有明顯的提高，最突出的是可以實現在線編程。用于系統的總控制。其主要功能列舉如下：

• 為一般控制應用的8位單片機
• 內部具有時鐘振蕩器
• 內部程序存儲器（ROM）位4KB
• 內部數據存儲器（RAM）為128B
• 外部程序存儲器可擴充至64KB
• 外部數據存儲器可擴充至64KB
• 32條雙向輸入線，且每條均可以單獨做I/O的控制
• 5個中斷源
• 2組獨立的16位定時器
• 1個全雙工串行通信端口
• 單片機芯片提供位邏輯運算指令
  

單片機引腳圖如下：

2.1.2交通燈控制系統構成

芯片ATC89C51一片，2段共陰極數碼管四個，紅黃綠發光二極管各四個，電阻若干，晶振一個，電容若干，按鍵若干。

交通燈控制系統結構框圖：（見51黑附件）

系統各部分工作原理：采用單片機的I/O口P0口通過上拉電阻和交通燈相連接，P3.0、P3.1口接到數碼管控制位上，控制數碼管的顯示，程序放在ATC89C51單片機的ROM中來設置初始時間，在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中，由單片機的P1.5—P1.7、P1.0—P1.2、P2.5—P2.7、P2.0—P2.2分別控制東西南北方向的三色燈。由于交通燈為發光二極管并且陽極通過限流電阻與電源正極相連，因此I/O口輸出電平時，與之相連的指示燈才會點亮，然后通過數碼管倒計時時間。I/O口輸出高電平時，相應指示燈會滅。由于ATC89C51本身集成了看門狗指令，當系統出現異常時看門狗會發出溢出中斷。通過專用的端口輸出，引起RESET復位信號復位系統。

2.2各單元電路模塊功能

2.2.1時鐘電路模塊

本時鐘電路由一個晶體振蕩器12MHz和兩個30pF的瓷片電容組成。時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，而是需所研究的是指令執行中各信號之

間的相互關系。單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格的工作。其電路圖所示：

2.2.2復位電路模塊

電容在上接高電平，電阻在下接低電平，中間為RST。這種復位電路為高電平復位。其工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電容對電阻充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機開始正常工作。其電路如下：

2.2.3信號燈輸出控制模塊

路口交通燈指示采用紅、黃、綠發光二極管進行提示。其電路如下：

2.2.4時間顯示電路模塊

  本系統使用數碼管完成倒計時顯示功能。以東西方向為例，數碼管顯示的數值從綠燈的設置時間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到零。然后又從紅燈的設置時間最大值往下減，一直減到零。接下來又顯示綠燈時間，如此循環。系統共有4個兩位LED數碼管，分別放在模擬交通燈的上方。路口通行剩余時間采用紅色7段數碼管顯示，采用共陰極數碼管，如用單機IP0口加上拉電阻驅動，P3.0/P3.1口來控制數碼管的位。其顯示電路如下：

2.2.5按鍵輸入模塊

由于該系統具有夜間模式，緊急情況模式和交通燈倒計時時間設定功能，所有需要加上這些功能鍵，如下圖所示：

3系統軟件設計

3.2延時的設定

3.2.1 計數器初值計算

定時器工作時必須給計數器送初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數的，并能從全1到全0自動產生溢出中斷請求。因此，可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為C和計數初值設定為TC可得到如下計算公式：

TC=M-C

式中，M為計數器模值，該值與計數器工作方式有關。在方式0時M為

2^13；在方式1時M的值為2^16；在方式2和3中為2^8。

算法公式：T=（M-TＣ）Ｔ（計數）或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／Ｔ（計數）

Ｔ（計數）是單片機時鐘周期Ｔ（ｃｌｋ）的１２倍；ＴＣ為定時的初值

如果單片機的主脈沖頻率為Ｔ（ｃｌｋ）１２ＭＨｚ，經過１２分頻

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

實現１秒鐘方法：

采用在主程序中設定一個初值為２０的軟件計數器和使Ｔ１定時５０毫秒。

這樣每當Ｔ１到５０毫秒時ＣＰＵ就響應他的溢出中斷請求，進入他的中斷服務子程序。在中斷服務子程序中，ＣＰＵ先使軟件計數器減１，然后判斷他是否為零。為０表示１秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。

• ２.２相應程序代碼
  

定時器需定時５０毫秒，故Ｔ１工作于方式１。

初值計算：ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／Ｔ（計數）＝２＾１６－５０ｍｓ／１ｕｓ＝１５５３６＝３ＣＢ０Ｈ

延時程序：

ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ              ＴＭＯＤ，＃１０Ｈ              ；令ＴＯ為定時器方式１

　ＭＯＶ              ＴＨ０，＃３ＣＨ                            ；裝入定時器初值

　ＭＯＶ              ＴＬ０，＃０Ｂ０Ｈ

　ＳＥＴＢ　ＥＡ                                                                      ；打開總中斷

　ＳＥＴＢ　ＥＴ１                                                        ；開Ｔ１中斷

　ＳＥＴＢ　ＥＲ                                                                      ；啟動Ｔ１計數器

　ＣＬＲ　　ＦＬＡＧ１

　ＣＬＲ　　ＦＬＡＧ２

　ＣＬＲ              　ＦＬＡＧ３

　ＭＯＶ　　Ｒ３，＃２０Ｈ                            ；軟件計數器賦初值

• 相應中斷服務子程序
  

　ＯＲＧ              ００１ＢＨ

　ＬＪＭＰ　ＤＳＤ

　ＯＲＧ　０３００Ｈ

ＤＳＤ：ＩＮＣ              Ｒ３

　ＭＯＶ　ＴＨ０，＃３ＣＨ                            ；重裝定時器初值

　ＭＯＶ　ＴＬ０，＃Ｂ０Ｈ

　ＣＪＮＥ　Ｒ３，＃２０，ＦＨ

　ＤＥＣ　Ｒ０

　ＤＥＣ　Ｒ１

　ＭＯＶ　Ｒ３，＃００Ｈ

　ＦＨ：　ＲＥＴＩ

程序的軟件延時：

單片機的工作頻率為12MHz。機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/12M）=1us。可以知道具體每條指令的周期數，這樣就可以通過指令的執行條數來確定1秒的時間。

具體的延時程序分析：

DELY: MOV   R4,#80H                                          ;延時一秒主程序

DE2: LCALL              DELAY1

     DJNE   R4,DE2

RET

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

D1:                            MOV  R5,DL2

        DJNE R4,D1

RET

   DELAY1為一個雙重循環，循環次數為256*256=65536次，所以延時時間=65536*2=131072us約為125ms。

DELY R4設置為初值8，主延時程序循環8次，所以125ms*8=1s

• 數碼管動態顯示
  

用于四個數碼管的倒計時顯示，代碼如下：

sbit  smg1=P3^0;     //定義南北方向數碼管低位

sbit  smg2=P3^1;     //定義南北方向數碼管高位

sbit  smg1=P3^2;     //定義東西方向數碼管低位

sbit  smg2=P3^3;     //定義東西方向數碼管高位

void djsxs()

{

int b1=0,b2=0;

b1=djs/10;       //將倒計時時間的高位賦予b1

b2=djs%10;       //將倒計時時間的低位賦予b2

P0=table[b1];

smg1=0;

delayms(3);

smg1=1;           //顯示b1

P0=table[b2];

smg2=0;

delayms(3);

smg2=1;           //顯示b2

P0=table[b1];

smg3=0;

delayms(3);

smg3=1;           //顯示b1

P0=table[b2];

smg4=0;

delayms(3);

smg4=1;           //顯示b2

實物：

總結：
經過我反復思考及驗證，逐漸完善電路以及程序 bug，具體程序及電路圖請詳見附錄。通過此次課程設計的學習，我已掌握老師課堂所述內容，并應用于實踐中，在設計及過程中，發現自己好多知識都掌握不扎實，通過詢問其他同學，以及查閱資料等，已逐步掌握未扎實的內容，為此，我從心底不免升起一份感激之情，感謝老師為了我們著想，老師謝謝您！

單片機源程序如下:

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;//東西高位
   
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內東西紅燈亮
     
107.                 NS_LED();
     
108.         }
     
109.         
     
110.         else if(seconde>=60)
     
111.         {
     
112.                 P3=0x12;//60s以上南北紅燈亮
     
113.                 EW_LED();
     
114.         }
     
115. }
     
116. void NS_LED()
     
117. {
     
118.         if(seconde<36)
     
119.         {
     
120.                 P3=0x28;//36s南北綠燈亮
     
121.         }
     
122.         else if(seconde>=36&&seconde<40)
     
123.         {
     
124.                 NSRP=1;
     
125.                 NSGP=0;//人行道綠燈滅，紅燈亮
     
126.                 NSG=0;
     
127.                 NSY=seconde%2;//南北綠燈滅，黃燈閃爍
     
128.         }
     
129.         else if(seconde>=40&&seconde<60)
     
130.         {
     
131.                 P3=0x11;//南北左轉燈亮；人行紅燈亮
     
132.         }
     
133. }
     
134. void EW_LED()
     
135. {
     
136.         if(seconde>=60&&seconde<96)
     
137.         {
     
138.                 P1=0x28;//東西綠燈亮
     
139.         }
     
140.         else if(seconde>=96&&seconde<100)
     
141.         {
     
142.                 EWRP=1;
     
143.                 EWGP=0;//人行綠燈滅，紅燈亮
     
144.                 EWG=0;
     
145.                 EWY=seconde%2;//東西綠燈滅，黃燈閃
     
146.         }
     
147.         else
     
148.         {
     
149.                 P1=0x11;//東西左轉燈亮，人行紅燈亮；
     
150.         }
     
151. 
     
152. }
     
153. 
     
154. 
     
155. 
     
156. 
     
157. 
     
158. 
     
159. 
     
160. 
     
161. 
     
162. 
     
163. 
     
164. 
     
165. ……………………
     
166. 
     
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