信號交通燈課程設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目 交通信號燈設計 </p><p>　　課 程 名 稱 單片機原理及接口技術 </p><p>　　院 部 名 稱 機電工程學院 </p><p>　　專

2、 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 生 姓 名 </p><p>　　學 號 </p><

3、;p>　　課程設計地點 </p><p>　　課程設計學時 1 周 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p><b>　　目錄</b></p><p&g

4、t;　　第一章 緒論……………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 摘要…………………………………………………………………………3</p><p>　　1.2設計目的……………………………………………………………………4</p><p>　　1.3設計任務和內(nèi)容……………………………………………………………4</p>

5、<p>　　1.3.1 設計任務……………………………………………………………4</p><p>　　1.3.2 設計內(nèi)容……………………………………………………………4</p><p>　　第二章 總體設計及核心器件簡介…………………………………………….5</p><p>　　2.1總體設計……………………………………………………………………5<

6、;/p><p>　　2.2 AT89C51……………………………………………………………………5</p><p>　　2.2.1 AT89C51的特性概述………………………………………………5</p><p>　　2.2.2 管腳說明…………………………………………………………5</p><p>　　2.3 LED發(fā)光二級管……………………………

7、………………………………7</p><p>　　2.4 7SEG-MPX2-CC共陰數(shù)碼管 …………………………………………….10</p><p>　　第三章 單元電路模塊設計……………………………………………………11</p><p>　　3.1 交通燈狀態(tài)顯示電路…………………………………………………….11</p><p>　　3.2

8、總體設計原理圖及功能介紹…………………………………………….12</p><p>　　第四章 軟件編程設計…………………………………………………………12</p><p>　　4.1設計思想………………………………………………………………….12</p><p>　　4.2 程序框圖………………………………………………………………….13</p>&l

9、t;p>　　4.3 源程序…………………………………………………………………….14</p><p>　　第五章 設計心得………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………….17</p><p><b>　　摘要</b></p><p

10、>　　交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，是交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設計交通燈控制器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。本設計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示。</p><p>　　本設計系統(tǒng)由單片機I/O口擴展系統(tǒng)、交通燈狀態(tài)

11、顯示系統(tǒng)等幾大部分組成。實現(xiàn)了基本的交通燈功能。軟件商采用C51編程，主要編寫了主程序，延時程序等。經(jīng)過整機調(diào)試，實現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬。</p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢</p><p>　　測日新月異更新。在實時檢測和自動控

12、制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部分來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。</p><p><b>　　1.2設計目的</b></p><p>　?。?）加強對單片機和C51語言的認識，充分掌握

13、和理解設計各部分的工作原理、設計過程、（2）選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。</p><p>　　（3）用單片機模擬實現(xiàn)具體應用，使個人設計能夠真正使用。</p><p>　?。?）把理論知識與實踐相結合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。</p><p>　?。?）提高利用已學知識分析和解決問題的能力。</p><p>　?。?）提高實

14、踐動手能力。</p><p>　　1.3設計任務和內(nèi)容</p><p><b>　　1.3.1設計任務</b></p><p>　　結合教材及參考資料，用AT89C51單片機模擬實現(xiàn)十字路口的交通燈亮滅顯示。</p><p><b>　　1.3.2設計內(nèi)容</b></p><p&

15、gt;　?。?）填寫設計任務書。</p><p>　?。?）進行總體設計，畫出原理圖。</p><p>　　（3）用Protel軟件畫出PCB板。</p><p>　?。?）用Proteus軟件畫出模擬仿真圖。</p><p>　　（5）編寫并調(diào)試程序。</p><p>　　第二章 總體設計及核心器件簡介</p&

16、gt;<p><b>　　2.1總體設計</b></p><p>　　整個設計以AT89C51單片機為核心，由I/O口擴展，LED數(shù)碼管顯示組成。</p><p>　　2.2 AT89C51</p><p>　　2.2.1 AT89C51的特性概述</p><p>　　AT89C51 提供以下標準功能：4k

17、 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。</p>

18、<p>　　2.2.2 管腳說明</p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0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)/地址的低八位。

19、在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O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口作為低八位地址接收。 </p>

20、<p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當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口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功

21、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。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下

22、表所示： </p><p><b>　　口管腳 備選功能 </b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） <

23、/p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 </p

24、><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)

25、據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 </p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 </p

26、><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p>&l

27、t;p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　2.3 LED發(fā)光二級管</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。</p>

28、;<p>　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的

29、是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p>　　發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。</p><p><b>　　電壓</b></p><p>　　LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。 &

30、lt;/p><p><b>　　效能</b></p><p>　　消耗能量較同光效的白熾燈減少80% </p><p><b>　　適用性</b></p><p>　　體積很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 </p><p

31、><b>　　穩(wěn)定性</b></p><p>　　10萬小時，光衰為初始的50% </p><p><b>　　響應時間</b></p><p>　　其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級 </p><p><b>　　對環(huán)境污染</b></p>

32、;<p><b>　　無有害金屬汞 </b></p><p><b>　　顏色</b></p><p>　　發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法，調(diào)整材料的能帶結構和禁帶寬度，實現(xiàn)紅黃綠藍橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。 </p><p><b&g

33、t;　　價格</b></p><p>　　LED的價格現(xiàn)在越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會的把白熾燈換成LED燈。現(xiàn)在，我國部分城市公路、學校、廠區(qū)等場所已換裝萬LED路燈、節(jié)能燈等。 </p><p>　　單色光LED的種類及其發(fā)展歷史</p><p>　　最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀60年代初

34、。當時所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 </p><p>　　70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 </p><p>　　到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色L

35、ED的光效達到10流明/瓦。 </p><p>　　90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（λp=615nm）的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λp=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。 </p><p>　　單色光LED的應用 </p&g

36、t;<p><b>　　發(fā)光二極管</b></p><p>　　最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。以12英寸的紅色交通信號燈為例，在美國本來是采用長壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設計的燈中，

37、Lumileds公司采用了18個紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 </p><p>　　汽車信號燈也是LED光源應用的重要領域。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應速度快（納秒級），可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。 </p><p>　　另外，LED燈在室外紅、綠、藍全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領域都得

38、到了應用。</p><p>　　2.4 7SEG-MPX2-CC共陰數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； </p><p>　　按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽

39、極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p>&l

40、t;p>　　第三章 單元電路模塊設計</p><p>　　3.1 交通燈狀態(tài)顯示電路</p><p>　　利用發(fā)光二級管的共陰極接法，通過程序來實現(xiàn)延時，實現(xiàn)P1口的輸出變化來實現(xiàn)對二極管的控制，實現(xiàn)兩路紅綠燈的轉(zhuǎn)化。交通燈模擬圖如下：</p><p>　　3.2總體設計原理圖及功能介紹</p><p>　　第四章 軟件編程設計<

41、/p><p><b>　　4.1設計思想</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)實生活中交通燈的功能結合理論知識，利用單片機實現(xiàn)交通燈的模擬控制。滿足以下要求:</p><p>　　1.初始東西綠燈亮，南北紅燈亮，東西方向通車。</p><p>　　2.延時25s，東西路口綠燈熄滅，黃燈亮延時3s，黃燈閃爍2次。</p&g

42、t;<p>　　3.黃燈閃爍后，東西路口紅燈亮同時南北路口綠燈亮，南北方向開始通車。</p><p>　　4.延時25s，南北路口綠燈熄滅，黃燈亮延時3s，黃燈閃爍2次。然后又切換成東西方向通車，如此重復。</p><p><b>　　4.2 程序框圖</b></p><p><b>　　4.3 源程序</b>

43、;</p><p>　　#include <REGX51.H></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar n=0,temp=0; </p><p>　　uchar cod

44、e segcode0[]={0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f};</p><p>　　uchar code segcode1[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f};</p><p>　　void delay(x)</p><p>　　{ w

45、hile(x--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay02(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i,j,k;</p><p>　　for(i=20;i>0

46、;i--)</p><p>　　for(j=20;j>0;j--)</p><p>　　for(k=20;k>0;k--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p>　　{ TH0=(6

47、5536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　n++;</b></p><p>　　temp=temp%61;</p><p><b>　　if(n==20)</b></p><p>　　{

48、temp++;</p><p><b>　　n=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(temp<24) P1=0x21;</p><p>　　if((temp>=24)&&(temp<27)) P1=0x22;</p&

49、gt;<p>　　if((temp>=27)&&(temp<30)) {P1=0x22;delay02();P1=0x20;delay02();}</p><p>　　if((temp>=30)&&(temp<54)) P1=0x0c;</p><p>　　if((temp>=54)&&(temp&

50、lt;57)) P1=0x14; </p><p>　　if((temp>=57)&&(temp<60)) {P1=0x14;delay02();P1=0x04;delay02();}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　main()</b></p>

51、<p>　　{ uint i=0;</p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><

52、b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2_0=0;</b></p&

53、gt;<p><b>　　P2_1=1;</b></p><p>　　P0=segcode0[temp/10];</p><p>　　delay(3000);</p><p><b>　　P2_0=1;</b></p><p><b>　　P2_1=0;</b>&

54、lt;/p><p>　　P0=segcode1[temp%10];</p><p>　　delay(3000); </p><p><b>　　P2_1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&l

55、t;/p><p><b>　　第五章 設計心得</b></p><p>　　本系統(tǒng)就是充分利用了AT89C51的I/O引腳。系統(tǒng)采用Atmel系列單片機為中心器件來設計模擬交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過AT89C51芯片的P1口設置主次干道紅、綠、黃燈燃亮時間的功能。紅綠燈循環(huán)點亮，每次轉(zhuǎn)換經(jīng)5s黃燈警示；系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)以及自動根據(jù)車流改變紅綠

56、燈時間等。這是由于本身地理位置以及車流量情況所定，如果有需要可以設計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)。</p><p>　　通過這次課程設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是C語言）的掌握方面都能向前邁了以大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。</p><p><b>　　

57、參考文獻</b></p><p>　　【1】周美娟 單片機原理及其接口技術 北京：清華大學出版社</p><p>　　【2】王吉鵬 單片機原理及其接口技術 高等教育出版社</p><p>　　【3】蔡偉智：《LED道路交通燈的研制》，液晶與顯示，第20卷第五期</p><p>　　【