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1、 课程设计说明书课程名称 电工学 设计题目 自动红绿灯控制系统 专 业 班 级 姓 名 2010年12 月 26 日摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动控制系统。交通信号灯控制方式很多。本系统以MSC-51系列单片机AT89C52为中心器件来设计交通灯控制器，通过编写相应的程序，供单片机执行
2、，基本上实现了红绿灯定时红、黄、绿三灯之间的自动、定时转换，并通过七段数码管将时间显示出来，模拟现实中的十字路口红绿灯工作实况的功能。系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键字：单片机 交通信号灯 自动控制目录1.引言22. 单片机概述33. MCS-51系列单片机43.1MCS-51系列单片机的特点43.2关于AT89C5253.2.1AT89C52的内部结构53.2.2 AT89C52特殊端口说明74 红绿灯控制系统组建104.1 电路需求分析104.2电路连接设计114.3 编写程序14总结19参考文献201. 引言1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手
3、式信号灯，用以指挥马车通行1。这是世界上最早的交通信号灯。后来经过100多年的发展，信号灯不断改善、更新，在道路交通领域发挥了极其重要的作用。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果2。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而
4、不能安全停车时可以进入交叉路口。本文设计的自动红绿灯控制系统，基于AT89C52单片机，简洁、完整的实现了交通灯的自动控制过程，现通过该设计模拟十字路口交通灯在短时间内自动转换，控制过往车辆的流通。2. 单片机概述单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种，特别适用于控制领域，故又称
5、为微控制器。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。3. MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。引脚图如图1所示。图1 MCS-51引脚图3.1 MCS-51系列单片机的特点MCS-51单片机作为微型计算机的一个分支，与一般的微型计算机没有本质上的区别，同样具有快速、精确、记忆功
6、能和逻辑判断能力等特点。但单片机是集成在一块芯片上的微型计算机，它与一般的微型计算机相比，在硬件结构和指令设置上均有独到之处，主要特点有：1体积小，重量轻；价格低，功能强；电源单一，功耗低；可靠性高，抗干扰能力强。这是单片机得到迅速普及和发展的主要原因。同时由于它的功耗低，使后期投入成本也大大降低。2使用方便灵活、通用性强。由于单片机本身就构成一个最小系统，只要根据不同的控制对象作相应的改变即可，因而它具有很强的通用性。3目前大多数单片机采用哈佛（Harvard）结构体系。单片机的数据存储器空间和程序存储器空间相互独立。单片机主要面向测控对象，通常有大量的控制程序和较少的随机数据，将程序和数据
7、分开，使用较大容量的程序存储器来固化程序代码，使用少量的数据存储器来存取随机数据。程序在只读存储器ROM中运行，不易受外界侵害，可靠性高。4突出控制功能的指令系统。单片机的指令系统中有大量的单字节指令，以提高指令运行速度和操作效率；有丰富的位操作指令，满足了对开关量控制的要求；有丰富的转移指令，包括有无条件转移指令和条件转移指令。5较低的处理速度和较小的存储容量。因为单片机是一种小而全的微型机系统，它是牺牲运算速度和存储容量来换取其体积小、功耗低等特色。3.2 关于AT89C523.2.1 AT89C52的内部结构AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个
8、外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本3。图2 AT89C52 单片机内部结构图AT89C52采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18
9、脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能
10、。AT89C52器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为提供许多较复杂系统控制应用场合。3.2.2 AT89C52特殊端口说明P0 口P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而
11、在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表. P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.
12、0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）P2 口P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地
13、址和一些控制信号。P3 口P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。4 红绿灯控制系统组建4.1 电路需求分析本系统要实现的功能是模拟十字路口红绿灯的工作状况。按照预先设定并优化的交通灯规则，控制LED指示灯的亮灭，同时在实验箱的数码管显示屏上显示剩余的时间。当时
14、间递减到0的时候，改变LED灯的状态，并刷新显示屏显示的时间。为了实现以上功能需求，本系统需要12个LED指示灯，来分别代表四个路口的直行、左转和右转灯；四个七段数码管显示屏，用来显示1、3路口和2、4路口剩余的时间。图3 本系统使用集成的电路和实验环境，以方便进行电路的连接和测试，同时减少由于电路的复杂性而产生的错误。4.2电路连接设计图5 AT89C52管脚在十字路口，上方和下方、左方和右方的燃灯情况相同，可分为两组，上下组和左右组，12个LED灯分为6对，每组6个，3对。按图4所示，上下组和左右组的LED灯分别对应接在AT89C52（图5）的P0.0P0.5端口；七段数码管由AT89C5
15、2的P2口和P3（P3.0P3.6）口控制，按图示连接相应的端口和管脚。4.3 编写程序/*名称： LED交通灯 说明： 左右方向红灯亮9秒，黄灯闪烁，闪烁3秒后绿灯亮 绿灯亮后，上下方向有绿灯变为红灯，7秒后上下方 向黄灯闪烁，闪烁3秒后亮绿灯，左右方向红灯亮，如 此反复。 */#include#define uchar unsigned charuchar tab=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0x6f;uchar k ,Type=1 ,Type_count=0;sbit red1=P00;/左右方向sbit yellow1=P0
16、1;sbit blue1=P02;sbit red2=P03; /上下方向sbit yellow2=P04;sbit blue2=P05;sbit shumaguan=P20;void delay(uchar i)/1Ms延时 uchar j; while(i-) for(j=0;j0;k-) show(k) ; P0=0XF3; delay(1000);Type=2; case 2: / 左右方向绿灯关闭 上下方向黄灯闪烁 delay(5000); for(k=3;k0;k-) show(k); P0=0XEF; delay(1000);Type=3; case 3: /左右方向红灯亮 上下
17、方向绿灯亮 delay(5000);for(k=7;k0;k-) show(k); P0=0XDE; delay(1000); Type=4; case 4: / 上下方向绿灯关闭 左右方向黄灯闪烁 delay(5000); for(k=3;k0;k-) show(k); P0=0XFD; delay(1000);Type=1;void main() while(1) LED_isir();总结本次课程设计使我较系统地掌握有关单片机控制的设计思想和设计方法，主要对AT89C52的结构、功能、内部资源等有力进一步的了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。这个设计的一些内容是在网上找的，自己做
18、了一些改动，在上网找资料的同时也学到了许多东西，找到了很多学习单片机的网站，里面的内容都比较适合我们初学者去学，有些网站还专门介绍这种单片机的类型、用法、功能等等，我在以上文章中只列举了一小部分，对51系列单片机的特点做了简单的概述，以及对AT89C62的功能简介。这次课程设计真的让我受益匪浅。这个交通灯控制设计写程序时，由于没有系统地学过C语言编程，控制程序编写起来有相当大的困难，不过通过与有这方面经验的同学长时间的交流，并得到老师和同学的耐心指导，终于基本上完成本次课程设计的程序编写，深深地体会到了成功后的喜悦由于课程设计时间只有一周，而且我自身能力有限，我所设计的自动红绿灯控制系统功能不够全面，比如只用到了单位七段数码管，不能显示大于9s的时间；设计时没有考虑在十字路口车辆转向行驶的情况等等。希望在以后的学习中慢慢弥补思路上的不足和知识上的欠缺。参考文献 1 黄毅智能交通灯控制系统的设计与实现J.科技资讯,2008,12(28):125-128.2 姚林芳交通灯智能控制系统的设计与实现J.电脑知识与技术, 2008,4(5):1235-1236.3 李广弟，朱月秀，冷祖祁单片机基础M.北京航空航天大学出版社,2007:133-155.
