LED模拟交通灯课程设计单片机交通灯

课 程 设 计 课 程 科研实践 题 目 LED模拟交通灯 二级学院 延陵学院 班 级 09电Y2 姓 名 袁 惠 学 号 09121037 指导教师 范力旻 设计时间 2012.12.31-1.11 常州工学院单片机原理及应用科研实践任务书二级学院：延陵学院 专业：电气工程及其自动化 班级：09电Y2学生姓名袁 惠于志鹏指导老师 范力旻职 称副教授 课题名称LED模拟交通灯 课题工作内容“LED模拟交通灯”的硬件电路主要由单片机控制电路、LED电路、电源稳压电路、复位电路组成，主要实现：单片机采用ST89C52，使发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯1、东西路口绿灯亮，南北路口红灯亮。延时4秒，黄灯闪烁2、南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮。延时4秒，黄灯闪烁。 指标要求1、东西路口绿灯亮，南北路口红灯亮。延时4秒，黄灯闪烁2、南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮。延时4秒，黄灯闪烁。 进程安排第一天：下达任务、理解课题要求、收集和消化相关资料； 第二天：方案论证和制定，元器件采购； 第三四天：硬件制作、调试 第五八天：软件设计、调试 第九天：根据设计内容，撰写设计报告 第十天：作品演示、答辩考核主要参考文献单片机应用系统设计技术 张齐著 电子工业出版社 单片机原理及应用技术 范力旻 电子工业出版社 例说8051 谢亮、陈敌北、 张义和 人民邮电出版社 单片机C语言应用100例 王东锋 王会良 电子工业出版社 51系列单片机设计实例 楼然苗 李光飞 北航出版社 地点秋白楼起止日期2012.12.31-1.11 21目录第一章 概述41.1、课题介绍41.2、目的和意义5第二章硬件设计62.1、最小系统62.1.1、单片机62.1.2、晶振72.1.3、复位电路72.2、电源电路92.3、显示电路9第三章 软件设计11第四章 调试与仿真124.1、软件仿真124.2、硬件调试12第五章 小结14第六章参考文献15第七章附录161、元器件清单162、原理图173、程序184、实物图20第一章 概述当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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。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不能安全停车时可以进入交叉路口。1.1、课题介绍交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，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。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。本系统采用单片机ST89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机控制电路、LED电路、电源稳压电路、复位电路等几大部分组成。系统能较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软件上主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。1.2、目的和意义绿灯是通行信号，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不能安全停车时可以进入交叉路口。交通灯的发展是交通日渐繁华的必然产物，交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。现如今交通灯已经成为人们生活中不可或缺的一部分，是维护交通秩序的重要工具，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。第二章 硬件设计2.1、最小系统2.1.1、单片机本次设计使用的单片机芯片型号为：STC89C52，管脚图见图2-1-1。STC89C52的工作特性如下：1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051. 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工 作频率可达 48MHz 4. 用户应用程序空间为 8K 字节 5. 片上集成 512 字节 RAM 6. 通用 I/O 口 （32 个） 复位后为： ， P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看门狗功能 10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T211. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 12. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART 13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 14. PDIP 封装 图2-1-1 STC89C52管脚图2.1.2、晶振本次设计采用的是12MHZ的晶振，电路图2-1-2如下图所示： 图2-1-2晶振电路两只电容在20pF100pF之间取值，其取值在60pF70pF时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接晶体时两个电容的取值为22pF；外接陶瓷振荡器是两电容的典型值是47pF。2.1.3、复位电路在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态服务。为保证应用系统可靠的复位在设计复位电路时，通常使RST引脚保持4ms以上的高电平，只要RST保持高电平，STC89C52单片机就会循环复位；当RST从高电平变为低电平时，单片机就从0000H地址开始执行程序，在单片机复位的有效期间，ALE、PSEN引脚输出高电平。本次设计能够实现上电复位和手动复位：图2-1-3复位电路1手动复位：按下复位键，系统能够复位。2上电复位：系统上电时，随着Vcc电压由0V增加到5V，电容C的上极板电位随之增加。按电压随着电流方向逐渐降低的原则，电流的出现会在R2端形成一个大于0的电位。由于电容充电逐渐饱和，所以电流会逐渐减小。该电位的大小和持续时间将影响系统能否上电复位。当单片机RST管脚上有两个机器周期是高电平时，系统就会被复位。因为，。所以，对于用12MHZ晶振的系统来说，使其复位的时间t应满足条件：不考虑流入RST引脚的电流计算RST处的电位，该电路就是一阶RC电路。电容两端暂态电流和电压的关系如下：因为，；所以。设RST处电压为，那么，所以。当时，t=0.357RC。当且仅当时，系统才会复位，即满足条件。所以采用，。复位时间，符合要求。2.2、电源电路1.直流5V电源电压产生的过程：本系统中将直流9V经过稳压器使输出电压为直流5V。具体电路如图2-3所示。图2-2电源电路IC采用集成稳压器7805，C3和C4为输入端的滤波电容，C5和C6为输出端的滤波电容。在电源整流电路中，滤波电容用来滤除交流成分，使得直流更平滑。2.3、显示电路发光二极管的结构简单，体积小，工作电流小，使用方便，成本低。通过调制LED的电流来调制光输出;光输出响应速度比较快（1100兆赫）。应用LED可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等，所以在光电系统中的应用极为普遍。在本设计中5V的电源，不能直接输入到LED，电流太大就会将LED烧毁，所以我们要限制电流，就得串联电阻。一般LED发光二极管的工作电流在十几mA到几十mA。通常情况下大约是20mA。所以限流电阻应为。因此选用220的限流电阻。本次设计，共用红灯，黄灯，绿灯各四个。东西路口2个红灯接单片机P0.0口，2个黄灯接P0.1口，2个绿灯接P0.2口；南北路口2个红灯接单片机P0.3口，2个黄灯接P0.4口，2个绿灯接P0.5口；图2-3 显示电路第三章 软件设计系统的软件流程如下：系统通电，实现初始化；东西路口绿灯亮，南北路口红灯亮，延时4秒；东西路口绿灯亮，南北路口黄灯闪烁，闪烁5次；南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮，延时4秒；南北路口绿灯亮，东西路口黄灯闪烁5次；开始系统初始化东西亮绿灯，南北亮红灯东西亮绿灯，南北黄灯闪烁显示）南北亮绿灯，东西黄灯闪烁南北亮绿灯，东西亮红灯中断处理子程序处 理返 回图3-1 软件流程图第四章 调试与仿真4.1、软件仿真仿真步骤：a. 正确安装Keil和Proteus软件。b. 在Keil工程菜单中选择Target1属性，在调试中U使用Proteus，具体设置见图4-1。图4-1-1 调试设置c. 根据硬件电路原理图在Proteus中画出仿真电路，如图4-2。图4-1-2仿真电路图4.2、硬件调试调试步骤：1. 根据硬件原理图将元器件放在单片机开发板合适位置。2. 根据原理图正确连接器件。3. 用万用表检测器件间是否虚焊，是否联通。4. 将程序载入单片机，运行检测。5. 显示结果不对时再次检测程序的写入是否真确。6. 若显示结果还是不对，再次检查电路是否正确连接或者虚焊。第五章 小结经过两周的努力工作，终于完成了自己的单片机课程设计。虽说忙碌了点，但我觉得这样的生活充实且有成就感，当然，也获益匪浅。在焊接过程中，我学会应先合理的布局，并认真检查每个元器件，确保无误后再焊接。还有，不能急于求成，要焊接一个模块，检查一个模块，免得整个版子焊完后再在一大堆线中检查，这样不仅效率低且耗时。自然，我也学会如何去发现问题与解决问题的一些方法。在整个课程设计过程我还掌握了一下几点：（1）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。（2）理解了最单片机的各部分组成及特性。（3）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。通过本次的课程设计，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的学习起了很大的帮助。就我个人而言，很深刻地体会到一点，那就是我们在设计过程中一定要有一个整体的清晰的思路，知道自己的设计的对象的基本功能和核心器件的适用及其作用，只要把握住这些主要方面，一些小问题都将围绕着这些主要问题而逐步得到解决。同时我也懂得，在整个设计过程中，生活中也一样，一定要意志坚定，克服自己的畏难情绪,这样才能将事情做好，才能干出一番成就。 我觉得类似这种课程设计的实践真的不错，通过这些项目练习，我自学能力，解决实际问题的能力得到提高，可以说是对综合素质全面提升。第六章 参考文献单片机应用系统设计技术 张齐著 电子工业出版社 单片机原理及应用技术 范力旻 电子工业出版社 例说8051 谢亮、陈敌北、 张义和 人民邮电出版社 单片机C语言应用100例 王东锋 王会良 电子工业出版社 51系列单片机设计实例 楼然苗 李光飞 北航出版社第七章 附录1、元器件清单序号名称型号数量1单片机STC89C5212底座TEXTODL13三端稳压器L7805CV14电解电容220uF15电解电容100uF16瓷片电容0.01uF27电解电容10uF18晶振12MHz19瓷片电容22pF210电阻1k111电阻2201212电阻10k113按钮114红色发光二极管415黄色发光二极管416绿色发光二极管417干电池9v118电池扣12、原理图3、程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RED_A=P00;sbit YELLOW_A=P01;sbit GREEN_A=P02;sbit RED_B=P03;sbit YELLOW_B=P04;sbit GREEN_B=P05;uchar Flash_Count = 0;Operation_Type = 1;void DelayMS(uint x) uchar t;while(x-) for(t=1000;t0;t-);void Traffic_lignt() switch(Operation_Type) case 1:RED_A=1;YELLOW_A=1;GREEN_A=0;RED_B=0;YELLOW_B=1;GREEN_B=1;DelayMS(4000);Operation_Type = 2;break;case 2:DelayMS(400);YELLOW_A=YELLOW_A;if(+Flash_Count !=5) return;Flash_Count=0;Operation_Type = 3;break;case 3:RED_A=0;YELLOW_A=1;GREEN_A=1;RED_B=1;YELLOW_B=1;GREEN_B=0;DelayMS(4000);Operation_Type = 4;break;case 4:DelayMS(400);YELLOW_B=YELLOW_B;if(+Flash_Count !=5) return;Flash_Count=0;Operation_Type = 1;break;void main() while(1) Traffic_lignt();4、实物图