单片机原理及应用课程设计基于STC89C52单片机的交通灯控制系统设计

单片机原理及应用课程设计 题 目 基于STC89C52单片机的 交通灯控制系统设计 学生姓名 学 号 2012115020343 学 院 计算机科学与技术学院 专 业 通信工程 指导教师 二一五 年 六月 十七 日基于STC89C52单片机的交通灯控制系统陈国盛1. 项目概述随着我国经济的高速发展，私家车、公家车的增加，无疑会给我国道路交通系统带来沉重的压力，很多大城市都不同程度的受到交通堵塞问题的困扰。下面以STC89C52单片机为核心，设计出以人性化、智能化为目的的交通信号灯控制系统。2. 项目意义用STC89C52单片机控制一个交通信号灯系统，晶振采用12MHz。设A车道与B车道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道。设计要求如下：（1） 用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。（2） 正常情况下，A、B两车道轮流放行，A车道放行9s，其中3s用于警告；B车道放行6s,其中3s用于警告。（3） 在交通繁忙时，交通信号灯控制系统应有手控开关，可人为的改变信号灯的状态，以缓解交通拥挤状况。在B车道放行期间，若A车道有车而B车道无车，按下开关K1使A车道放行5s；在A车道放行期间，若B车道有车而A车道无车，按下开关K2是B车道放行5s。（4） 有紧急车辆通过时，按下K3使A、B车道均为红灯，禁行5s。3 系统设计交通控制系统主要控制A、B两车道的交通，以STC89C52单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各车道的通行；另外通过3个按键来模拟各车道有无车辆的情况和有紧急车辆的情况。根据要求，制定总体设计思想如下：（1） 正常情况下运行主程序，采用0.5s延时子程序的反复调用来实现各种定时时间。（2） 一车道有车，而另一车道无车时，采用外部中断1执行中断服务程序，并设置该中断为低优先级中断。（3） 有紧急车辆通过时，采用外部中断0执行中断服务程序，并设置该中断为高优先级中断，实现二级中断嵌套。3.1 框图设计基于STC89C52单片机的交通信号灯控制系统由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和道路显示电路几部分组成。3.2 关键技术(1) 单片机最小系统工作原理及设计（晶振电路和复位电路）(2) 按键电路工作原理及设计(3) 驱动电路74LS07的特性及使用(4) LED的特性及使用(5) STC89C52单片机引脚(6) 单片机汇编语言及程序设计4 硬件设计用12只LED模拟交通信号灯，以STC89C52单片机的P1口控制这12只发光二极管，由于单片机带负载能力有限，因此，在P1口与发光二极管之间用74LS07作驱动电路，P1口输出0时，信号灯亮；输出1时，信号灯灭。在正常情况和交通繁忙时，A、B两车道的6只信号灯的控制状态有5种形式，即P1口控制功能及相应控制码如表1-2所示。分别以按键K1、K2模拟A、B道的车辆检测信号，开关K1按下时，A车道放行；开关K2按下时，B车道放行；开关K1和K2的控制信号经异或取反后，产生中断请求信号（0有效），通过外部中断1向CPU发出中断请求；因此产生外部中断1中断的条件应是：INT1=K1K2。采用中断加查询扩展法，可以判断出要求放行的是A车道（K1）还是B车道（K2）。以按键K0模拟紧急车辆通过开关，当K0为高电平时属正常情况，当K0为低电平时，属紧急车道通过的情况，直接将K0信号接至INT0(P3.2)脚即可实现外部中断0中断。交通信号灯与控制状态对应关系控制状态P1口控制码P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0未用未用B道绿灯B道黄灯B道红灯A道绿灯A道黄灯A道红灯A道放行，B道禁止F3H11110011A道警告，B道禁止F5H11110101A道禁止，B道放行DEH11011110A道禁止，B道警告EEH11101110A道禁止，B道禁止F6H11110110综上所述，可设计出基于STC89C52单片机控制交通信号灯模拟信号灯控制系统的电路图如图所示。4.1 元器件清单基于STC89C52单片机的交通信号控制系统元件清单如下表所示：元件名称型号数量/个用途单片机STC89C521控制核心晶振12MHz1晶振电路电容30pF2晶振电路电解电容10F/10V1复位电路电阻10K1复位电路驱动器74LS071LED驱动发光二极管LED12黄、红、绿灯集成块74LS041按键电路集成块74LS861按键电路电阻4.7K2按键电路按键4按键电路电阻30012LED限流电源+5V/0.5A1提供+5V4.2 电路原理图4.3 电路仿真图5 软件设计主程序采用查询方式定时，由R2寄存器确定调用0.5s延时子程序的次数，从而获取交通灯的各种时间。子程序采用定时器1方式1查询式定时，定时器定时50ms，R3寄存器确定50ms循环10次，从而获取0.5s的延时保护时间。有车车道放行的中断服务程序首先要保护现场，因需要用到延时子程序和P1口，故需要保护的寄存器有R3、P1、TH1和TL1，保护现场时还需要关中断，以防止高优先级中断（紧急车辆通过所产生的中断）出现导致程序混乱。开中断，由软件查询P3.0和P3.1口，判别哪一车道有车。待交通灯信号出现后，保持5s的延时，然后关中断，恢复现场，再开中断，返回主程序。紧急车辆出现时的中断服务程序也需保护现场，但无须关中断（因其为高优先级中断），然后执行相应的服务，待交通灯信号出现出现后延时5s，确保紧急车辆通过交叉路口，然后，恢复现场，返回主程序。5.1 程序流程图开始初始化A绿灯、B红灯延时9sA绿灯闪烁2.5sA黄灯、B红灯B黄灯、A红灯B绿灯闪烁2.5s延时6SA红灯、B绿灯延时2s延时2s主程序中断响应关中断保护现场开中断A道有车吗？A绿灯、B红灯B道有车吗？A红灯、B绿灯延时5s关中断恢复现场开中断返回NYY有车车道放行时的中断服务程序（INT1）紧急情况时的中断服务程序（INT0）中断响应保护现场A红灯、B绿灯延时5s恢复现场返回5.2 程序清单 ORG 0000H LJMP MAIN ；转向主程序 ORG 0003H LJMP INTT0 ；转向紧急车辆中断服务程序 ORG 0013H LJMP INTT1 ；转向有车车道中断服务程序 ORG 0200HMAIN: MOV SP,#30H SETB PX0 ；置外部中断0为高优先级中断 MOV TCON,#00H ；置外部中断0、1为电平触发 MOV TMOD,#10H ；置定时器1为方式1 MOV IE,#85H ；开CPU中断，开外中断0、1中断 LOOP: MOV P1,#0F3H ；A道绿灯放行，B道红灯禁止 MOV R1,#18 ；置0.5s循环次数（0.5x18=9s）DIP1: ACALL DELAY ；调用0.5s延时子程序 DJNZ R1,DIP1 ；9s不到继续循环 MOV R1,#05 ；置A绿灯闪烁循环次数WAN1: CPL P1.2 ；A绿灯闪烁 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN1 ；闪烁次数未到，继续循环 MOV P1,#0F5H ；A黄灯警告，B红灯禁止 MOV R1,#04H ；置0.5s循环次数（0.5x4=2s）YL1: ACALL DELAY DJNZ R1,YL1 ；2s未到继续循环 MOV P1,#0DEH ；A红灯，B绿灯 MOV R1,#12 ；置0.5s循环次数（0.5x12=6s）DIP2: ACALL DELAY DJNZ R1,DIP2 ；6s未到继续循环 MOV R1,#05HWAN2: CPL P1.5 ；B绿灯闪烁 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN2 MOV P1,#0EEH ；A红灯，B黄灯 MOV R1,#04HYL2: ACALL DELAY DJNZ R1,YL2 AJMP LOOP ；循环执行主程序INTT0: PUSH P1 ；P1口数据压栈保护 PUSH TH1 ；TH1压栈保护 PUSH TL1 ；TL1压栈保护 MOV P1,#0F6H ；A、B道均为红灯 MOV R2,#10 ；置0.5s循环初值（5s）DEY0: ACALL DELAY DJNZ R2,DEY0 ；5s未到继续循环 POP TL1 ；弹栈恢复现场 POP TH1 POP P1 RETI ；返回主程序INTT1: CLR EA ；关中断 PUSH P1 ；压栈保护现场 PUSH TH1 PUSH TL1 SETB EA ；开中断 JB P3.0,BOP ；A道无车转向B道 MOV P1,#0F3H ；A道绿灯，B道红灯 SJMP DEL1 ；转向5s延时BOP: JB P3.1,EXIT ；B道无车推出中断 MOV P1,#0DEH ；A红灯，B绿灯DEL1: MOV R5,#10 ；置0.5s循环初值（5s）NEXT: ACALL DELAY DJNZ R5,NEXT ；5s未到继续循环EXIT: CLR EA POP TL1 ；弹栈恢复现场 POP TH1 POP P1 SETB EA RETIDELAY: MOV R3,#0AH ；0.5s子程序（50msX10=0.5s） MOV TH1,#3CH ；置50ms初值X=3CB0H MOV TL1,#0B0H SETB TR1 ；启动T1LP1: JBC TF1,LP2 ；查询计数溢出 SJMP LP1LP2: MOV TH1,#3CH ；置50ms初值X=3CB0H MOV TL1,#0B0H DJNZ R3,LP1 RET END6 系统仿真及调试单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试过程中被发现纠正的。但是通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则无从做起。硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。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。至于软件设计与调试，我觉得它主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。可以说再整个软件设计过程中，我不仅学会了延时的两种方法，即软件延时和硬件延时，还掌握数码管的两种显示方式（即动态显示与静态显示）及其如何选择。当然，通过几次反复调试过程，使得我对汇编指令有了更深刻的理解。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。（4）学会了利用Keil uVision2对汇编语言进行编译过程.更进一步加深了对PROTEUS软件的学习。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，我想这也是我们上大学应真正学到的。12