交通灯控制系统课程设计东华大学.docx-资料库

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MCS-51 单片机课程设计报告 MCS-51 单片机课程设计报告 ——交通灯控制系统姓名：朱正威学号：110901418 指导老师：潘峰东华大学信息学院自动化系 2014.6.22 1

MCS-51 单片机课程设计报告目录一、项目概述......................................................................................................... 3 二、系统设计......................................................................................................... 3 1. 设计思想......................................................................................................... 3 2. 方案可行性分析............................................................................................. 3 3. 总体方案......................................................................................................... 3 三、硬件设计......................................................................................................... 5 1. 单片机最小系统部分..................................................................................... 5 2. LED 数码管串行显示部分.............................................................................. 5 3. 独立按键部分................................................................................................. 5 四、软件设计......................................................................................................... 6 1. 软件设计思想................................................................................................. 6 2. 程序流程图..................................................................................................... 6 3. 程序清单......................................................................................................... 7 五、系统仿真及调试........................................................................................... 13 六、结果与展望................................................................................................... 15 七、参考文献....................................................................................................... 15 2

MCS-51 单片机课程设计报告一、项目概述项目所要设计的是交通灯控制系统，十字路口交通灯由红、绿两色 LED 显示器（两位 8 段 LED 显示器）组成，LED 显示器显示切换倒计时，以秒为单位，每秒更新一次；为确保安全，绿 LED 计数到 0 转红，经 5 秒延时（显示红色 0）后，另一道开始绿色倒计时。 1) 主干道(A 道)先通行且通行时间为 45s；（加 5 秒红灯延时，共 50 秒） 2) 支道(B 道)通行时间为 25 s；（加秒红灯延时，共 30 秒） 3) 主道与支道的车辆交错通行； 4) 若遇紧急情况，按开关时，主道与支道都为红灯 20 s 5) 根据实时交通堵塞情况人为控制时，按 K2 时，主道延时 30 s 通行，按 K3 时，支道延时 30 s 通行。设计以 AT89C51 为核心的控制电路，并编写相关的系统软件。该模拟交通灯控制系统采用模块化结构，主要分为定时器中断控制、按键扫描、LED 数码管显示三个部分。在设计完成一个方向上的红绿灯数码管计时后，再进行两个方向红绿灯的切换显示以及特殊情况下的处理。采用 AT89C51 作为系统主控芯片，其包含两个定时器中断 T0 和 T1、两个外部中断，以及 4 个 I/O 端口 P0 到 P3 端口。本系统采用其定时器 T1 进行定时，每隔一定时间定时中断一次，在中断程序内进行变量自加，以此可以设置任意长的定时时间。如设置 1s 的定时改变红绿灯 LED 数码管显示值，设置 0.2m 的按键扫描周期进行按键定时扫描。为了节省 I/O 口资源以及硬件连接上的方便，采用串口显示芯片 MAX7219 进行 LED 数码管显示部分的设计。整个方案设计结构清晰明了，硬件连接简洁，软件编程模块清晰，经实践验二、系统设计 1. 设计思想 2. 方案可行性分析证，此方案可行。 3. 总体方案在 Proteus 环境中进行硬件电路的设计和搭建，具体硬件电路设计如图 1、2 所示。在 Keil 环境下进行软件设计 51 单片机编程，为定时器中断和 MAX7219 串口显示和主函数部分分别建立相应的源文件和头文件，进行模块化编程。 3

MCS-51 单片机课程设计报告图 1、硬件连接图图 2、整体系统图 4

MCS-51 单片机课程设计报告三、硬件设计系统硬件设计主要分为三个部分，即单片机最小系统部分、LED 数码管串行显示部分和独立按键部分。 1. 单片机最小系统部分 2. LED 数码管串行显示部分按要求选用 AT89C51 型号单片机，晶振频率 12MHz，使用内部 RAM 和 ROM。由于 Proteus 环境下默认无需晶振电路和复位电路等，所以并未画出。 MAX7219 是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,与单片机只需三根信号进行通信，可以连接 8 位数字的 7 段 LED 数码管。其内部集成了数据保持、BCD 译码器、多路扫描器、段驱动器和位驱动器。每片 MAX7219 最多可同时驱动 8 个 LED 数码管，而交通灯控制系统正好需要 8 个 LED 数码管。同时，利用其内部 BCD 译码功能，可以省去额外的软件或硬件译码操作。具体连接如图 3 所示。图 3、MAX7219 连接图 3. 独立按键部分该系统需要根据外部按键 K1、K2 和 K3 进行人工干预，按键较少，可以采用三个独立按键接在三个单片机 I/O 引脚上，在定时中断内进行按键的扫描。按键连接部分如图 4 所示。 5

MCS-51 单片机课程设计报告图 4、按键连接图四、软件设计 1. 软件设计思想在 Keil 环境下进行软件设计 51 单片机编程，软件部分主要分为定时器中断、 MAX7219 串口显示和主函数部分，进行模块化编程，为各个部分分别建立相应的.h 头文件和.c 源文件。定时器中断部分：选用定时器 T1，方式 2，8 位自动重装初值。250us 产生一次定时器中断，由于单片机晶振为 12MHz，经计算，计数初值为 6。在中断服务程序内进行变量 counter 的自加，当 counter 自加 40 次之后即为一次 10ms 中断，以此为基本时间单位可以进行进一步的定时。 MAX7219 串口显示部分：首先定义串口数据发送函数 MAX7219_write，然后按照命令控制字，初始化 MAX7219 工作模式。主要需要初始化的几个寄存器为：寄存器地址 0x0A 0x0B 0x0C 0x09 功能亮度控制，0x00~0x0F,0x0F 最亮设置扫描 LED 个数工作模式 0x00ShutDown 0x01:Normal 编码模式对应 bit 为 1 则支持编码 2. 程序流程图整个程序的流程图如图 5 所示。 6

MCS-51 单片机课程设计报告图 5、程序流程图 3. 程序清单 1) MAX7219 串口显示程序 //串行数据输入 DIN #include #include "MAX7219.h" #define uchar unsigned char sbit MAX7219_DIN = P1^0; sbit MAX7219_CLK = P1^1; sbit MAX7219_LOAD = P1^2; //数据锁存脉冲信号 LOAD /************MAX7219 写寄存器函数**************/ // addr：寄存器地址 // dat: 写入寄存器的值 //说明： D12~D15 为无关位，D8~D11 为寄存器地址，D0~D7 为命令或待显数据 void MAX7219_write(uchar addr, uchar dat) { //时钟信号 CLK uchar i=0; MAX7219_LOAD=0; for(i=0;i<8;i++) { //先写地址 MAX7219_CLK = 0; MAX7219_DIN = (addr&(0x80>>i))? 1:0; i++; i--; MAX7219_CLK = 1; //时钟上升沿写入 } 7

MCS-51 单片机课程设计报告 for(i=0;i<8;i++) { //再写数据 MAX7219_CLK = 0; MAX7219_DIN = (dat&(0x80>>i))? 1:0; i++; i--; MAX7219_CLK = 1; } MAX7219_LOAD=1; } /*********************************************/ /*************MAX7219 初始化函数***************/ void MAX7219_init() { MAX7219_write(0x0A,0x07); //亮度地址 0AH,0x00~0x0F,0x0F 最亮 MAX7219_write(0x0B,0x07); //设置扫描 LED 个数地址 0BH,扫描 8 个 MAX7219_write(0x0C,0x01); // 工作模式地址 0x0C. 0x00:ShutDown;0x01:Normal MAX7219_write(0x09,0xFF); //编码模式地址 0x09. 0x00~0xFF:哪一位为 1，哪一位就支持译码 } /*********************************************/ 2) 按键扫描函数 /******************按键扫描函数******************/ uchar key_scan() { uchar key,valid_key,delay=125; key=P1&0x70; while(delay--); valid_key=P1&0x70; if(key!=valid_key) //按键消抖 return 0; switch(key) { case 0x60: //按下 K1 按键 return 1; case 0x50: //按下 K2 按键 return 2; case 0x30: //按下 K3 按键 return 3; default: //其它情况不考虑 8

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