交通灯的设计报告
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指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51和74LS47来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89C51芯片的P1口设置红、绿灯熄亮时间的功能；红绿灯循环点亮，绿灯熄灭时黄灯闪烁3秒（交通灯信号通过P1口输出，显示时间直接通过P0、P2口输出至二个对应的双位数码管）。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 关键词：
单片机 交通灯 时间
一、课题设计需要实现的系统功能：
1.AB方向亮绿灯60s，然后黄灯闪烁3次，每次一秒（亮灭各40ms），红灯40s，同时CD方向红灯65s，绿灯35s，黄灯闪烁3s
2.各路灯用LED模拟显示，同时用七段数码管显示两路的倒计时时间 3.利用键盘可修改灯亮时间
4.PC机设置灯亮时间，利用PC与单片机串口通信实现 二、单片机概述
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。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
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。 三、芯片简介
3.1、AT89C51芯片简介 AT89C51单片机内部结构
AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。 MCS-51的引脚说明：
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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 下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图1。
图1 单片机的复位及初始化如图2：
图2
3.2、74LS47芯片简介
74LS47的端子功能图如下图3：
图3
74LS47的主要功能端如下：
BI为熄灭输入端，低电平有效，当BI=0时，无论其他输入端状态如何，译码器输出七段同时熄灭;BI=1时，不影响译码器正常译码。
LT为测试输入端，低电平有效，用于检查数码管的七段是否正常发光。当LT=0，同时BI=1时，不管输入的BCD码是什么状态，都可使驱动数码管的七段同时点亮。译码器要正常译码，必须LT输入无效电平。
RBI为灭零输入端，低电平有效。设置灭零输入端的目的是为了能将不希望显示的0熄灭，例如一个四位数码显示电路，整数部分两位，小数部分两位，在显示6.4时，将出现06.40的字样，如果将前、后多余的0熄灭，显示的结果更醒目一些。灭零输入端只能对显示的0进行熄灭，而对其他数字没有影响。 在原理图中，译码器与数码管的连接如图4：
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图4
四、系统硬件设计
4.1、交通管理的方案论证
AB、CD两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为AB、CD两干道的公共停车时间。设AB道比CD道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表1: 车道\\时间 60s 3s 2s 35s 3s AB道 绿灯 黄灯 红灯 红灯 红灯 CD道 红灯 红灯 红灯 绿灯 黄灯 表1 表1说明：（1）当AB道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60
秒;CD方向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可通过。
（2）当AB方向为黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切
换;CD方向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可通过。
（3）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；当CD方
向为红灯，此道车辆禁止通行，CD道行人可通过。
（4）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；AB道为绿
灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为35秒。
（5）当AB方向为红灯，此道车辆禁止通行，AB道行人可通过；CD方向为
黄灯闪烁3秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （6）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。 4.2、系统硬件设计
选用设备：AT89C51弹片机一片，74LS47芯片二片，电阻排RESPACK-7三个，共阴极的七段数码管7SEG-MPX2-CA两个，红、黄、绿交通灯各四个，开关键盘、连线、电阻、电容若干。 4.2.1、系统总框图如下：
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键盘设置时间参数 AB和CD方向红绿黄三种灯的显示情况 89C51系 统 处 理 74LS47七段驱动器数据口 数码管显示AB方向时 间 74LS47七段驱动器数据口 数码管显示CD方向时 间
4.2.2、交通灯硬件线路图：见附录Ⅰ 4.2.3、系统工作原理
（1）开关键盘a、改变数码管显示的时间;b、开关控制十字路口十个方向的灯同时显示红灯且数码管显示00。
(2) 由AT89C51单片机每秒钟通过P0、P2口向74LS47的数据口送信息，由P1口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由7SEG-MPX2-CA显示每个灯的燃亮时间。
(3)AT89C51 P3.3为低电平时，P1口对应的红灯即四个方向的红灯亮，数码显示为00.
（4 AT89C51 P3.2有下降沿触发时，时间暂停，进入时间显示状态，当P3.6为低电平时，时间显示以240ms的速度进行加1;当P3.7为低电平时，时间显示以240ms的速度进行减1;当P1.0为低电平时，时间暂停消除，恢复正常。 （5）初始状态AB方向绿灯60秒CD方向红灯65秒。
（6）当AB方向绿灯60秒倒计时完了。进入下一阶段，AB方向黄灯3秒，且黄灯以40ms的速度闪烁;CD方向红灯5秒。
（7）当AB方向黄灯3秒倒计时完。进入第三阶段，AB方向红灯40秒;CD方向红灯2秒。
（8）当CD方向红灯2秒倒计时完。进入第四阶段，AB方向红灯38秒;CD方向绿灯35秒。
（9）当CD方向绿灯35秒倒计时完。进入第五阶段，AB方向红灯3秒;CD方向黄灯3秒，且黄灯以40ms的速度闪烁。
（10）AB方向红灯和CD方向黄灯3秒同时倒计时完毕，重新循环。 五、软件设计
5.1、每秒钟的设定
延时方法可以有两种一中是利用AT89C51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。 5.2、１秒的方法
我们采用在主程序中设定一个初值为２０的软件计数器和使Ｔ０定时５０毫秒．这样每当Ｔ０到５０毫秒时ＣＰＵ就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，ＣＰＵ先使软件计数器减１，然后判断它
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是否为零。为零表示１秒已到可以返回到输出时间显示程序. 5.3、相应程序代码 （１）主程序
定时器需定时10毫秒，故Ｔ０工作于方式１。 初值： T0初值=216-fose/12Xt=216-(12X106X0.01)/12=55536D=D8F0H ORG 0000H
MAIN: MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0F0H MOV TH0,#0D8H
SETB EA SETB ET0
SETB TR0
SETB EX0 SETB EX1 SETB IT0 CLR IT1 SETB PT0 （２）中断服务子程序
ORG 000BH
ZHD2: MOV TL0,#0F0H ;重先赋值 MOV TH0,#0D8H CLR P3.4 RETI 5.4、键盘显示流程图
主程序 “加”键按下 键盘“设置”按下 “加”数字显示程序 “减”数字显示程序 “减”键按下 主程序 程序设 置
5.5、 软件延时
MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的AT89C51单片机的工作频率为12MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12M）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析：
DEL: MOV R7,#40 ; ;延时10ms DEL1: MOV R6,#123
NOP
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DEL2: DJNZ R6,DEL2
DJNZ R7,DEL1 RET 5.6、软件流程图：见附录Ⅱ 5.7、源程序代码
ORG 0000H ;伪指令、程序开始、中断入口地址 LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZHD1 ORG 000BH LJMP ZHD2 ORG 0013H LJMP ZHD3 ORG 1000H ;主程序
MAIN:MOV TMOD,#01H ; MOV TL0,#0F0H ; MOV TH0,#0D8H
SETB EA ; SETB ET0 ; SETB TR0 ; SETB EX0 ; SETB EX1 ; SETB IT0 ; CLR IT1 ; SETB PT0
CYCLE:MOV R0,#60 ;AB MOV R1,#65 ;CD MOV R2,#25 ;;CD红灯 AB绿灯 LOOP1:SETB P3.4 MOV P1,#01H
SETB P1.7 ; SETB P1.4 ; LCALL DISPLAY ; DJNZ R2,LOOP1 MOV R2,#25 DEC R1
DJNZ R0,LOOP1
MOV R0,#3 ;AB;CD红灯 AB黄灯 LOOP2:MOV P1,#01H
SETB P1.7 ; SETB P1.3 ;
设工作方式
设初值 ,单片机晶振12M，定时10ms 开放总中断 开放T0中断 启动T0定时 开放外中断0 开放外中断1
设外中断0为边沿触发 设外中断1为低电平有效 方向绿灯显示时间 方向红灯显示时间 为延时1秒而用 点亮红灯 点亮绿灯 调用显示程序 方向黄灯显示时间 点亮红灯 点亮黄灯
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LLJ: LCALL DISPLAY ;调用显示程序 CPL P1.3 DJNZ R2,LLJ DEC R1 MOV R2,#25 DJNZ R0,LOOP2
MOV R0,#40 ;AB方向红灯显示时间 ;CD红灯 AB红灯 LOOP3:MOV P1,#01H
SETB P1.7 ;点亮红灯 SETB P1.2 ;点亮红灯 LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R2,LOOP3 MOV R2,#25 DEC R0
DJNZ R1,LOOP3
MOV R1,#35 ;CD方向绿灯显示时间 ;CD绿灯 AB红灯 LOOP4:MOV P1,#01H
SETB P1.5 ;点亮绿灯 SETB P1.2 ;点亮红灯 LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R2,LOOP4 MOV R2,#25 DEC R0
DJNZ R1,LOOP4
MOV R1,#3 ;CD方向黄灯显示时间 ;CD黄灯 AB红灯 LOOP5:MOV P1,#01H
SETB P1.6 ;点亮黄灯 SETB P1.2 ;点亮红灯
LLJ1: LCALL DISPLAY ;调用显示程序 CPL P1.6 DJNZ R2,LLJ1 MOV R2,#25 DEC R0
DJNZ R1,LOOP5 LJMP CYCLE ;键盘中断程序
ZHD1: LCALL DISPLAY JB P3.6,Q2 INC R1 INC R0
CJNE R1,#99,TIAO2
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MOV R1,#00H
TIAO2:CJNE R0,#99,TIAO3 MOV R0,#00H
TIAO3:LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY JNB P1.0,Z2 Q2: JB P3.7,WAIT1 DEC R1 DEC R0
CJNE R1,#00H,TIAO MOV R1,#99
TIAO: CJNE R0,#00H,TIAO1 MOV R0,#99 TIAO1:LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY WAIT1:JNB P1.0,Z2 WAIT: LJMP ZHD1 Z2: RETI ;时间中断程序
ZHD2: MOV TL0,#0F0H ;重先赋值 MOV TH0,#0D8H CLR P3.4 RETI
;应急通道中断程序 ZHD3:MOV P1,#85H
MOV P0,#30H MOV P2,#30H JNB P3.3,ZHD3 RETI ;数显显示
DISPLAY:MOV A,R0 ;AB方向时间的显示 MOV B,#10
DIV AB ;把要显示的数的十位存放在A中,个位存放在B中 ADD A,#10H ;位选通十位 MOV P0,A ;显示十位数字 TI0: JNB P3.4,TT
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SJMP TI0 TT: SETB P3.4 MOV A,B
ADD A,#20H ;位选通个位 MOV P0,A ;显示个位数字 TI1: JNB P3.4,TT1 SJMP TI1 TT1: SETB P3.4 ;CD方向的显示
MOV A,R1 ;CD方向时间的显示 MOV B,#10 DIV AB
ADD A,#10H ;位选通十位 MOV P2,A ;显示十位数字 TI2: JNB P3.4,TT2 SJMP TI2 TT2: SETB P3.4 MOV A,B
ADD A,#20H ;位选通个位 MOV P2,A ;显示个位数字 TI3: JNB P3.4,TT3 SJMP TI3 TT3: SETB P3.4
RET 参考文献： 1、《单片微机原理与接口技术》主编：曾一红 副主编：刘虹、李寿强 2、《数字电子技术》蒋正萍、刘虹、张松、李小平编著
3、http://www.dz3w.com/articlescn/mcu/6162.html（来自于电子天下）
后记：
在做本实验期间遇到了诸多的问题：1、从P1口连接出来的那一个数码管无法显示数字，解决：通过询问老师，了解到P1口内部不存在上拉电阻，输出的电流较小，无法驱动数码管显示。2、在对数码管的显示时间做设置时，进入设置状态后，二个数码管只有一个数显亮了，经过对软硬件的多方调试，最终发现在进入设置状态时，没有对二个数码管进行循环显示。3、黄灯无法闪烁，解决问题：首先我对软件的显示程序进行不同的设置，对显示部分每循环一次就对黄色对应单片机口求反，而此时出现了黄灯显示后一直无法熄灭。而最终我把显示部分的程序改为只循环一次，而增加了主程序中的循环次数。4、这是最重要的
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一步，也就是首先提出在做此实验时要完成的目标四。到目前为此，我就还无法找出如何用PC机去控制单片机。
附录
附录Ⅰ：交通灯硬件线路图
10
附录Ⅱ：软件流程图
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开始 初始化 AB方向绿灯倒计时，CD方向红灯倒计时 N AB方向数码是否为0 Y AB方向黄灯倒计时，CD方向红灯倒计时 N AB方向数码是否为0 Y AB方向红灯倒计时，CD方向红灯倒计时 N CD方向数码是否为0 Y AB方向红灯倒计时，CD方向绿灯倒计时 N CD方向数码是否为0 Y AB方向红灯倒计时，CD方向黄灯倒计时 N AB方向数码是否为0 自动返回 Y 结束
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