河南理工大学万方科技学院

课程设计报告

200 8 — 200 9 学年第 2 学期

课程名称 单片机的c语言程序设计 设计题目 交通灯

学生姓名

学 号 0628030053 专业班级 通信06-1班 指导教师

20xx年06月 02日

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目录

一．前言??????????????????????3 二．功能概述······?????????????????3

三．设计思路????????????????????3

四．硬件介绍????????????????????4

五．软件程序设计??????????????????7

六．电路图及仿真实现???·????????????10

七．总结??????????????????????11

八．源程序?????????????????????12 参考文献??????????????????????14

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一．前言

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，在学习了单片机的有关知识之后，运用相关知识来设计完成交通信号灯。

二．功能概述

2.1设计任务：交通灯的硬件和软件设计

2.2设计目的

1.进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。

2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。

3.通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。

4.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为我们今后从事相应工作打下基础。

三．设计思路

交通灯的变化规律

按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态为状态1，南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过过一段时间（25S）转换状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S，东西方向仍然红灯。再转换到状态3，东西方向

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绿灯通车，南北方向红灯。过一段时间（25S）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S，南北方向仍然红灯。最后循环至南北绿灯，东西红灯。在这些状态下，有时钟倒数计时。

四．硬件介绍

基础知识

交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。

4.1定时器/计数器

定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。

首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与注意点。

4.2定时器／计数器的概念

89C51单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0、T1。

当定时器／计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。

当定时器／计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以技术频率最大值只能为时钟周期的1／24。计数器对外部输入信号的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信号在其改变之前至少被采样一次，外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周期。

4.3定时器／计数器的相关寄存器

与定时器／计数器相关的寄存器有定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器／计数器控制寄存器（TCON）。TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，

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因此，在本例中主要介绍TMOD寄存器。

定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。 定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）的8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。TMOD每一位的功能如下。

GATE：门控位。

GATE＝0，仅由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1来启动定时器／计数器运行； GATE＝1，由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1和外部中断引脚上的高电平共同来启动定时器／计数器运行。

C／T：定时器模式和计数器模式选择位。

C／T＝0，为定时器模式；

C／T＝1，为计数器模式。

M1、M0：工作方式选择位。M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系见表2－10。

4.5定时器／计数器的4种工作方式

定时器／计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表所示。

（1）方式0。

定时器／计数器的工作方式0称为13位定时器／计数器的。它由TLX的低5位和TLX的8位构成13位的计数器，此时TLX的高3位未使用。改工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况不使用方式0进行定时／计数。方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式 。

（2）方式1

定时器／计数器的工作方式1称为16位定时器／计数器。它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。

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GATE位的状态定时器／计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器／计数器即被允许计数（定时器／计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。当GATE=1时，定时器／计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器／计数器计数（定时器／计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。

（3）方式2

定时器／计数器的工作方式0和方式1再计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。

定时器／计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器／计数器。在该工作方式下，TLX作为计数器，当TLX计数溢出时，在置1溢出标志TFX的同时，还自动的将THX中的常数送至TLX，使TLX从该常数开始重新计数。这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。

（4）方式3

工作方式3仅对定时器／计数器0有效，在该工作方式之下，定时器／计数器的0被拆成2个独立的定时器／计数器：TL0、TF1。TL0使用T0的状态控制C／T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一个8位定时器（不能作外部计数方式），并使用定时器／计数器1的状态控制位TR1、和TF1，同时占用定时器T1的中断源。此时，定时器／计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。

4.5 定时器／计数器的编程

（1）初始化

定时器／计数器的初始化编程包括以下几个部分。

根据要求给定时器／计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器／计数器的工作方式。

根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。 根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。

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给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时／计数器的运行。

（2）定时器／计数器初值的计算。

计数器初值：

设计算器的模值位M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则TC=M-C (M等于2的13次方，16次方，8次方)。

定时器初值：

设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。

五．软件程序设计

交通灯控制器实例使用了89C51单片机的定时器/计数器，首先分定时器初始化，定时器中断服务程序两个部分介绍定时器计数器的软件编程，其次在画出程序流程图的基础上编写软件程序，并给出完整的交通灯控制器程序实例。

5.1定时器初始化

为了使定时器时间准确，避免因为定时器重装而引起的累计误差，应将定时器设置为初值自动装置的8位定时器/计数器，即定时器工作在工作方式2.在12MHz晶振条件下，8位定时器的最长定时时间是0.256ms，为了方便计算取定时时间为0.25ms，所以，定时0.5s需要定时器中断2000次。

下面计算定时器的初值。定时器初值TC=M-T/t=256-250/1=6，因此TH0=06H,TL0=06H.

定时器初始化程序如下，定时器T0设定为工作方式2，初始值为06H，自动重装入值为06H。

T0-INIT;

MOV TMOD,#00000010B ; 定时器T0工作方式2

MOV TL0,#06H ; 设定时器T0的初始值

MOV TH0,#06H ; 设定时器T0的自动重装值

MOV TCON,#00010000B ; 定时器T0的使能

SETB EA ;中断允许总控制位使能

SETB ET0 ;T0中断使能

RET

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5.2定时器中断服务程序

T0-INIT;

DJNZ TIME-COUNT0,T0-INT-EXIT

MOV TIME-COUNT0,#250

DJNZ TIME-COUNT1, T0-INT-EXIT

MOV TIME-COUNT1,#8

SETB SECOND-FLAG ;

T0-INT-EXIT;

RETI

每0.25ms定时器中断发生，程序跳转到中断服务程序T0-INT开始执行。中断服务程序每次将定时器中断计数变量减1，但定时器中断计数变量为0时，0.5s定时时间到，将位变量SECOND-FLAG置为1.定时器中断服务程序通过RETI指令返回，程序将跳转到进入中断前的断点继续执行。

5.3程序流程图

程序较为简单，可以直接进行程序的编写，但本实例的程序流程比较复杂，在编写程序前，应当先画出程序流程图。程序流程图是描述程序运行流程的一种图表。它不仅描绘程序从头到尾的运行顺序，也描述程序运行过程中的所有可能 发生的状况。

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六．电路图及仿真设计

6.1设计完成原理图如下

在电路连接完成后，将写好的程序放入单片机，运行。

6.2在初始状态南北绿灯，东西红灯，持续时间为25s

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6.3南北跳转到黄灯5s，东西仍为红灯

在南北转换为红灯的同时，东西灯转换到绿灯持续25s；东西转换为黄灯持续5s，南北红灯不变；如此循环，从而实现交通灯的作用。

七．总结

回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，学到了很多的东西。同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。

通过这次课程设计我发现单片机原理应用行很强，只有老师的讲解不行，只看也不中，只有自己动手去做才会发现自己确实有太多的不足，许多的原理，程序看似简单，真正去做才知道知识并没有自己想象的那样扎实。从而懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识

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与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

在设计完成之际再次衷心感谢李泉溪老师的指导！

八．源程序

#include <REGX51.H>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar n=0,temp=0;

uchar code segcode0[]={0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f};

uchar code segcode1[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f}; //uchar code segcode0[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void delay(x)

{ while(x--);

}

void timer0() interrupt 1

{ TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

n++;

temp=temp%61;

if(n==20)

{ temp++;

n=0;

}

if(temp<25) P1=0x21;

if((temp>=25)&&(temp<28)) P1=0x22;

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if((temp>=28)&&(temp<30)) P1=0x24; if((temp>=30)&&(temp<55)) P1=0x0c; if((temp>=55)&&(temp<58)) P1=0x14; if((temp>=58)&&(temp<60)) P1=0x24; }

main()

{ uint i=0;

//P1_0=0;

//P1_7=0;

TMOD=0x01;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

//while(1)

//{//i=temp;

// }

// TH1=256-125;

// TL1=256-125;

EA=1;

ET0=1;

// ET1=1;

TR0=1;

while(1)

{

P2_0=0;

P2_1=1;

P0=segcode0[temp/10];

delay(3000);

P2_0=1;

P2_1=0;

P0=segcode1[temp%10];

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delay(3000); P2_1=1;//TR1=1;

}

}

参考文献

【1】单片机的C语言应用程序设计

【2】51单片机应用开发案例精选

【3】51系列单片机设计实例

【4】单片机原理与接口技术

【5】单片机原理与应用 马忠梅 籍顺心 北京航空航天大学出版社2007 王为青 邱文勋 人民邮电出版社 2007 楼然苗 李广飞 北京航空航天大学出版社 2003 胡汉才 清华大学出版社 2006 丁元杰 机械工业出版社 2007

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第二篇：单片机C语言交通灯设计

附录一：系统总程序

         #include<reg52.h>

/****************初始变量设定*****************/

     sbit p1_0=P1^0;       //定义P0口的8位

          sbit p1_1=P1^1;

          sbit p1_2=P1^2;

     sbit p1_3=P1^3;

          sbit p1_4=P1^4;

          sbit p1_5=P1^5;

     sbit p0_0=P1^6;

     bit flag=0;                   //定义显示状态控制位

          int ns_time;          //定义东西，南北红黄绿各自的时间初值分别为20,15,5秒

          int ew_time;

          int ns_time_red=20;

          int ns_time_green=15;

          int ns_time_yellow=5;

          int ew_time_red=20;

          int ew_time_green=15;

          int ew_time_yellow=5;

          char point=20;        //定时的控制次数初值设定

          int a=0;              //南北，东西两方向切换状态标志初值设定

/**************延时子函数**************/

      delay(int t)         //延时子函数

           {

           while(t--);

           }

/*************显示子函数***************/

 display(int ew_time,int ns_time)   //显示子函数

           {

           char table[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09}; //共阳极数码显示0-9对应的字型码

           char i,a[4];

           a[2]=ns_time%10;         //南北时间个位数赋值给a[2]

           a[3]=ns_time/10;         //南北时间十位数赋值给a[3]

           a[0]=ew_time%10;         //东西时间个位数赋值给a[0]

           a[1]=ew_time/10;         //东西时间个位数赋值给a[1]

           SM1=0;SM0=0;             //串行口工作方式0设定

           for(i=3;i>=0;i--)        //分别将4位数送到SBUF区域

           {SBUF=table[a[i]];

        while(!TI) ;           //判断是否发送完一个数据

                   TI=0;                  //若发送完，0赋给TI

           }   

           }

/*************主函数*************/

           void main(void)

           {

                TMOD=0x01;              //设置定时方式1

                   TH0=0x3c;               //定时初值50MS

                   TL0=0xb0;

                   TR0=1;                  //T0溢出中断请求开启

                   EA=1;                   //总中断开启

                   ET0=1;                  //T0中断开启

        EX0=1;                  //外部中断INT0开启

        IT0=1;                  //设置开关下降沿有效

        EX1=1;                  //外部中断INT0开启

                   IT1=1;                  //设置开关下降沿有效

                   ns_time=ns_time_green;  //东西南北红黄绿灯时间赋值

                   ew_time=ew_time_red;

                   ew_time_red=ns_time_green+ns_time_yellow;

        

                     if(!a)                //a=0,东西显示19开始倒计时，南北14开始倒计时

               {

                          ns_time=ew_time_red;

                          ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;

                     }

                  while(!a)                        //a=0,进入循环

                     {

                            if(ew_time-5>0)    

                              {

                                     while(!flag);  

                display(ew_time,ew_time-5); //flag=1，显示东西19，南北14

                P1=0xdd;                    //南北绿灯，东西红灯

                                     flag=0;

                                     }                                                                        

                            if(ew_time<=5)                  //东西时间<=5时，南北黄灯闪烁，东西红灯

                                     {

                                        while(!flag);

                       flag=0;

                             display(ns_time,ns_time); //东西，南北均从5开始倒计时显示

                       P1=0xdf;                  //东西红灯，南北黄灯一亮一灭显示

                             /*p1_4=0;*/

                             delay(5000);

                             p1_0=~p1_0;               //南北黄灯所在位，对应取反，实现亮灭变化

                             delay(5000);

                   }

                             if(ew_time==0)                 //如果东西时间为0，赋值a为1，以实现方向转变

                              a=1;

                   }

               if(a)                              //a=1,南北显示19开始倒计时，东西14开始倒计时

               {

                          ns_time=ew_time_red;

                          ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;

                     }

                     while(a)                           //a=1,进入循环

                     {

                          if(ns_time-5>0)                 //南北红灯，东西绿灯

                            {

                             while(!flag);

             display(ns_time-5,ns_time);    //flag=0，显示南北19，东西14

                             delay(5000);                   //延时子函数调用

             P1=0xeb;                       //南北红扥个，东西绿灯显示

                            }

                            if(ns_time-5<=0)               //南北时间<=5时南北红灯，东西黄灯闪烁                      

                            {

                        while(!flag);                 //flag=0南北显示19开始倒计时，东西14开始倒计时

             flag=0;

                             display(ns_time,ns_time);     //东西，南北均从5开始倒计时显示

                  P1=0xfb;                      //南北红灯，东西黄灯一亮一灭显示

                        p1_3=~p1_3;                   //东西黄灯P1.3位取反，以实现黄灯亮灭变化显示

                       delay(5000);                  //延时函数调用

                            }

                            if(ns_time==0)                 //如果南北时间为0赋值a为0

                            a=0;

                     }

                   }         

        

/**************t0中断定时子函数*****************/          

           int t0int()interrupt 1               //t0中断（定时器0中断）子函数

           {

              TH0=0x3c;                          //定时50ms初值设定

                   TL0=0xb0;

                   point--;                           //20次T0定时次数控制

             if(point==0)                       //如果20次到了，改变显示的东西南北方向的时间

                   {

                   flag=1;

                   point=20;

                   if(ns_time!=0)

                   ns_time--;

                   if(ew_time!=0)

                   ew_time--;                                           

                   }

           }

/***************int0中断紧急情况处理子函数***************/

 void int0(void) interrupt 0              //int0中断子函数，当紧急情况（救护车等）发生时，对应INT0按键调用此函数

        {   int i,j;

            display(00,00);               //显示器显示0000，不再进行倒计时

                            delay(5000);

             for(i=0;i<10;i++)            //利用flag实现东西南北方向红灯均显示亮，对应东西南北方向车流均停止，处理紧急情况

            {

                for(j=0;j<10;j++)

                {delay(50000);

                 while(!flag)

                { P1=0xdb;

                 

                 }

                 }

                 }

                 flag=0;

                 

                

            }

/***************int1中断流量处理子函数***************/

 void int1(void) interrupt 2              //int1中断子函数，当紧急情况（救护车等）发生时，对应INT1按键调用此函数

        {   int i,j;

                display(00,00);                //显示器显示0000，不再进行倒计时

                      for(i=0;i<10;i++)

            {

                for(j=0;j<10;j++)          //利用flag实现主干道东西方向绿灯南北方向红灯

                {

                 while(!flag)

                { P1=0xeb；

                 }

                 }

                 }

                 flag=0;

            }

   

系统总硬件电路仿真图

系统硬件电路总图包括复位电路，时钟电路，按键紧急处理电路，LED显示电路，数码管显示电路模块，对应各自电路功能如前面硬件电路设计部分进行说明。

   

     图    ：东西方向数码管显示19，东西方向红灯亮；南北方向显示14, 南北方向绿灯亮

  东西方向数码管从19，南北方向从14开始倒计时，东西方向红灯亮，禁止车辆通行，南北方向绿灯亮，车辆通行

 

图    ：东西方向数码管显示4，东西方向红灯亮；南北方向显示4, 南北方向黄灯亮灭 当南北方向计数到5时，东西方向数码管从4，南北方向从4开始倒计时，东西方向红灯亮，禁止车辆通行，南北方向黄灯亮灭变化，处于状态变化等待状态

  图    ：东西方向数码管显示14，东西方向绿灯亮；南北方向显示19, 南北方向红灯亮

  东西方向数码管从14，南北方向从19开始倒计时，东西方向绿灯亮，允许车辆通行，南北方向红灯亮，禁止车辆通行

图   ：东西方向数码管显示4，东西方向黄灯亮灭变化；南北方向显示4, 南北方向红灯亮当南北方向计数到5时，东西方向数码管从4，南北方向从4开始倒计时，东西方向黄灯亮灭变化，处于等待转换的状态，南北方向红灯亮，禁止车辆通信

图   ：东西方向数码管显示0，东西方向红灯亮；南北方向显示0, 南北方向红灯亮

当发生救护车到来等紧急情况发生时，对应仿真时按键INT0来模拟，对应东西南北方向

显示红等，使得两方向车禁止通行，处理紧急情况

图   ：东西方向数码管显示0，东西方向绿灯亮；南北方向显示0, 南北方向红灯亮

假设东西方向为主干道，车流量特别多，南北方向为次干道，对应控制东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，从而南北方向车禁止通行，疏通交通，保证正常进行。