广西科技大学单片机技术课程设计报告课程：单片机技术题目：学院：专业：姓名：学号：指导老师：完成时间：成绩评定摘要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。

它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。

一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。

回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。

他的建议立即得到有关方面的肯定。

于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。

交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。

模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。

以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。

本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。

和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。

关键词：交通灯单片机数码管目录1.概述 (1)2系统总体方案及硬件设计 (2)2.1设计内容 (2)2.2 设计要求 (2)2.3 总体设计思想 (2)2.4 设计参考 (2)2.5 知识点准备 (2)3各模块设计 (3)3.1设计项目简介 (3)3.2总体设计 (3)3.3硬件设计 (3)3.4软件设计 (9)4软件仿真 (12)5课程设计体会 (13)参考文献 (14)附录一程序清单 (15)附录二系统原理图 (21)1概述自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。

近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。

本模拟交通灯系统利用单片机AT89C52作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。

从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。

系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。

本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。

和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。

2 系统总体方案及硬件设计2.1设计内容交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。

模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。

以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。

（1）数码管选用2位共阴极显示的数码管，共4个；（2）东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s；2.2 设计要求•设计单片机最小系统（包括复位按钮、晶振电路等）；•绘制实现本设计内容的硬件电路（原理图），系统的组成框图。

•相应的控制状态表；•编写本课程设计内容的软件设计（包含程序流程图和对程序注释）。

•硬件实验部分可用Proteus仿真软件实现。

2.3 总体设计思想（供参考）•利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s；•对两个方向分别显示红、绿、黄灯的剩余时间即可；•用MAX7219芯片实现共阴极显示驱动；•A方向的红灯时间=方向的绿灯时间+黄灯缓冲时间。

2.4 设计参考交通灯控制器设计有电源电路、单片机主控电路、显示电路、信号灯电路等组成，如图1所示：2.5 知识点准备：•+5V电源原理及设计；•M AX7219工作原理；•单片机复位电路工作原理及设计（元件选择的依据）；•单片机晶振电路工作原理及设计（元件选择的依据）；•数码管显示特性、驱动设计及应用；•L M1602液晶显示屏特性、驱动设计及应用；•89C51单片机引脚资源、引脚分配等；•单片机汇编语言及程序设计（中断、延时子程序的设计）。

3各模块设计3.1设计项目简介功能：交通灯控制器，通过单片机控制交通灯和数码管，实现4路口交通灯的正确亮灭，并能显示发亮交通灯发亮状态的剩余时间。

东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。

类似产品简介：基于数字电子技术设计的交通灯控制器：元器件多而复杂，连线复杂易出错，设计困难，且功耗较大，不经济，不利于节约环保。

基于PLC技术设计的交通灯控制器：设计程序简单易懂，但价格较贵，不经济。

项目特色：通过单片机控制，进行模块化处理，体积小，功耗低，元器件少且简单，价格实惠，功能齐全，能够实现正常显示，而不会出现4路口交通灯混乱的情况，时间显示正常。

3.2总体设计总体设计模式图：用一片AT89C52单片机控制4路口交通灯的亮灭。

单片机发送地址、数据信息给MAX7219，通过MAX7219控制数码管的时间显示。

3.3硬件设计硬件原理图：电路图：硬件选型及相关依据：AT89C52：4组8位I/O 输入/输出端口，可满足控制所需I/O 口数目要求。

可外接时钟电路，有复位管脚，接复位电路可实现复位功能。

接5V 高电平，功耗小，价格低。

MAX7219：串行输入，16位并行输出，可控制8位八段数码管显示。

满足设计中的四位控制要求。

4组2位共阴数码管：4路口两位数显示，满足所需，易实现控制。

4个LED-GREEN ：10mA 额定电流，2.2V 额定电压，用于模拟十字路口绿灯亮灭显示。

4个LED-YELLOW ：10mA 额定电流，2.0V 额定电压，用于模拟十字路口黄灯亮灭显示。

4个LED-RED ：10mA 额定电流，2.0V 额定电压，用于模拟十字路口红灯亮灭显示。

4个280Ω电阻、8个300Ω电阻：由VCC=V+IR ，（VCC ：5V ；I ：LED 灯晶振模块复位模块块数字显示模块交通灯模块MAX7219模块 单片机中心模块额定电流；V：LED灯额定电压）计算出电阻大小。

9KΩ电阻1个：MAX7219的18管脚接高电平时串联电阻。

12MHZ晶振1个、30pf电容2个：根据经验，12M晶振与2个30p电容并联构成外部时钟振荡电路。

10KΩ电阻1个、1KΩ电阻1个、10uf电解电容1个、1个按键：构成单片机复位电路。

电容放电时间τ=RC=10K10uf=0.1s>21/12M=s（2个时钟周期），即电容放电时间大于2倍的时钟周期，即可实现复位。

AT89C52简介：AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。

MAX7219芯片简介：MAX7219 是MAXIM 公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219 可驱动8 个7 段（包括小数点共8 段）数字LED、LED 条线图形显示器、或64 个分立的LED 发光二级管。

该芯片具有10MHz 传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED 的段电流。

它的操作很简单，MCU 只需通过模拟SPI 三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219 的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。

此外它还支持多片7219 串联方式，这样MCU 就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。

MAX7219的外部引脚分配如图1 所示及内部结构如上图所示。

各引脚的功能为：DIN：串行数据输入端DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展LOAD：装载数据输入CLK：串行时钟输入DIG0~DIG7：8 位LED 位选线，从共阴极LED 中吸入电流SEG A~SEG G DP 7 段驱动和小数点驱动ISET：通过一个10k 电阻和Vcc 相连，设置段电流MAX7219 有下列几组寄存器：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。

编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219 才可工作。

MAX7219读写时序说明：MAX7129 是SPI 总线驱动方式。

它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。

要想与MAX7129 通信，首先要先了解MAX7129 的控制字。

MAX7129 的控制字格式如下图。

如图，工作时,MAX7219 规定一次接收16 位数据，在接收的16 位数据中：D15~D12 可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8 决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0 为待显示数据或是初始化控制字。

在CLK 脉冲作用下，DIN 的数据以串行方式依次移入内部16 位寄存器，然后在一个LOAD 上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。

注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。

工作时序图见下图。

由于52 是8 位单片机故需要分两次来送数据。

数据读写时序图单片机复位电路：上电自动复位原理：在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。

所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。

这个时候10K 电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。

所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。

在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。

所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。

按键按下的时候复位原理：在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K 电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。