單片機項目設計課程設計報告交通燈的設計報告

1、 單片機項目設計題 目： 交通燈的設計 姓 名： 學 號：所在系： 專業(yè)年級：指導教師： 二o一一 年 十二 月 三十日 目錄一、 一、引言 3 二、 二、設計任務 4 2.1 設計要求 4 2.2設計方案 4 三、交通燈的設計程序框圖 三、 四、交通燈程序的主程序 8 四、 五、系統(tǒng)硬件電路的設計 12 5.1單片機概述 12 5.2 系統(tǒng)構成 13 5.3芯片選擇與介紹 13 5.3.1 芯片at89s51 13 五、 六、原理圖 16 六、 七、檢測與調試 七、 八、總結與體會 一引言 今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現(xiàn)了

2、。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安

3、在地下，當車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的

4、車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴重，造成的經(jīng)濟損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運輸?shù)陌踩约胺账教岢隽烁叩囊?。在交通中管理引入單片機交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務，有助于提高交通運輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服務質量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟損失，同時也減小了工作人員的勞動強度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控

5、制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟、交通運行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟和社會效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。 二. 設計任務 2.1設計要求東西（a）、南北（b）兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、左轉綠、綠三個指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。設a道和b道的車流量相同時，東西紅燈的設計時間為60秒，南北綠燈60秒，南北綠燈后五秒閃爍三次用時三秒，然后南北黃燈亮兩秒。南北紅燈的設計時間為60秒，東西綠燈60秒，東西綠燈后五秒閃

6、爍三次用時三秒，然后東西黃燈亮兩秒。設a道和b道的車流量不相同時，如果東西為紅燈，南北為綠燈，按下按鈕sb1，東西紅變綠，南北綠變紅，持續(xù)10秒；如果東西為綠燈，南北為紅燈，按下按鈕sb2，東西綠變紅，南北紅變綠，持續(xù)10秒。如果出現(xiàn)緊急情況，按下按鈕sb3， a、b干道同時變?yōu)榧t燈，持續(xù)10秒。 2.2 方案介紹方案1設計思想：采用分模塊設計的思想，程序設計實現(xiàn)的基本思想是一個計數(shù)器 ， 選擇一個單片機，其內部為一個計數(shù)，是十六進制計數(shù)器，模塊化后，通過設置或程序清除來實現(xiàn)狀態(tài)的轉換， 由于每一個模塊的計數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預置數(shù)和計數(shù)器計數(shù)共同來實現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模

7、塊，其主要功能細分為，對不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預置數(shù)， 如圖中a道和b道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡述其設計思想。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預置數(shù)準備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表1狀態(tài)主干道預置數(shù)次干道預置數(shù)004020012020（左轉）1020401120（左轉）20表1 置數(shù)表由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設計該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉指令實現(xiàn)，由主控制器計時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預置數(shù)，由上分析可用一個計數(shù)器和跳轉指令去完成的預置數(shù)。而紅綠燈

8、的顯示也是一樣，由狀態(tài)分析可以得出紅綠燈的變化表如：表2狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00紅燈綠燈01紅燈左轉綠燈10綠燈紅燈11左轉綠燈紅燈表2 紅綠燈變化表通過這張表就可以用組合電路實現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過門電路的譯碼，接下來就是計數(shù)模塊了，其主要的功能細分為，要從預置數(shù)開始遞減計數(shù)，一個狀態(tài)結束，通過判斷，通知主控制模塊，使之進入下一模塊。還有一個必須考慮到的就是，預置數(shù)必須在下一個狀態(tài)來之前準備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，所以，系統(tǒng)中的兩個狀態(tài)轉換時，在上一狀態(tài)結束時設置預置數(shù)，而控制紅

9、綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。方案2 設計思想：狀態(tài)轉換表如：表3狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00(60s)紅燈綠燈01(03s)紅燈黃燈10(55s)綠燈紅燈11(03s)黃燈紅燈表3 狀態(tài)轉換表本方案分三步：（1）要建立三路信號燈的控制系統(tǒng)，本設計采用at89s52芯片通過組合邏輯控制三路燈的顯示關系。（2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設計采用at89s52芯片倒計時控制，每個方向用兩片相連實現(xiàn)，另外用at89s52芯片，因為分析中設置的時間末位均為5，所以只要用一片at89s52對高位置位，將低位的初值預置鎖定為5，而高位則根據(jù)需要由反饋部

10、分提供預置值。（3）建立反饋和細節(jié)連接部分，本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒計時系統(tǒng)減為0，如當系統(tǒng)減為0 時通過兩個d觸發(fā)器得到兩個變量，即為開頭分析中的狀態(tài)，通過它的變化得到不同的邏輯關系，驅動at89s52控制哪組燈亮（對應關系如表所示），另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。注意：本實驗中若采用更復雜的四片at89s52控制主干道的兩組燈，再用八片at89s52置數(shù)可實現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對at89s52 片子的控制紅燈的端口用一個與門將一端再接一個頻率一定的方波，使一邊為黃燈時，另一邊的紅燈在閃爍。 方案比較： 方案1（以下稱1）用了模塊設計，而方案2（以下稱

11、2）采用的是一般設計，相比之下1有較強的可讀性和較強的可修改性，而2則在設計上顯得較簡單，設計純樸，便于測試，它的優(yōu)勢則在于提供了一條較為便捷的解決方案。2首先將許多邏輯關系簡化到極點，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。我們從中可以得出的是，我們最終的設計應該盡量使用模塊化設計。對工程設計人員來說，將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級考慮對有好處，但另外我們又需將設計簡單化，因此我覺得在設計初期盡可能的簡單化設計，而一旦設計的各項測試通過了，在有可能的條件下將設計模塊化，所以本設計以第一方案為主進行。 四交通燈程序的主程序 bank0_regequ00h;選擇第0組寄存器bank1_rege

12、qu08h;選擇第1組寄存器bank2_regequ10h;選擇第2組寄存器bank3_regequ18h;選擇第3組寄存器org0000hljmpmain;指向主程序org0003hljmpemerg;指向緊急車輛出現(xiàn)中斷程序 外部中斷0org0013hljmponebusy;指向一道有車另一道無車中斷程序 外部中斷1org0100hmain:movpsw,#bank0_regmovsp,#0dfhsetb px0 ;置外部中斷0為高優(yōu)先級中斷movtcon,#00h ;置外部中斷0,1為電平觸發(fā)movtmod,#10h ;置定時器1為方式1movie,#85h ;開cpu中斷,開外中斷0,

13、1中斷disp:mov p1,#0f3h ;a綠燈放行,b紅燈禁止movr2,#04h ;置0.5秒循環(huán)次數(shù)disp1:lcall delay;調用0.5秒延時子程序djnz r2,disp1 ;55秒不到繼續(xù)循環(huán)mov r2,#06;置a綠燈閃爍循環(huán)次數(shù)warn1:cplp1.2 ;a綠燈閃爍lcall delaydjnz r2,warn1 ;閃爍次數(shù)未到繼續(xù)循環(huán)mov p1,#0f5h ;a黃燈警告,b紅燈禁止movr2,#04hyel1:lcall delaydjnz r2,yel1 ;2秒未到繼續(xù)循環(huán)movp1,#0deh ;a紅燈,b綠燈movr2,#04hdisp2:lcall d

14、elaydjnz r2,disp2 ;25秒未到繼續(xù)循環(huán)movr2,#06hwarn2: cplp1.5 ;b綠燈閃爍lcall delaydjnz r2,warn2movp1,#0eeh ;a紅燈,b黃燈movr2,#04hyel2:lcalldelaydjnzr2,yel2ljmp disp ;循環(huán)執(zhí)行主程序;-;緊急情況中斷子程序;-emerg:pushp1 ;p1口數(shù)據(jù)壓棧push03h;r3寄存器壓棧pushth1 ;th1壓棧pushtl1;tl1壓棧movp1,#0f6h ;a,b道均為紅燈movr5,#04h ;置0.5秒循環(huán)初值delay0:lcalldelaydjnz r5

15、,delay0;20秒未到繼續(xù)循環(huán)poptl1 ;彈?；謴同F(xiàn)場popth1pop03hpopp1reti;返回主程序;-;路有車一路無車中斷子程序onebusy;-onebusy:clrea ;關中斷pushp1 ;壓棧push03hpushth1pushtl1setb ea;開中斷jnbp3.4,bp;a道無車轉向movp1,#0f3h;a綠燈,b紅燈sjmp delay1;轉向5秒延時bp:jnbp3.5,exit;b道無車退出中斷movp1,#0deh ;a紅燈,b綠燈delay1:movr6,#03h;置0.5秒循環(huán)初值next:lcall delaydjnz r6,next;5秒未到

16、繼續(xù)循環(huán)exit:clreapoptl1 ;彈?；謴同F(xiàn)場popth1pop03hpopp1setbeareti;-;0.5s延時子程序;-delay: movr3,#0ahmovth1,#3chmovtl1,#0b0hjbctf1,lp2sjmplp1lp2:movth1,#3chmovtl1,#0b0hdjnzr3,lp1retend五系統(tǒng)硬件電路的設計5.1單片機概述單片機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備以及輸出設備共五個基本部分組成的。單片機是把包括運算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。通常，單片機由單個集成電

17、路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即

18、可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機

19、上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。5.2 系統(tǒng)構成電路板一塊，at89s51單片機一片，七段數(shù)碼管八個。74ls084反向器一片，發(fā)光二極管8個（3個綠的，3個紅的用于交通控制，2個黃的），7805三端穩(wěn)壓電源一個，四個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。系統(tǒng)各部

20、分工作：(1)程序設置初始時間，通過at89s51單片機內部相應寄存器來實現(xiàn)。(2) 由at89s51單片機的定時器每秒鐘通過p3.0口向74hc164的數(shù)據(jù)端口送信息，由74hc164的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點亮時間情況；由at89s51的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3口顯示每個燈的點亮情況。(3) at89s51通過程序設置各個信號燈的點亮時間，通過程序設置左轉綠、綠、紅時間依次為20秒、20秒、40秒循環(huán)，由at89s51的 p3口向74hc164的數(shù)據(jù)口輸出。(4)通過at89s51單片機的p3口來控制系統(tǒng)是工作。(5)74hc164的a、b口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉換

21、送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而p1口用于輸出控制信號而通過74ls084反向器實現(xiàn)控制各個燈的情況它采用5v的直流電來驅動二極管。(6)at89s51本身集成了看門狗指令，當系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出，引起reset復位信號復位系統(tǒng)。5.3芯片選擇與介紹at89s51芯片選用的at89s51與同系列的at89c51在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線的編程。用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下：1、為一般控制應用的 8 位單片機2、晶片內部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33mhz）3、內部程式存儲器（rom）為 4kb4、內部數(shù)據(jù)存儲器（ram）為

22、128b5、外部程序存儲器可擴充至 64kb6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64kb7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨做 i/o 的控制8、5 個中斷向量源9、2 組獨立的 16 位定時器、1 個全雙工串行通信端口11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運算指令 at89s51各引腳功能介紹：如圖3圖3 at89s51vcc：atat89s51 電源正端輸入，接+5v。vss：電源地端。xtal1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。xtal2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設計上只要在 xtal1 和 xtal2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以

23、動作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一個 20pf 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定， 避免噪聲干擾而死機。 reset：at89s51的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，at89s51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內部特殊功能寄存器之內容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址0000h處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。ea/vpp：ea為英文external access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部eprom中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，ea引腳必須接

24、低電平，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內部eprom時，可以利用此引腳來輸入21v的燒錄高壓（vpp）。ale/prog：ale是英文address latch enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。atat89s51可以利用這個引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74ls373），將端口0的地址總線（a0a7）鎖進鎖存器中，因為atat89s51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ale引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，

25、此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。psen：此為program store enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（ea=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到eprom的oe腳。atat89s51可以利用psen及rd引腳分別啟用存在外部的ram與eprom，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64k的定址范圍。port0（p0.0p0.7）：端口0是一個8位寬的開路電極（open drain）雙向輸出入端口，共有8個位，p0.0表示位0，p0.1表示位1，依此類推。其他三個i/o端口（p1、p2、p3）則不具有此電

26、路組態(tài)，而是內部有一提升電路，p0在當作i/o用時可以推動8個ls的ttl負載。如果當ea引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），p0就以多工方式提供地址總線（a0a7）及數(shù)據(jù)總線（d0d7）。設計者必須外加一個鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為a0a7，再配合端口2所送出的a8a15合成一組完整的16位地址總線，而定位地址到64k的外部存儲器空間。port2（p2.0p2.7）：端口2是具有內部提升電路的雙向i/o端口，每一個引腳可以推動4個ls的ttl負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。p2除了當作一般i/o端口使用外，若是在atat89s51擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)a8a15，這個時候p2便不能當作i/o來使用了。port1（p1.0p1.7）：端口1也是具有內部提升電路的雙向i