單片機課程設(shè)計交通燈報告1

1、微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計 學(xué)院：機械工程自動化學(xué)院專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：機設(shè)1101姓名：魯拓學(xué)號：1102721015小組其他成員：張學(xué)棟、王沛完成時間：2014.06.25目錄一交通燈課程設(shè)計功能描述21.1 芯片簡介21.2 技術(shù)指標(biāo)4二課程設(shè)計分析設(shè)計42.1設(shè)計分析4三繪制硬件圖并對硬件電路進行說明43.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)53.2 MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號如下圖所示63.3 51系列單片機運行的硬件條件63.4單片機的特點與應(yīng)用7四繪制軟件流程圖并對軟件流程圖進行說明74.1軟件設(shè)計74.2電路連接分配84.3主程序流程圖8五程序的源代碼清單

2、9六上機調(diào)試運行結(jié)果及分析13七課程設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)14 參考文獻(xiàn)15一交通燈課程設(shè)計功能描述紅黃綠交通燈控制器采用單片機及程序存儲器的擴展控制，實現(xiàn)控制器的功能要求，例如紅黃綠燈的交替閃爍，定時等等。單片機將CPU，存儲器，定時器計數(shù)器及各接口電路組成，具有良好的性價比。利用51單片機設(shè)計一個簡易交通燈系統(tǒng)，定時時間為20秒，紅綠燈交換時，黃燈閃爍三秒，時間通過4位共陽數(shù)碼管顯示。本控制器可分時段進行道路的管制，還可在緊急時刻進行手動控制，實施道路路況的控制。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器

3、，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 1.1芯片簡介MSC-51芯片簡介8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說

4、明：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩

5、個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一

6、種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 圖1.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲器(ROM)：80

7、51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。1.2技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)十字路口自動化。 圖1.2 十字路交通燈控制

8、二課程設(shè)計分析設(shè)計2.1設(shè)計分析實現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。要實現(xiàn)此功能需要表示三種不同顏色的LED燈分別接在P1個管腳，用軟件實現(xiàn)。要求東西車道和南北車道上的車輛交替運行，每次通行時間為20s；要求黃燈先亮5秒種，才能變換車道；黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次；要求繪出原理圖；根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計好電路；三繪制硬件圖并對硬件電路進行說明3.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)在MCS-51系列單片機中，有2個系列：子51系列和52子系列。每個系列有若干種型號。51系列有8051、8751、8031、87C51、和80C31。 我們以MCS-51系列單片機的典型型號80C51為例來介紹其結(jié)構(gòu)和功能。M

9、CS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖3.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，MCS-51系列單片機是由8大部分組成的。這8大部分是：1.一個8位中央處理器CPU（有成為微處理器）CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有運算器和控制器組成，是單片機的核心部件。其中包括算術(shù)邏輯運算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器SP、寄存器B、程序計數(shù)器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫存器等部件。2.128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用于存放數(shù)據(jù)、運算結(jié)果。3.4KB的片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM 用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格?，F(xiàn)在的改進產(chǎn)

10、品里一般都換成了Flash存儲器。4.18個特殊功能寄存器SFR。 CPU內(nèi)部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構(gòu)成了CPU內(nèi)部的特殊功能寄存器。18個特殊功能寄存器SFR有3個是16位的，共占了21個字節(jié)。5.4個8位并行輸入輸出I/O接口。P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。6.1個串行I/O接口，完成單片機與其他微機之間的串行通信 。7.2個16位定時器/計數(shù)器T0、T1。8.一個具有5個（52子系列為6個或7個）中斷源，2 個可編程優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)。 它可以接收外部中斷申請、定時器/計數(shù)器中斷申請和串

11、行口終端申請。3.2 MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號如下圖所示 圖 3.2 MCS-51單片機芯片引腳位置 MCS-51系統(tǒng)的引腳說明：MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖二是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。8951的撫慰方式可以自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。除此之外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓3

12、.3 51系列單片機運行的硬件條件51系列單片機內(nèi)部配有ROM和RAM，單片機能夠運行的最基本配置是：1.配有為單片機提供時鐘信號的振蕩電路，如下圖所示。2.配有上電復(fù)位或按鍵復(fù)位電路。3.要對腳進行處理，選擇外部或內(nèi)部程序存儲器。4.要為單片機提供一個穩(wěn)定的、滿足單片機工作電壓的工作電源。STC89C52單片機芯片一個、MAX232芯片一個、LED四位數(shù)碼顯示管一個，串口、USB接口、USB電源接口、開關(guān)各一個、晶振一個，電阻、電容、排針及導(dǎo)線若干，紅、綠、黃燈各兩個。 圖3.3 單片機接線圖3.4單片機的特點與應(yīng)用1.單片機的特點（1）.控制功能強。（2）.抗干擾性強，可靠性高，工作溫度范

13、圍寬。（3）.開發(fā)周期短，性價比高，易于產(chǎn)品化。 2.單片機的應(yīng)用領(lǐng)域（1）.智能化儀表。（2）.實時工業(yè)控制。（3）.機電一體化產(chǎn)品。（4）.智能接口。（5）.辦公自動化。（6）.商業(yè)營銷。（7）.家用電器。四繪制軟件流程圖并對軟件流程圖進行說明4.1軟件設(shè)計先了解實際交通燈的變化規(guī)律，假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)2，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒，東西仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時幾秒，南北仍然紅燈，最后回到狀態(tài)1，不斷循環(huán)。（1）當(dāng)東西方

14、向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為20秒。（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為20秒。 東西方向車流大 通行時間長。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。4.2電路連接分配 圖4.1電路連接分配通過單片機的P1口控制實驗儀上6個LED按照交通燈的變化規(guī)律循環(huán)發(fā)光，模擬十字路口L2、L1、L0模擬南北方向交通燈。通過一條SETB指令，可使某一燈亮，通過一條CLR指令，可使某一燈

15、滅4.3主程序流程圖圖4.2 程序流程圖五程序的源代碼清單#include#includesbit D1=P21; /led燈引腳定義sbit D2=P23;sbit D3=P22;sbit LS138A=P24; /數(shù)碼管引腳定義sbit LS138B=P25;sbit LS138C=P26;void delay(unsigned int i);unsigned char aa,num,num1,a;unsigned int LedOut2;unsigned char code Disp_Tab = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0

16、x90; /09數(shù)模void main() unsigned char i; TMOD=0x01,TH0=0x3c,TL0=0xb0, EA=1; /定時器初始化（50ms中斷一次） ET0=1; TR0=1; num = 40; D1=0;D2=0;D3=1; /led燈初始化 while(1) num1=num/2; LedOut0=Disp_Tabnum1/10; LedOut1=Disp_Tabnum1%10; for( i=0; i2; i+) /實現(xiàn)8位動態(tài)掃描循環(huán) P0 = LedOuti; /將字模送到P0口顯示 switch(i) case 0:LS138A=0; LS138

17、B=0; LS138C=1; break; case 1:LS138A=0; LS138B=1; LS138C=0; break; delay(10); void timer0(void) interrupt 1 TH0=0x3c,TL0=0xb0; aa+; if(aa = 10) /如果到了0.5s aa = 0; num-; if(num 0; i-) for(j = 200; j 0; j-);六上機調(diào)試運行結(jié)果及分析 圖6.3 PCB圖 經(jīng)過在仿真軟件上的仿真，已經(jīng)按實驗要求得到了預(yù)期的結(jié)果，可以成功的控制十字交通路口的交通秩序。七課程設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)通過這次課程設(shè)計，加強了我動手

18、、思考和解決問題的能力。電路原理和連接，和芯片上的選擇,也略懂。鞏固數(shù)字邏輯電路的理論知識，并對芯片有了新的認(rèn)識，懂得它的功能與其它芯片替換等. 更重要的是如何將邏輯電路靈活運用于實際生活。協(xié)作的重要性。我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故一個小小的課程設(shè)計，對我們的作用是如此之大。本次關(guān)于簡易交通燈的設(shè)計與制作是在 指導(dǎo)老師以及其他輔導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，和同組內(nèi)其他成員的共同交流下才得以順利完成。經(jīng)過本次設(shè)計把我在大學(xué)所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，既鍛煉了我們的實際操作能力，又使理論知識得以加強和升華，激發(fā)了創(chuàng)新意識。特別感謝與我同組的其他組員，在工作中我們積極配合、勇于創(chuàng)新。通過本次設(shè)計使我們自身的動手能力得到了很大的提高，使我們走出了實踐的盲區(qū)，為以后的畢業(yè)設(shè)計及工作后的動手打下了堅實的基礎(chǔ)。最后感謝學(xué)院為我們提供了難得的機會。再次感謝各位老師和同學(xué)們的幫助! 參考文獻(xiàn)1. 李 明，畢萬新.單片機原理與接口技術(shù).大連：大連理工大學(xué)出版社，20092. 張靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteu