微機原理及應(yīng)用課程設(shè)計交通燈系統(tǒng)設(shè)計

1、交通與汽車工程學院課程設(shè)計說明書課 程 名 稱: 微機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 課 程 代 碼: 題 目: 交通燈系統(tǒng)設(shè)計 年級/專業(yè)/班: 08/車輛工程/汽車電子1 學 生 姓 名: 學 號: 開 始 時 間: 2011 年 7 月 11 日完 成 時 間: 2011 年 7 月 15 日課程設(shè)計成績：學習態(tài)度及平時成績（30）技術(shù)水平與實際能力（20）創(chuàng)新（5）說明書（計算書、圖紙、分析報告）撰寫質(zhì)量（45）總 分（100）指導教師簽名： 年 月 日目 錄摘要 21 引言 31.1 問題提出 31.2 任務(wù)與分析 32 方案設(shè)計 42.1 蓄電池電壓檢測系統(tǒng)設(shè)計方案論證 42.2 最終設(shè)計方案

2、總體設(shè)計框圖 43 系統(tǒng)硬件設(shè)計 53.1 80c51單片機 53.2 時鐘電路 63.3 復(fù)位電路 74 系統(tǒng)軟件設(shè)計 84.1 主程序框圖 84.3 中斷服務(wù)子程序框圖 94.4 延時子程序框圖 95 系統(tǒng)調(diào)試過程 125.1原理圖和印制板圖繪制和檢查 125.2 keil程序調(diào)試 135.3 proteus仿真調(diào)試 13結(jié)論16致謝 17參考文獻 18附錄a 程序源代碼19附錄b 交通燈系統(tǒng)框圖21附錄c 電路原理圖和pcb圖 22附錄d proteus仿真和蓄電池電壓檢測輸出圖 24摘 要本系統(tǒng)才用了at89c51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器件，系統(tǒng)實用性強，操作簡單。系統(tǒng)主要是led

3、顯示系統(tǒng)、上電自動復(fù)位系統(tǒng)，能較好的模擬十字路口出現(xiàn)的交通狀況。軟件上采用了c51編程，程序由主程序、led顯示程序、中斷服務(wù)程序，經(jīng)過整機調(diào)試，實現(xiàn)了十字路口交通燈得模擬。關(guān)鍵詞：單片機；led；交通燈；at89c51 1 引 言 1.1 問題的提出 目前紅綠燈安裝在各個路口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的方法，這一技術(shù)在很早就被運用了。十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關(guān)鍵。當前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅

4、黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時間控制顯示中，通常要么東西、南北兩方向各50秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預(yù)先“固化”在單片機中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導

5、致城市交通效率的下降。另外，通過當今計算機軟件和硬件快速的發(fā)展，在許多的領(lǐng)域都有成熟的仿真軟件的應(yīng)用，labcenter公司的proteus具有微控制器的仿真功能等功能，其最大的特點就是能進行單片機以及外圍芯片的仿真，通過其對設(shè)計產(chǎn)品的仿真，可以更好的幫助設(shè)計者進行計算機控制系統(tǒng)的分析及設(shè)計。1.2 任務(wù)與分析 本文的主要任務(wù)是所縮短交通燈的時間,提高城市交通的通過率，減少交通堵塞，滿足司機和路人的實際需求。重點是利用軟件編程來控制交通燈的長短。在整體的硬件組成設(shè)計中電源由穩(wěn)壓器的+5v輸出提供。四個交通燈組成系統(tǒng)的led顯示系統(tǒng)，交通燈直接由單片機驅(qū)動直接顯示，所以本次課程設(shè)計的外圍電路比較

6、簡單，幾乎沒有其它所需的外部電路，因此51系列單片機完全可以勝任。2 方案設(shè)計 2.1交通燈系統(tǒng)設(shè)計方案論證方案1：利用延時來控制交通燈的亮的時間方案2：利用中斷定時來控制交通燈的亮的時間進行方案比較，最終選取方案2，因為定時器定時比較簡單，可以簡化程序，減少程序篇幅，并且定時準確，定時計算簡單。2.2 最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖復(fù)位電路 p0口80c51單片機led交通燈顯示電路時鐘電路電源電路圖2-1 系統(tǒng)總體框圖單片機通過p0口控制交通燈的各種狀態(tài)，led交通控制燈顯示各個交通的亮滅狀態(tài)。在表1中給出了交通燈控制器的4種狀態(tài),對應(yīng)的狀態(tài)遷移過程見表(1)。表（1）交通燈控制器的4種狀態(tài)東西

7、走向南北走向狀態(tài)0紅、黃、綠001紅、黃、綠100狀態(tài)1紅、黃、綠011紅、黃、綠100狀態(tài)2紅、黃、綠100紅、黃、綠001狀態(tài)3紅、黃、綠100紅、黃、綠011 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 80c51單片機3.1.1 80c51單片機介紹80c51是intel公司mcs-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用intel公司可靠的chmos工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的mcs-51的hcmos產(chǎn)品。它結(jié)合了hmos的高速和高密度技術(shù)及chmos的低功耗特征，它繼承和擴展了mcs-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80c51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器ram、32個雙向輸入

8、/輸出(i/o)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst/vpd9rxd p3.010txd p3.111int0 p3.212int1 p3.313t0 p3.414t1 p3.515wr p3.616rd p3.717xtal218xtal119vss20p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627p2.728psen29ale/prog30ea/vpp31p0.732p0.633p0.534p0.435p0.336p0

9、.237p0.138p0.039vcc4089c51 此外，80c51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)cpu而ram定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存ram數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80c51有pdip(40pin)和plcc(44pin)兩種封裝形式。其引腳圖如圖3-1所示： 圖3-1 89c51單片機引腳圖80c51系列單片機都是以8031為核心發(fā)展起來的，具有和51系列單片機及基本結(jié)構(gòu)和軟件特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：振蕩器及定時電路80c51cpu4k字節(jié)rom128字節(jié)ram2個16位定時器/計數(shù)器64k

10、總線擴展控制可編程i/o可編程串行口 圖3-2 89c51單片機框圖89c51單片機的引腳功能：1、主電源引腳vss和vcc。 vss接地。 vcc正常操作時為+5伏電源。2、外接晶振引腳xtal1和xtal2。 xtal1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 xtal2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳rst/vpd，ale/，和/vpp。 rst/vpd 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位在vcc掉電期間，此

11、引腳可接上備用電源，由vpd向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部ram中的數(shù)據(jù)。 ale/ 正常操作時為ale功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ale 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖，ale 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個lsttl電路。 對于eprom型單片機，在eprom編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能）。 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八lsttl輸入。 /vpp

12、/vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當/vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當/vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于eprom型單片機，在eprom編程期間，此引腳上加21伏eprom編程電源（vpp）。4、輸入/輸出引腳p0.0 - p0.7，p1.0 - p1.7，p2.0 - p2.7，p3.0 - p3.7。 p0口（p0.0 - p0.7）是一個8位漏極開路型雙向i/o口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，p0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個lsttl負載。 p1口（p1.0 - p1.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向i/o口。能驅(qū)動(

13、吸收或輸出電流)四個lsttl負載。 p2口（p2.0 - p2.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向i/o口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。p2口可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個lsttl負載。 p3口（p3.0 - p3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向i/o口。能驅(qū)動四個lsttl負載。且具有第二功能。3.1.2 選用80c51單片機原因在課程設(shè)計通過單片機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理，顯示電路采用p0口，在設(shè)計里面使用的引腳較少，占用的資源也比較少。而且該芯片是以8031為核心，性能價格比高，應(yīng)用成熟，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用80c51單片機作為主控芯片

14、。3.2 時鐘電路本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式的電路。 80c51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為引腳xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1和c2典型值通常選擇為30pf左右。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2mhz12mhz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。.圖3-9 時鐘電路3.3 復(fù)位電路 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路是在按鍵瞬間接地來實現(xiàn)的，其電路如圖3-7所示。

15、按下復(fù)位按鈕后，電源對按鍵reset端維持兩個機器周期的高電平實現(xiàn)復(fù)位的。圖3-10 復(fù)位電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計開始4.1主程序變量初始化初始化t1顯示十，調(diào)用延時函數(shù)等待中斷圖4-1 主程序框圖說明：該流程圖主要是對設(shè)置定時器0為工作方式，并對定時器賦初值，然后開啟總中斷（ea）定時器0中斷（et0），啟動定時器。然后用一個循環(huán)while(1)等待中斷。 4.2t0中斷服務(wù)子程序框圖開始狀態(tài)1南北紅燈，東西綠燈狀態(tài)2南北紅燈，東西黃燈閃爍狀態(tài)3南北綠燈，東西紅燈狀態(tài)4南北綠燈，東西黃燈閃爍 圖4-3 中斷服務(wù)子程序框圖說明 中斷服務(wù)程序，是在主程序響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行程序。程序的主要功能時實現(xiàn)

16、自動重新啟動8位定時器。 中斷開始4.3定時子程序框圖設(shè)置中斷定時器1初始值 狀態(tài)1定時，定時器1完成后計數(shù)器清零狀態(tài)2定時，定時器1完成后計數(shù)器清零 狀態(tài)3定時，定時器1完成后計數(shù)器清零 狀態(tài)4定時，定時器1完成后計數(shù)器清零 4-4 定時程序框圖說明：該程序主要是實現(xiàn)軟件可變延時的功能，該延時子程序主要實現(xiàn)延時到所要的時間 (設(shè)置的參數(shù)值在每個狀態(tài)下不同，其延時的時間不同，延時時間=設(shè)置參書*50ms。5 系統(tǒng)調(diào)試過程 通過上面的設(shè)計，設(shè)計已經(jīng)基本完成。下面主要實現(xiàn)protell 99se的原理圖、印制板圖的繪制和做相關(guān)檢測，對keil進行相應(yīng)的檢查和調(diào)試，并用proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進行

17、仿真用以驗證設(shè)計的正確性及可行性。5.1 原理圖和印制板圖繪制和檢查5.1.1 在protell99se繪制原理圖并進行相應(yīng)的erc檢查打開protell99se，繪制系統(tǒng)的原理圖。原理圖包括能輸出+5v電源電路、led控制交通燈電路、時鐘電路、復(fù)位電路。繪制完成的原理圖如圖5-1:圖5-1 原理圖的繪制繪制完原理圖之后，對原理圖進行同一網(wǎng)絡(luò)命名多個網(wǎng)絡(luò)名稱檢測、未連接的電路標號檢測、未連接的電源檢測、電路編號重號檢測、元件編號重復(fù)檢測等檢測。erc檢測結(jié)果如圖5-2:圖5-2 erc檢查5.1.2 在protell99se生成pcb圖在創(chuàng)建完原理圖后，對各元器件的引腳進行封裝，在原理圖中創(chuàng)建

18、網(wǎng)絡(luò)表(net),然后再protell中新建pcb圖并加載網(wǎng)絡(luò)表。對于生成的pcb圖中各器件進行調(diào)整，并布線。布線結(jié)果如圖5-3:圖5-3 pcb布線圖5.2 keil程序調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如圖5-6：creating hex file from “交通燈”表明 .hex文件創(chuàng)建成功?！敖煌簟? 0 error(s),0 warning(s)表明文件編譯結(jié)果沒有錯誤也沒有警告。圖5-4 程序調(diào)試結(jié)果5.3 proteus仿真調(diào)試在proteus中建立仿真圖。結(jié)果如圖5-5: 圖5-5 proteus仿真圖在proteus中點擊運行，其變化結(jié)果如圖5-6所示: 1南北方向亮紅燈，東西方向亮綠燈2

19、南北方向亮紅燈，東西方向亮閃爍黃燈 3南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈4南北方向亮閃黃燈，東西方向亮紅燈圖5-6 交通燈狀態(tài)顯示 結(jié) 論在本次設(shè)計中，使用了中斷控制器，對南北、東西方向交通的計時、分別控制，但是程序沒有實現(xiàn)對雙向交通的數(shù)碼顯示，數(shù)碼顯示模塊空缺，會盡快將程序補全，使其具有使其具有完整的交通燈功與其他設(shè)計相比。 十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關(guān)鍵。當前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示

20、燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時間控制顯示中，通常要么東西、南北兩方向各50秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預(yù)先“固化”在單片機中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導致城市交通效率的下降。致

21、 謝在趙玲老師的指導下，我完成了本次課程設(shè)計。趙玲老師是一個擁有專業(yè)知識，嚴謹治學態(tài)度，精益求精作風的老師，她的嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。在課程設(shè)計里面，她讓我重新認識到了專業(yè)知識學習的重要性，還使我明白了許多為人處世的道理。本課程設(shè)計從選題到完成，都是老師指導下完成。另外，本次設(shè)計的完成也離不開各位同學給我的建議和幫助，是他們讓我懂得了團隊合作的重要性，也讓我明白了團隊精神的內(nèi)涵。在此，我謹向趙玲老師和幫助過我的老師和同學們，表示崇高的敬意和衷心的感謝！參考文獻1張毅剛. 新編mcs-51單片機應(yīng)用設(shè)計m. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社.2004

22、2倪志蓮,張怡典. 單片機應(yīng)用技術(shù)m.北京:北京理工大學出版社.20073張靖武.單片機系統(tǒng)的protues設(shè)計與仿真m.北京：電子工業(yè)出版社.20074anolog device corp,adc0809 databok,2005.附錄a 程序源代碼#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit red_a=p00; sbit yellow_a=p01; sbit green_a=p02; sbit red_b=p03;sbit yellow_b=p04;sbit green_b=p05;uchar time_count=0,operation_type=1,flash_count=0; /t0中斷子程序void t1_int()interrupt 1th1=-50000/256;tl1=-50000%256;switch(operation_type) case 1: /東西向綠燈亮red_a=0; yellow_a=0; green_a=1;r