單片機(jī)課程設(shè)計報告交通燈模擬系統(tǒng)設(shè)計

1、河南理工大學(xué)單片機(jī)課程設(shè)計報告交通燈模擬系統(tǒng)設(shè)計各項內(nèi)容均要在橫線的中央姓 名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 自動化06-2 指導(dǎo)老師： 所在學(xué)院： 電氣工程與自動化學(xué)院 2009年06月15日 河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計報告 摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。本設(shè)計是交通燈用于十字路口的設(shè)計，是單片機(jī)控制的簡易系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)很簡單，我采用的是at89c52作為芯片，采用一些相

2、應(yīng)的簡單外圍電路都是書本上的，比如外圍的時鐘晶振電路，復(fù)位電路等等，在硬件電路的設(shè)計方面，主題思想是用一片單片機(jī)加上輸出的led顯示器和trafficlights作為輸出結(jié)果，通過按鍵來控制交通燈的輸出，采用一個中斷作為特殊車輛的控制位，采用p1口作為輸入控制口即a道和b道的控制口，其為雙向io口同時作為交通燈的輸出口，采用p0口作為led的輸出口，但p0口做輸出口時需要接上拉電阻，其顯示的是紅綠黃燈的切換時間，在軟件程序的設(shè)計方面，本設(shè)計采用了c語言作為編輯語言，其結(jié)構(gòu)簡單，語言方便，實現(xiàn)起來比較容易，作為特殊車輛，采用的是外部中斷0即int0作為它的控制口，我的程序大體的分為四部分，主程序

3、和兩個子程序即顯示程序和延時程序，和一個宏定義。對于定時器，我采用了定時器0，主程序是一些程序的初始化比較簡單，主要是開中斷，開定時器和方式選擇等等，遇到中斷，和有按鍵按下就調(diào)用顯示程序，程序的開始是宏定義，定義管腳的作用和名稱，然后是延時程序中斷程序和顯示程序，在顯示程序中字形碼對應(yīng)的是led的輸出（其為共陰極顯示），應(yīng)該特別注意的是在理想電路設(shè)計中我沒注意電阻和電容的選擇，其不影響仿真輸出，但在實際電路中電阻和電容如果選擇不正確可能影響輸出結(jié)果。在仿真電路中使用總線形式用來節(jié)省空間。關(guān)鍵詞：at89s52 、交通燈、控制器目錄1、概述- 3 -2、設(shè)計任務(wù)- 4 -21設(shè)計的任務(wù)- 4 -

4、22設(shè)計要求- 4 -3、系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計- 5 -總體設(shè)計方案：- 5 -電路設(shè)計方案：- 5 -3.1電源電路- 7 -3.3紅黃綠燈顯示電路- 8 -3.4按鍵控制電路- 9 -4、軟件系統(tǒng)設(shè)計- 10 -4.1軟件設(shè)計概述- 10 -4.2主函數(shù)的設(shè)計- 10 -5、 實驗仿真- 15 -6、課程設(shè)計體會- 16 -參考文獻(xiàn)- 17 -附1 源程序代碼- 18 -附2 系統(tǒng)原理圖- 23 -1、概述交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示?？傮w設(shè)計方案共有五個部分組成，分別是：單片機(jī)89c52、發(fā)光二極管電路、led數(shù)顯電路、晶振及復(fù)位控制電路、控制與調(diào)時開關(guān)電路。在進(jìn)行偉福仿真器調(diào)

5、試過程中，程序運行正確，五個部分就同時工作，從而實現(xiàn)了交通燈的基本功能及調(diào)時功能。2、設(shè)計任務(wù)21設(shè)計的任務(wù)設(shè)計一個交通燈控制交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計22設(shè)計要求1. a道和b島上均有車料要求通過時，a b道輪流放行。a道放行五秒鐘（調(diào)試時改為五秒鐘），b道放行四分鐘（調(diào)試時改為四秒鐘）。2. 一道有車而另一道無車（實驗室用開關(guān)k0和k1控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。3. 有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)能禁止普通車輛通行，a b均為紅燈，緊急車輛由開關(guān)k2開關(guān)控制。4. 綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時黃燈亮1秒。3、系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計總體設(shè)計方案：1.分析交通管理 十字路口為南北走向與東西走向。需用

6、到4組燈，每組要有紅黃綠各一盞。初狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈。然后狀態(tài)1東西綠燈通車，同時南北紅燈暫停。延時一段時間之后，東西紅燈、南北綠燈滅，同時黃燈閃幾下。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈、東西紅燈滅，黃燈閃幾秒。最后循環(huán)到狀態(tài)1。（但由于實驗箱上的端口有限，本實驗只用了兩組燈東、南方向）2本實驗同時用了數(shù)碼管顯示紅燈的時間倒計時。在紅黃綠燈轉(zhuǎn)換是用了黃燈閃爍來提示。3智能控制為了實現(xiàn)智能控制，本實驗增加了一個功能，即在任何時候有外部環(huán)境影響一定時間時（本程序設(shè)計成40秒）時東西方向自動切換成紅燈，而南北方向則切換成綠燈，或者反之。而這里的外部環(huán)境是如果南北

7、方向綠燈，但沒人通過1，而此時東西為紅燈但等待通過的人很多0，如果這種狀態(tài)保持一定時間（本程序設(shè)計成5秒）則兩通行方向狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換，由于實驗設(shè)備有限本實驗用兩個開關(guān)來作為外不狀態(tài)的控制。4資源的分配東、南方向的綠黃紅燈分別接單片機(jī)的p1.0p1.6。電路設(shè)計方案：交通燈總體設(shè)計電路如書后附圖所示，該圖是利用protel 99畫圖工具繪制出來的接線圖。系統(tǒng)上電之后，南北路處于禁止通行的狀態(tài)，東西路處于允許通行的狀態(tài)。南北路亮紅燈時，東西路亮綠燈；南北路亮綠燈時，東西路亮紅燈。南北路亮紅燈時，東西路亮綠燈;當(dāng)綠燈時間減完之后，東西路換為黃燈，南北路仍為紅燈。這樣?xùn)|西路與南北路的時間同時減完。減完之

8、后，東西路換為紅燈，南北路換為綠燈，再經(jīng)過一個綠燈時間，南北路換為黃燈，東西路仍為紅燈。這時東西路與南北路時間相同，同時減完。減完后，南北路為紅燈，東西路為綠燈。如此循環(huán)下去。利用89c52單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)工作。其中p0口接數(shù)據(jù)輸出口，與外部數(shù)碼管連接，p2口與數(shù)碼管的com口連接，用于選擇數(shù)據(jù)輸出的地址，這樣就可以實現(xiàn)時間的動態(tài)顯示，并且節(jié)省了端口數(shù)。p1口作為紅黃綠燈的控制口，通過上拉電阻將紅黃綠燈的正極接高電平，負(fù)極接在p1口上，我們可以利用控制單片機(jī)的p1口的輸出數(shù)據(jù)控制紅黃綠燈的亮滅。調(diào)時可以利用外部中斷int0申請中斷。當(dāng)int0為低電平時，單片機(jī)的pc指向int0的中斷入口地

9、址，從而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。此時我們可以通過判斷外部開關(guān)量的狀態(tài)來對紅黃綠燈的顯示時間進(jìn)行修改。同時當(dāng)int0為低電平時，東西南北方向的都送紅燈亮，實現(xiàn)緊急情況下禁止通行。然后通過判斷int0的狀態(tài)來決定中斷是否返回，當(dāng)int0為低電平時，說明開關(guān)又一次按下，這是退出中斷服務(wù)程序，繼續(xù)執(zhí)行主程序。3.1電源電路電源電路有傳統(tǒng)的變壓器電路和開關(guān)電源組成。電源電路是最基本，最必須的電源部分安裝，任何電路都離不開電源部分，單片機(jī)系統(tǒng)也不例外，而且我們應(yīng)該高度重視電源部分，不能因為電源部分電路比較簡單而有所忽略，其實有將近一半的故障或制作失敗都和電源有關(guān)，電源部分做好才能保證電路的正常工作。at89c5

10、2實驗開發(fā)板提供了一個6-9v伏400毫安的外接交流電源，通過整流濾波穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓通過專門的電源插座把直流電壓引入實驗開發(fā)板，左邊兩個是5伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。通過三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓成5伏直流電源提供給單片機(jī)系統(tǒng)使用，右邊兩個電容是5伏電源的濾波電容，電阻和綠色的led組成5伏電源的工作指示電路，只要電源部分正常，綠色的led1就會點亮，我們可以根據(jù)這個led來判斷整個電源部分是否工作正常。這個在實際電路中常常見的3.2晶

11、振電路mcs-52單片機(jī)單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個到增益反相放大器，引線 xtal1和xtal2分別為 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機(jī)內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成成時鐘，外部還需要附加電路。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用.有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。51單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部始終方式。利用其內(nèi)部的震蕩電路xtal1和xtal2引線上外接定時元件，內(nèi)部震蕩電路便產(chǎn)生自激震蕩，用示波器可以觀察到xtal2

12、輸出的時鐘信號。在mcs-51單片機(jī)一般常用內(nèi)部時鐘方式，也就是在xtal1和xtal2之間連接晶體震蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器。3.3紅黃綠燈顯示電路紅黃綠燈顯示電路如下圖5所示。二極管的正極通過上拉電阻接+5v的電源vcc，負(fù)極分別接89c52單片機(jī)的外部接口p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5口，我們可以通過控制單片機(jī)p1口的數(shù)據(jù)輸出來控制二極管的亮滅。例如為p1口送值為#0deh，則南北紅燈亮禁止通行，東西綠燈亮允許通行。南 北vccp1.2p1.3p1.4p1.5p1.6p1.7東 西數(shù)碼管只要是用于數(shù)字的顯示。數(shù)碼管有共陰和共陽的區(qū)分，單片機(jī)都可以進(jìn)行驅(qū)動

13、，但是驅(qū)動的方法卻不同。兩位數(shù)碼管循環(huán)電路是由1k的電阻和數(shù)碼管組成，電源+5v通過560的電阻直接給數(shù)碼管的7個段位供電，p00-p07對應(yīng)了兩個接數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和小數(shù)點位，p21-p24接顯示個位數(shù)的數(shù)碼管的3、8引角，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時，驅(qū)動相應(yīng)的三極管會導(dǎo)通給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時只要p0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示需要的數(shù)字。實驗電路開始工作時，七段數(shù)碼管開始從紅燈和綠燈時間倒計時，計時起始信號由主控電路給出，定時結(jié)束信號也輸入到主控芯片，由主控芯片啟、閉三色信號燈或啟動另一計時電路。在這里正確的程序是核心，應(yīng)該完成一個時序電路的工作。其狀態(tài)表

14、（1）為：南北路東西路綠燈紅燈黃燈紅燈綠燈黃燈 表13.4按鍵控制電路 按鍵控制電路是本設(shè)計的應(yīng)急措施，當(dāng)有緊急車輛通過時，按下相應(yīng)的按鍵可以控制道路的交通狀態(tài)4、軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1軟件設(shè)計概述該交通燈控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要是用c編的單片機(jī)程序，在程序中嵌套使用了匯編語言。在程序中設(shè)一個計數(shù)器，當(dāng)從0計至兩個紅燈時間時，為一個周期，對其清零，從新下一個周期。從圖上也可以看出，在一個周期內(nèi)，有四個特殊時間點，這四個特殊時間點是需要換向的，當(dāng)計數(shù)器里的數(shù)和四個特殊點相同時，說明至少有一路信號被減到0，需要重新對數(shù)據(jù)區(qū)送數(shù)，而且還要把紅綠燈的狀態(tài)換一下 在處理按鍵時，因為按鍵的一次動作不僅包含按下，

15、還包含彈開，所以在處理按鍵，我不僅考慮按下，還考慮彈開，當(dāng)可靠按下，一邊調(diào)顯示子程序，一邊等待鍵松開，當(dāng)可靠松開后，才退出子程序。這樣每按下一次鍵只會有一次動作，而且就是鍵被按下不松開，也不會也現(xiàn)數(shù)碼管沒有顯示的現(xiàn)象4.2主函數(shù)的設(shè)計該軟件的主程序采用外部0中斷方式，其流程圖如下圖所示，主函數(shù)見附1。 中斷程序保護(hù)現(xiàn)場開中斷延時關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場開中斷南北或東西通行中斷返回關(guān)中斷開始程序初始化東西綠燈南北紅燈延時5秒東西黃燈南北綠燈延時1秒東西紅燈南北綠燈延時4秒東西紅燈南北黃燈延時1秒在該主函數(shù)中，為了減小定時誤差，采用匯編語言進(jìn)行初始化外部0中斷。其初始化語句如下：intt0: push a

16、push psw a1: jnb p3.5 , ints jnb p3.6 , ew jnb p3.7 , ns jnb p3.0 , a2 ljmp a1 ints: mov p1, #11011011b mov 44h, #00h mov 45h, #00h lcall disp jnb p3.5 , ints ljmp a1 ew: mov p1, #01111011b mov 44h, #00h mov 45h, #00h lcall disp jnb p3.6, ew ljmp a1 ns: mov p1, #11001111b mov 44h, #00h mov 45h, #00h

17、 lcall disp jnb p3.7 , ns ljmp a1 a2: pop psw pop a ljmp start reti intt1: push a push psw mov p1, #11011011b mov 40h,#00h mov 42h,#00h mov 44h, #00h mov 45h,#00h mov 63h,#00h a3: lcall disp jnb p3.5, ewblue jnb p3.6, yellowplus jnb p3.7, nsblue jnb p3.0, x1 ljmp a3 x1: ljmp jend ewblue: mov 44h,40h

18、 mov 45h,40h lcall disp mov a, 40h inc a mov 40h,a cjne a, #30h, ddd mov 40h, #0h mov a, 40h add a,42h mov 43h ,a ddd: mov 44h, 40h mov 45h, 40h lcall disp jnb p3.0, x1 jnb p3.6, yellowplus jnb p3.7, nsblue jnb p3.5, ddd ljmp a3 yellowplus: mov 44h, 42h mov 45h, 42h lcall disp mov a, 42h inc a mov 4

19、2h,a mov a, 42h cjne a, #0ah, ddd1 mov 42h, #0h ddd1: mov 44h,42h mov 45h,42h lcall disp jnb p3.0, x2 jnb p3.5, ewblue jnb p3.6, ddd1 jnb p3.7, nsblue ljmp a3 x2:ljmp jend nsblue: mov 44h,63h mov 45h,63h lcall disp mov a, 63h inc a mov 63h,a mov 61h,a cjne a, #30h, ddd2 mov 63h, #0h mov 61h,#00h ddd

20、2: mov 44h, 61h mov 45h, 63h lcall disp jnb p3.0, jend jnb p3.6, yellowplus jnb p3.7, ddd2 jnb p3.5, x3 ljmp a3 x3:ljmp ewblue jend: pop psw pop a ljmp start reti5、 實驗仿真圖1 東西顯示紅燈，南北顯示綠燈圖2 南北顯示紅燈，東西顯示綠燈6、課程設(shè)計體會 通過這一周的單片機(jī)課程設(shè)計，我學(xué)到了許多知識，由于單片機(jī)學(xué)習(xí)并不是很好，只好選擇用c語言做課程設(shè)計，初做程序，里面有好些錯誤，經(jīng)過查閱質(zhì)料和尋求同學(xué)的幫助一一解決了這些問題。在設(shè)計

21、過程中和完成之后，我認(rèn)真總結(jié)，有以下體會：1此次課程設(shè)計是在上學(xué)期單片機(jī)原理及技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，整個實驗設(shè)計過程相對比較熟悉，是把以前學(xué)習(xí)的零碎的內(nèi)容系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。2本實驗的難點在與顯示部分、計時部分、外加功能部分。其中顯示用了串行口的知識，而計時則完全用定時器計時。3程序調(diào)試時，應(yīng)該將各個功能的子程序、模塊單獨調(diào)試，提高調(diào)試的速度。4本實驗要充分了解交通燈的實際運行規(guī)則，依照現(xiàn)實生活的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計。5. 在經(jīng)過一周的設(shè)計過程中，通過大量的查閱資料，認(rèn)真研究教材，并向指導(dǎo)老師請教很多問題，自己對單片機(jī)有了更為深刻的理解。我認(rèn)真研究原理，畫出程序流程圖，通過源程序，做出電路圖，在仿真中發(fā)現(xiàn)很多問

22、題，通過仔細(xì)研究，不但解決了問題，我也學(xué)到了在平時的學(xué)習(xí)中學(xué)不到的東西。參考文獻(xiàn)1余發(fā)山單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)出版社2003年12月第一版.2譚浩強c程序設(shè)計(第二版)清華大學(xué)出版社1999年12月.3彭小軍用單片機(jī)實現(xiàn)電子時鐘新余高等專科學(xué)報，20044黃正謹(jǐn)綜合電子設(shè)計與實踐東南大學(xué)出版社2002-35高峰. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及實用技術(shù)，北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004附1 源程序代碼 org 0000h ljmp main org 0003h ljmp int0 org 000bh ljmp time0 org 0013h ljmp int1 org 0040h main: mo

23、v sp, #70h mov 40h, #20h ; 東西綠燈顯示時間 mov 41h, #20h ; 南北綠燈顯示時間 mov 42h, #06h ;黃燈閃爍時間 start: mov a, 41h add a, 42h mov 43h, a ;紅燈時間 mov tmod, #01h ;開始正常工作狀態(tài) mov th0, #3ch mov tl0, #0b0h ;定時50ms setb ea ; 開始計時 setb et0 ; 開t0中斷 setb tr0 ; 啟動定時器t0 setb ex0 setb int0 setb int1 setb ex1status1: mov p1, #011

24、11011b ;東西綠燈，南北紅燈 mov 44h, 40h mov 45h, 43h j11: mov r4, #14h j0: lcall disp mov a, r4 jnz j0 dec 44h dec 45h mov a, 44h jnz j11status2: ;東西黃燈閃，南北紅燈亮 mov p1, #10111011b mov r3, 42h j22: mov 44h, r3 mov r4, #0ah j20: lcall disp mov a, r4 jnz j20 mov p1, #11111011b mov r4, #0ah j21: lcall disp mov a,

25、r4 jnz j21 mov p1, #10111011b lcall disp dec 44h dec 45h djnz r3, j22 status3: ; 東西紅燈，南北綠燈 mov p1, #11001111b mov 44h, 43h mov 45h, 41h j31: mov r4, #14h j30: lcall disp mov a, r4 jnz j30 dec 44h dec 45h mov a, 45h jnz j31status4: ; 東西紅燈亮，南北黃燈閃 mov p1, #11010111b mov 45h, 42h j42: mov r4, #0ah j40:

26、lcall disp mov a, r4 jnz j40 mov p1, #11011111b mov r4, #0ah j41: lcall disp mov a, r4 jnz j41 mov p1, #11010111b lcall disp dec 44h djnz 45h, j42 jmp start ret disp: mov a, 44h ;顯示 mov b, #0ah div ab mov 46h, a mov 47h, b mov a, 46h mov dptr, #tab movc a, a+dptr mov 46h, a mov a, 47h mov dptr, #tab

27、 movc a, a+dptr mov 47h, a mov a, 45h mov b, #0ah div ab mov 48h, a mov 49h, b ;46h,47h 東西顯示的十位、個位 mov a, 48h mov dptr, #tab movc a, a+dptr mov 48h, a mov a, 49h mov dptr, #tab movc a, a+dptr mov 49h, a mov p0, 46h mov p2, #11110111b lcall delay mov p2, #0ffh mov p0, 47h mov p2, #11111011b lcall delay mov p2, #0ffh mov p0, 48h mov p2, #11111101b lcall delay mov p2, #0ffh mov p0, 49h mov p2, #11111110b lcall delay mov p2, #0ffh reti delay: mov r7, #06h here: djnz