單片機課程設(shè)計-交通燈

電源AT89C51信號燈時間顯示部分震蕩控制部分電源AT89C51信號燈時間顯示部分震蕩部分復(fù)位電路信號燈圖2系統(tǒng)方框圖80C51簡介80C51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：80C51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。下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3MCS-51結(jié)構(gòu)示意圖MCS-51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)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，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?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：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)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中,正電源和地線兩根，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?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明:如下圖所示。圖4Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。圖5Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機，內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然,對內(nèi)部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。晶體振蕩部分圖6電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了震蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。顯示部分?jǐn)?shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）。共陰極的LED顯示管的發(fā)光二極管的陰極連在一塊，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極為高電平的時候，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示出來，為了使LED顯示器不同的符號和數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為LED顯示器提供代碼，因為這些代碼可以使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同的字型，因而該代碼稱之為段碼。圖7因為系統(tǒng)要求南北和東西方向的信號燈時間不一樣，所以就利用單片機的p0和p2口來做數(shù)碼管的段碼驅(qū)動，東西方向和南北方向的位線可以公共來使用，可以節(jié)約單片機的口線。數(shù)碼管使用共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是10毫安。信號燈部分圖8本設(shè)計利用單片機的p1口來驅(qū)動和控制各種信號燈的燃亮和燃亮?xí)r間，在實際中，交通燈的信號燈需要用高電壓控制，在這里我們只是模擬一下它的控制信號，所以我們就只用單片機的信號引腳直接來控制發(fā)光二極管。單片機最小系統(tǒng)圖9單片機最小系統(tǒng)以89C51為核心，外加時鐘和復(fù)位電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，成本相對較低，非常符合本設(shè)計的所有要求。89C51單片機系列是在MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是當(dāng)前8位單片機的典型代表，采用CHMOS工藝，即互補金屬氧化物的HMOS工藝,，CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，具有HMOS高速度和高密度的特點，還具有CMOS低功耗的特點.時鐘電路在單片機的外部通過XTAL1，XTAL2這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用的為12MHz的晶振，一個機器周期為1us，C1，C2為30pF。復(fù)位電路分為上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位，RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效。上電自動復(fù)位通過電容C3和電阻R1來實現(xiàn)。Proteus仿真圖：圖10系統(tǒng)調(diào)試：硬件調(diào)試是利用DVCC實驗與開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值第四步是聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠(yuǎn)是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。課程設(shè)計結(jié)論：本系統(tǒng)就是充分利用了AT89C51芯片的I/O引角。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過單片機芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；p0口和p2口外接數(shù)碼管來顯示各個信號燈的時間。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序設(shè)計簡便。系統(tǒng)不足之處不能控制車的右轉(zhuǎn)、以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間等。這是由于本身地理位子以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)。短短兩周的課程設(shè)計即將結(jié)束，我們把學(xué)習(xí)的理論知識運用于實踐，使我從中受益匪淺，同時提高了對各方面的知識的認(rèn)識。大學(xué)幾年，我們只學(xué)到了一些基本的理論知識，卻沒有真正實踐去運用這些知識。這次課程設(shè)計初步讓我們體會到了理論與知識的有機結(jié)合。但是真正去完成一個工程只是用自己從專業(yè)課本上學(xué)到得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。通過這次課程設(shè)計中遇到的問題讓我認(rèn)識到自己知識的欠缺，以后的時間要好好的利用圖書館學(xué)習(xí)更多的知識來武裝自己，為以后走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。在課程設(shè)計中，從總體設(shè)計，畫原理圖，硬件選擇，再到編程，最后到調(diào)試，每一步我們都認(rèn)真的對待，并從中學(xué)到了不少知識。這使我們認(rèn)識到開發(fā)過程不是簡單的理論知識的拼湊和組合，而是將理論和實際有機結(jié)合的過程。在這次課程設(shè)計中我們五人一組，我們進行了簡單的分工，我負(fù)責(zé)電路設(shè)計和制圖，然后把工作匯總，在遇到問題時一起商討共同克服，形成了統(tǒng)一的觀點，還有老師和同學(xué)們的耐心的指點，讓我們順利的完成了課程設(shè)計。參考文獻(xiàn)[1]朱善君、孫新亞等．單片