河南工院.docx
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河南工院.docx
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河南工院
河南工程学院
课程设计
单片机交通灯的设计
学生姓名:
学院:
专业班级:
专业课程:
指导教师:
2016年6月27日
课程设计成绩评定标准及成绩
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
工作态度
遵守纪律,学习认真;作风严谨,踏实肯干。
5分
2
工作量
按期圆满完成规定的任务,难易程度和工作量符合要求。
20分
3
出勤情况
全勤:
得10分
10分
有迟到、早退、请假现象:
得8分
旷课1天:
得5分
旷课2天:
得2分
旷课超过2天:
得0分
4
设计、实验方案
能灵活运用相关专业知识,有较强的创新意识,有独特见解,设计有一定应用价值。
30分
5
实验技能
动手能力强,能独立完成安装、调试等实际操作,能解决设计及实验过程中出现的问题。
10分
6
小组表现
注重团队合作,在小组中表现突出,对设计方案的制定及选取起主要作用,在实验操作过程中,承担主要执行者。
5分
7
设计报告质量
报告结构严谨合理;文理通顺,技术用语准确,符合规范;图表完备、正确,绘图准确、符合国家标准;。
20分
合计
评语:
等级:
(优秀、良好、中等、及格、不及格)
评阅人:
职称:
日期:
2016年6月27日
目录
摘要1
第1章交通灯的总体设计2
1.1设计要求2
1.2控制系统的任务、内容和总体要求2
1.2.1内容3
1.2.2控制系统的总体要求3
1.2.3设计思想4
第2章硬件设计5
2.1交通灯的基本组成5
2.2时钟电路设计5
2.3复位电路设计6
2.4按键接口电路设计7
2.5交通灯状态显示电路的设计8
2.5.1LED基本结构9
2.5.2LED译码方式9
2.5.3LED显示器与单片机接口设计9
第3章软件设计11
第4章仿真调试14
4.1软件仿真调试14
4.2硬件调试14
第5章结论15
致谢16
参考文献17
附录一源程序18
附录二Proteus仿真图24
摘要
交通在人们的日常生活中占有重要的地位,随着人们社会活动的日益频繁,这点更是体现的淋漓尽致。
交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器,系统实用性强、操作简单、扩展性强。
本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。
软件上采用C51编程,主要编写了主程序,LED数码管显示程序,中断程序延时程序等。
经过整机调试,实现了对十字路口交通灯的模拟。
关键词:
显示,单片机,交通灯
第1章交通灯的总体设计
1.1设计要求
交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时,令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭,并且用LED数码管显示时间。
用8255做输出口,控制十二个发光二极管燃灭,模拟交通灯管理。
在一个交通十字路口有一条主干道(东西方向),一条从干道(南北方向),主干道的通行时间比从干道通行时间长,四个路口安装红,黄,蓝,灯各一盏。
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求南北方向(主干道)车道和东西
方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行,时间可设置修改。
2、在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮,才能变换运行车道
3、黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。
4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用计时的方法)。
5、同步设置人行横道红、绿灯指示。
1.2控制系统的任务、内容和总体要求
任务:
设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。
并且要求交通信号灯按照交通规则的模试来运行。
如下图所示:
图1.1交通灯运行模式
1.2.1内容
因为本课程设计是交通灯的控制设计,所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯,南北红灯。
然后转状态1东西红灯,南北绿灯通车,。
过一段时间转状态2南北绿灯灭,黄灯闪烁几次,东西仍然红灯。
再转状态3,东西绿灯通车,南北红灯。
过一段时间转状态4,东西绿灯灭,闪几次黄灯,南北仍然红灯。
最后循环至状态1。
1.2.2控制系统的总体要求
1、执行程序时,初始态为四个路口的红灯全亮之后;
2、东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西路口方向通车;
3、延时一段时间后,东西路口的绿灯熄灭,黄灯开始延时并且开始闪烁,闪烁3次后,东西路口红灯亮,而同时南北路口的绿灯亮,南北路口方向开始通车;
4、延时一段时间之后,南北路口的绿灯熄灭,黄灯开始延时并且开始闪烁,闪烁3次之后,再切换到东西路口方向;之后重复2到4过程………
1.2.3设计思想
单片机模块是整个系统的核心部分,在这样一个模拟交通灯系统中,需要有时钟电路模块提供基准震荡频率以及单片机基本系统、指示电路、显示电路、键盘电路、电源电路、下载线电路设计。
系统基本原理方框图如图1-2所示:
图1.2电路的程序框图
由上总体方框图可以看到此次设计硬件电路有六大部分所构成,围绕以主控部分发挥各自的功能。
只有这几部分有机结合才可以很好的实现本次设计的目的。
第2章硬件设计
2.1交通灯的基本组成
交通灯主要是由复位电路、时钟电路、键盘电路、显示电路、LED指示电路这几部分组成。
此系统核心元件为单片机AT89C51,对其编写相关程序来控制交通信号灯和数码管的时间显示。
系统共采用12个发光二极管来模拟各路交通信号灯,2个LED七段数码管以倒计时的方式显示各个方向上允许通行或禁止通行的信号灯剩余的时间。
停25S,准备5S,之后通行20S,在东西和南北两个方向上这两种状态不断循环。
源程序采用C语言编写,并通过keil软件进行编译,最后倒入AT89C51单片机中,运行系统。
设计好后通过PROTUES软件仿真,并调试。
2.2时钟电路设计
AT89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序但AT89C51单片机需外置振荡电容。
由上可见,AT89C51单片机的硬件结构具有功能部件种类全,功能强等特点。
特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器,它实际上是一个完整的1位微计算机,这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。
1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效;而8位机在数据采集,运算处理方面有明显的长处。
MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起,二者相辅相承,它是单片机技术上的一个突破,这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,所得的时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式,如图2-1所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式,片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图2.1中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的作用,其值为30P左右,晶振频率选12MHz。
下图为时钟电路。
图2.1时钟电路
2.3复位电路设计
AT89C51的上电复位电路如下图2-2所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。
对于CMOS型单片机,由于在RST端内部有一个下拉电阻,故可将外部电阻去掉,而将外接电容减至1uF。
上电复位的工作过程是在加电时,复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号,此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落,即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统能够可靠地复位,RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。
上电时,Vcc的上升时间约为10ms,而振荡器的起振时间取决于振荡频率,如晶振频率为10MHz,起振时间为1ms;晶振频率为1MHz,起振时间则为10ms。
在图2的复位电路中,当Vcc掉电时,必然会使RST端电压迅速下降到0V以下,但是,由于内部电路的限制作用,这个负电压将不会对器件产生损害。
在复位期间,端口引脚处于随机状态,复位后,系统将端口置为全“l”态。
如果系统在上电时得不到有效的复位,则程序计数器PC将得不到一个合适的初值,因此,CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行复位电路。
下图为设计的复位电路:
图2.2复位电路
2.4按键接口电路设计
独立式键盘就是各按键相互独立,每个按键各接一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。
因次,通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下了独立式按键电路配置灵活,软件结构简单。
但每个按键需占用一根输入口线,此种按键电路适用于按键较少或操作速度教高的场合独立式实际上就是一组相互独立的按键,这些按键可直接与单片机的I/O口连接,连接方法就是每个按键独立一条口线,各按键之间状态不会影响且接口简单。
考虑到这个控制器中,设定的按键不多,为了使系统简单明了,在这里选择独立式按键。
下图为按键电路连接图。
图2.3按键电路连接图
2.5交通灯状态显示电路的设计
十字路口的交通灯分布示意图如图2.4所示,将这12个交通灯进行编号。
图2.4十字路口交通灯分布示意图
这12个交通灯共有四个状态:
状态1(S1):
东西红灯(4、10)亮,南北绿灯(3、9)亮
状态2(S2):
南北黄灯(2、8)亮,东西仍为红灯(4、10)亮
状态3(S3):
南北红灯(1、7)亮,东西绿灯(6、12)亮
状态4(S4):
东西黄灯(5、11)亮,南北仍为红灯(1、7)亮
对应的硬件原理设计图如图2.5所示:
图2.5硬件原理设计图
2.5.1LED基本结构
LED是发光二极管显示器的缩写。
LED由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。
LED显示器是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。
在单片机中使用最多的是七段数码显示器。
LED七段数码显示器由8个发光二极管组成显示字段,其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形,另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用,其通过不同的组合可用来显示各种数字。
LED引脚排列如上图2.6所示。
图2.6LED管脚排列
2.5.2LED译码方式
译码方式是指由显示字符转换得到对应的字段码的方式,对于LED数码管显示器,通常的译码方式有硬件译码和软件译码方式两种。
硬件译码是指利用专门的硬件电路来实现显示字符码的转换。
软件译码就是编写软件译码程序,通过译码程序来得到要显示的字符的字段码,译码程序通常为查表程序。
本设计系统中为了简化硬件线路设计,LED译码采用软件编程来实现。
由于本设计采用的是共阴极LED,其对应的字符和字段码如表2.1所示。
表2.1字段和字段码
显示字符
共阴极字段码
0
3FH
1
06H
2
5BH
3
4FH
4
66H
5
6DH
6
7DH
7
07H
8
7FH
9
6FH
2.5.3LED显示器与单片机接口设计
由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器,所以,在一般情况下,必须采用专用的驱动电路芯片,使之产生足够大的电流,显示器才能正常工作[7]。
如果驱动电路能力差,即负载能力不够时,显示器亮度就低,而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏,因此,LED显示器的驱动电路设计是一个非常重要问题。
为了简化数字式直流电压表的电路设计,在LED驱动电路的设计上,可以利用单片机P0口上外接的上拉电阻来实现,即将LED的A-G段显示引脚和DP小数点显示引脚并联到P0口与上拉电阻之间,这样,就可以加大P0口作为输出口的驱动能力,使得LED能按照正常的亮度显示出数字,如图2.7所示:
图2.7LED显示器与单片机接口设计
第3章软件设计
3.1程序流图
软件部分采用模块化程序设计的方法,由单片机控制主程序、数码管显示组成。
系统软件设计是在KeilC编译环境下进行的,软件程序流程图如图3.1、3.2所示:
图3.1主程序流程图
图3.2主程序流程图
第4章仿真调试
4.1软件仿真调试
利用Proteus软件进行仿真调试,将写好的代码调入软件中设计好的单片机中进行仿真测试,可以达到之前的设计要求,能够实现一个十字路口的交通灯的功能。
4.2硬件调试
将焊接好的硬件设备拿到实验室,连接电源后,发现只有三个方向的能可以亮,且不按照之前设计好的交替循环的亮,通上电之后灯一直亮,不会闪烁,另一个方向的灯都不亮,由于泡沫板在焊接时各个元件离得较近,焊接时可能有不同零件的元件引角有连接到一块的,或者有的线没有连接好,形成断路,导致交通灯不能亮或者不能循环的亮。
第5章结论
本设计系统是基于单片机的模拟交通灯控制系统,具有一定的实际意义。
通过本次设计很好的完成了以单片机为核心,通过LED数码管显示和LED灯完成了十字路口的工作状态的模拟,并且通过按键有效的控制等待时间的长短的目的.其运行可靠,操作方便,适用性强,可以广泛应用于城市路口,具有较大的推广价值。
由于时间比较紧张,其中不免出现一些不足的地方,但是,在短暂的时间内,从对题目的分析到方案的确定,再到软件的模拟,最后通过硬件的调试,都达到了预想的效果。
这次的课程设计使我把单片机的理论知识用在实践中,实现了理论和实践相结合,从中更懂得理论是实践的基础,实践又能检验理论的正确性,让我受益非浅,对我以后参加工作或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。
致谢
随着时间的流逝,大学生活即将结束,回想近阶段的学习与生活,虽然颇有忙碌但却十分充实,心中仍有怀想之情。
在本学期即将结束之际,看着这个实验报告,虽然存在诸多不足,但却倾注了很多同学的帮助。
谨此向曾给予我帮助和支持的人们表以衷心的感谢!
首先,我要感谢我的老师。
老师教给我知识,让我学会了很多,老师不仅是我的老师,还是我的良师益友。
其次,我要感谢我的同学,感谢你们在学习及生活上的帮助,给我的大学生活添加了很多精彩。
最后感谢工学院和我的母校—北河南工程学院对我的大力栽培。
参考文献
[1]张有德:
单片微型机原理、应用与实验.上海:
复旦大学出版社,2000.
[2]何立民:
单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,2000.
[3]李光飞:
单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社,2004.
[4]冯育长:
单片机系统设计及工程应用.西安电子科技大学出版社,2005.
[5]张俊谟:
单片机中级教程原理.北京:
北京航空航天大学出版社,2002.
[6]余发山:
单片机原理及应用技术。
中国矿业大学出版社2003.
[7]张毅刚:
单片机原理及接口技术.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,1990
附录一源程序:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPINTER0
ORG000BH
LJMPTIME0
ORG0013H
LJMPINTER1
ORG0040H
MAIN:
MOVSP,#70H
MOV40H,#14H;东西绿灯显示时间
MOV41H,#14H;南北绿灯显示时间
MOV42H,#05H;黄灯闪烁时间
START:
MOVA,41H
ADDA,42H
MOV43H,A;红灯时间
MOVTMOD,#01H;开始正常工作状态
MOVTH0,#3CH
MOVTL0,#0B0H;定时50ms
SETBEA;开始计时
SETBET0;开T0中断
SETBTR0;启动定时器T0
SETBEX0
SETBINT0
SETBINT1
SETBEX1
STATUS1:
MOVP1,#01111011B;东西绿灯,南北红灯
MOV44H,40H
MOV45H,43H
J11:
MOVR4,#14H
J0:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ0
DEC44H
DEC45H
MOVA,44H
JNZJ11
STATUS2:
;东西黄灯闪,南北红灯亮
MOVP1,#10111011B
MOVR3,42H
J22:
MOV44H,R3
MOVR4,#0AH
J20:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ20
MOVP1,#11111011B
MOVR4,#0AH
J21:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ21
MOVP1,#10111011B
LCALLDISP
DEC44H
DEC45H
DJNZR3,J22
STATUS3:
;东西红灯,南北绿灯
MOVP1,#11001111B
MOV44H,43H
MOV45H,40H
J31:
MOVR4,#14H
J30:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ30
DEC44H
DEC45H
MOVA,45H
JNZJ31
STATUS4:
;东西红灯亮,南北黄灯闪
MOVP1,#11010111B
MOV45H,42H
J42:
MOVR4,#0AH
J40:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ40
MOVP1,#11011111B
MOVR4,#0AH
J41:
LCALLDISP
MOVA,R4
JNZJ41
MOVP1,#11010111B
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DEC44H
DJNZ45H,J42
JMPSTART
RET
DISP:
MOVA,44H;显示
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV46H,A
MOV47H,B
MOVA,46H
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOV46H,A
MOVA,47H
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOV47H,A
MOVA,45H
MOVB,#0AH
DIVAB
MOV48H,A
MOV49H,B;46h,47h东西显示的十位、个位
MOVA,48H
MOVDPTR,#TAB
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MOV48H,A
MOVA,49H
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOV49H,A
MOVP0,46H
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CLRP1.1
LCALLDELAY
SETBP1.0
SETBP1.1
MOVP0,47H
CLRP1.0
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LCALLDELAY
SETBP1.0
SETBP1.1
MOVP2,48H
MOVP3,#11111101B
LCALLDELAY
MOVP3,#0FFH
MOVP2,49H
MOVP3,#11111110B
LCALLDELAY
MOVP3,#0FFH
RETI
DELAY:
MOVR7,#06H
HERE:
DJNZR7,HERE
RETI
TIME0:
PUSHACC
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DECR4
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RETI
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MOV44H,#58H
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LCALLDISP
JNBP3.5,RED
JNBP3.6,YELLOW
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MOV45H,41H
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MOV44H,41H
MOV45H,41H
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LJMPINTS
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MOV44H,42H
MOV45H,42H
LCALLDISP
MOVA,42H
INCA
MOV42H,A
MOVA,42H
CJNEA,#0AH,DDD1
MOV42H,#1H
DDD1:
MOV44H,42H
MOV45H,42H
LCALLDISP
JNBP3.7,JEND
JNBP3.5,INTS
JNBP3.6,DDD1
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LJMPINTS
JEND:
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POPACC
LJMPSTART
A1:
MOVP1,#11001111B
MOV44H,#1EH
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A4:
LCALLDISP
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JNZA4
DEC44H
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MOVA,45H
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A7:
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LCALLDISP
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DJNZ45H,A7
JMPMAIN
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RETI
INTER1:
PUSHACC
PUSHPSW
INT
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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