课程设计（论文）-基于单片机的交通灯设计.doc

河南理工大学本科课程设计报告交通灯的设计目录1 概述12 系统总体方案及硬件设计221系统总体方案222硬件设计22.2.1 89s52的介绍22.2.2 复位电路的设计32.2.3 晶振电路的设计42.2.4 交通灯的显示52.2.5 交通灯的时间显示62.2.6 对交通灯的特殊控制63 软件设计73.1 软件编译环境73.2 方案比较73.3 系统软件的组成73.4 参数计算104 程序调试与仿真114.1程序调试114.2仿真电路115 课程设计体会12参考文献13附1：源程序代码14附2：交通灯控制系统电路原理图211 概述由于通用计算机体积大、成本高，无法嵌入到大多数产品中，随着嵌入式的发展，单片机应运而生。单片机的体积小、成本低等特点，使之可广泛应用于如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通信产品中。单片机作为典型的嵌入式系统，其成功应用推动了嵌入式系统的发展，成为现代电子系统中的智能化器件。本次课程设计是综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，从而加深对电子电路、单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验，为走出校门从事电子设计的相关工作打下基础。此次课程设计的任务是用单片机控制的交通灯控制系统设计，设计要求如下：1、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，主干道每次通行时间都设置为30秒，支干道每次通行时间为20秒，时间设置可修改。2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道，黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。3、东西方向、南北方向车道除有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用即时的方法）。一道有车而另一道无车（实验时用开关k0和k1控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。4、有紧急车辆要求通过时，系统能禁止普通车辆通行，紧急车辆由k2开关模拟。2 系统总体方案及硬件设计21系统总体方案本课程设计是利用at89s52型单片机作为红绿灯的控制的中心，实现红绿灯的功能仿真，东南西北四个方向各三个红黄绿发光二极管仿真红绿灯，并在南北方向和东西方向各安装一个5261as共阴极2位数码管作为红绿的定时显示器，实现对南北主干道和东西次干道的通行时间的设置。另外，还采用两级中断技术对红绿灯在特殊情况下的控制。22硬件设计2.2.1 89s52的介绍at89s52型单片机功能特性描述：at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。at89s52的引脚图1如下：图1at89s52的引脚图2.2.2 复位电路的设计当按下按键sw，电源对电容c充电，使rst端快速到达高电平，松开按键，c向芯片的内阻放电，恢复为低电平，从而使单片机可靠复位，即可上电复位，又可按键复位。一般r1选470欧，r2选10k欧，c选30uf。其复位电路如图2所示:图2复位电路2.2.3 晶振电路的设计at89s52的时钟有两种方式：一是片内时钟振荡方式，需在其管脚外接；石英晶体和振荡电容；另一种是外部时钟方式，即将xtal1接地，外部时钟信号从xtal2脚输入，本课程设计采取第一种晶振电路，时钟频率设置为12mhz，振荡器取典型值30pf，电路图如如图3所示；图3 晶振电路2.2.4 交通灯的显示at89s52单片机共有四个8位并行i/o口，分别命名为p0、p1、p2和p3口，其中p0口为双向三态输入/输出口，p1、p2和p3为准双向，其中每个端口均有8位。每位主要由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器等电路组成。每根i/o端口线都能独立用作输入或输出。用做输出时，数据可以锁存，用作输入时，数据可以缓冲。每个i/o的8位数据锁存器与端口号p0、p1、p2和p3同名，属于特殊功能寄存器sfr，用于存放需要输出的数据。每个i/o口德8位数据缓冲器用对端口引脚的输入数据进行缓冲，但不能锁存，本设计是把p1作为通用i/o口使用，由cpu向端口输出数据，设计过程中交通灯的东南西北四个方向的红绿灯及12个发光二极管采用共阳极连接方法代替，并且为保证南北方向和东西方向红绿灯一致，使南北方向绿灯并联、黄灯并联、红灯并联，东西方向也是此方法连接。单片机通过p1口输出按照交通规则要求控制东南西北12个发光二级光的亮灭，并延时计数其连接图如图4所示；图4 led交通灯显示电路2.2.5 交通灯的时间显示根据设计要求，南北方向的主干道和东西方向支干道两条交叉道路口上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都为30s，支干道上每次通行时间为20s，且绿灯转为红灯时，要求黄灯先闪烁5秒。本次课程设计采用2个5261as共阴极2位数码管进行递减时间显示，使用p1口输出信号灯的控制码，p2口输出5261as的位控信号（p2.0为南北方向十位显示器的位控制线，p2.15为南北方向个位显示器的位控制线,p2.2为东西方向十位显示器的控制线,p2.3为东西方向个位显示器的位控制线）。5261as 共阴极2位数码管图如图5所示；图5 数码管显示图2.2.6 对交通灯的特殊控制按照设计要求，一道有车而一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行；有紧急车辆要求通过时，系统能禁止普通车辆通行。设计中通过按键对单片机引起中断来实现，及用开关按键k0接p3.2，k1接p3.5，k2接p3.3管脚，通过这三个中断来完成红绿灯的特殊控制。3 软件设计3.1 软件编译环境在wave6000中编译程序3.2 方案比较对于89s52单片机控制红绿灯系统其实现方法有很多种，程序编写基本没有太大差异，但主要区别在于采用什么样的方式实现东西、南北方向的定时时间显示，通过研究分析可以有以下两种方案：方案一：使用循环延时显示方式，显示南北方向和东西方向的数字。其优点：不使用定时器定时，不需要设置定时器初值和定时器中断，初始化程序编写稍微简单一些；缺点：红绿灯定时数字显示不稳定，整体实现起来麻烦，易出现单片机内部工作区寄存器冲突，中断不能正常跳转，另外，需要详细计算循环延时时间，计算繁琐。方案二：使用定时器定时显示方式，显示南北方向和东西方向的数字。其优点：定时简单、稳定，不易出现工作区冲突，程序编写容易；缺点：需要设置定时器计数初值和定时器中断，且可能会出现中断冲突，在特殊情况中断期间，不能定时，需设置中断优先级。比较两种方案，为了使红绿灯系统更加稳定可靠，本课程设计选择了方案二，具体参数设计和程序编写详见后面部分。3.3 系统软件的组成（1）根据设计要求和硬件电路的功能设计，交通灯的系统控制总流程图如下；中断初始化红绿灯初始化东西红灯亮，南北绿灯亮，延时25秒南北红灯亮，东西绿灯亮，延时15秒东西红灯亮，南北黄灯闪亮，延时5秒南北红灯亮，东西黄灯闪亮，延时5秒开始（2）主干道为绿灯，支干道为红灯，支线有车到达时，按下按键k2产生中断，主干线有绿灯变红灯，支干道由红灯变绿灯，当支干道车通过后，按下k4键，跳出中断，返回主程序，其流程图如下；中断入口 当车通过后，判断p3.7=1? y n中断返回保护现场南北红灯亮，东西绿灯亮，等待恢复现场（3）主干道为红灯，支干道为绿灯，主线有车到达时，按下按键k1产生中断，主干线有红灯变绿灯，支干道由绿灯变红灯，当主干道车通过后，按下k4键，跳出中断，返回主程序，其流程图如下外部中断保护现场南北绿灯亮，东西红灯亮，等待 y 当车通过后，判断p3.7=1? n 恢复现场（4）在紧急情况下，按下按键k0，主干道和支干道全是红灯亮，等待紧急情况结束后，按下k4键，跳出中断，返回主程序，其流程图如下；外部中断 y n保护现场紧急情况，四个红灯全亮，等待恢复现场紧急情况结束判断p3.7=1?（p3.7）,tiaochuzhongduan中断返回3.4 参数计算（1）对于用定时器t0扩展外部中断时，定时器采用方法2工作模式，定时器设定初值，th0=0ffh，tl0=0ffh,定时器t1定时10ms，定时器设定初值，th1=0d8h，tl1=0f0h。（2）延时子程序设定延时显示1秒。4 程序调试与仿真4.1程序调试(1)在wave6000编译软件中编辑程序，生成noname1.asm文件。(2)点击编译命令（或f9），对该程序进行编译，如果出现错误，对不正确的地方进行修改，待修改无误后，再编译程序，生成noname1.hex文件。(3)在proteus7.12软件中打开所设计的交通灯的电路原理图，将所生成的noname1.hex文件导入到单片机中，点击开始按钮，观察交通灯是否正常工作。(4)若交通灯不能按程序设计顺序工作，则在wave6000中打开原生产的noname1.asm文件，进行检查修改。(5)程序修改正确后，从第二步依次重复，待交通灯正常工作，程序设计最终圆满成功。4.2仿真电路5 课程设计体会经过近一个月的奋战我们的课程设计终于完成了。通过这次课程设计使我们明白了自己所学的知识还比较欠缺，自己要学习的东西还很多很多。在上课的时候老是觉得自己学的很好，什么东西都懂了，但是到了真正实践的时候才发现自己学的很肤浅，实践能力不强。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种综合锻炼。在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向指导老师请教。通过和同学、老师的共同努力，使我们学到了不少知识，收获很多宝贵财富。在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，“反复修改，不断改进”是程序设计的必经之路，因此设计出程序以后要不断对程序进行修改，同时在设计程序的过程中要养成注释程序的习惯，在对程序进行修改的时候，可以通过注释很容易的看出各句程序的功能，从而方便对程序的修改，而且也为以后的阅读提供方便。当程序设计出来之后，就可以通过仿真软件对其进行汇编，汇编通过后，就可以生成仿真所需要的文件类型。接下来就是系统的仿真过程，将生成的文件加载到系统图的单片机上，就可以进行系统仿真。通过仿真，检测所作设计是否能实现预期功能。这次的课程设计不仅是对个人知识的考验，还是对一种团结合作精神的考验，使我们懂得了合作的重要性。在整个设计中，培养了我们合作工作的能力，并且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的成就感，使我们终身受益。通过本次课程设计使我们深刻明白：知识必须通过实践才能实现其价值！理论和实践相结合才能体现知识的价值！虽然本设计还有很多不足之处，但它是我们以后设计更为精密的设备的基石。希望老师和同学提出宝贵意见。感谢老师在这次课程设计中的认真指导！参考文献1 胡汉才单片机原理与接口技术m北京：清华大学出版社，1995.62 楼然苗等51系列单片机设计实例m北京：北京航空航天出版社，2003.3 3 何立民. 单片机高级教程m北京：北京航空航天大学出版社，20014 赵晓安. mcs-51单片机原理及应用m. 天津：天津大学出版社，2001.35 肖洪兵. 跟我学用单片机m. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.86 夏继强. 单片机实验与实践教程m. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001 7于凤明单片机原理及接口技术m北京：中国轻工业出版社1998附1：源程序代码 org 0000h ljmp main org 0003h ljmp int0 org 000bh ljmp int1 org 0013h ljmp int2 org 001bh ljmp tt1 org 1000hmain: mov sp,#40h ；程序初始化 mov r6,#100 mov r1,#00h mov tmod,#16h mov th1,#0d8h ；中断初始化 mov tl1,#0f0h mov th0,#0ffh mov tl0,#0ffh mov ie,#8fh setb px0 setb it0 setb it1 mov 20h,#25 mov 21h,#5 mov 22h,#15 mov 23h,#30 mov 24h,#20 setb tr0 setb tr1star: mov 30h,20h mov 31h,23h st1: mov p1,#0deh ；南北绿灯亮25s，东西红灯亮30s st11: lcall disp cjne r1,#0ffh,st11 mov r1,#00h dec 30h dec 31h mov a,30h cjne a,#00h,st1mov 30h,21h ；南北黄灯闪烁5sst2: mov p1,#0ddh ；南北黄灯亮 st21: lcall disp cjne r1,#0ffh,st21 mov r1,#00h dec 30h dec 31h cpl p1.1 ；南北黄灯灭 mov a,30h cjne a,#00h,st21 mov 30h,24h mov 31h,22h st3: mov p1,#0f3h ；东西绿灯亮15s，南北红灯亮20s st31: lcall disp cjne r1,#0ffh,st31 mov r1,#00h dec 30h dec 31h mov a,31h cjne a,#00h,st3mov 31h,21h ；东西黄灯闪烁5s st4: mov p1,#0ebh ；东西黄灯亮 st41: lcall disp cjne r1,#0ffh,st41 mov r1,#00h dec 30h dec 31h cpl p1.4 ；东西黄灯灭 mov a,31h cjne a,#00h,st41 ljmp star ；程序返回到开始状态，交通灯循环工作tt1: mov th1,#0d8h ；定时器1定时10ms mov tl1,#0f0h djnz r6,exit mov r6,#100 ；定时器1循环100次，计时1s mov r1,#0ffh ；定时器计时1s标志位 exit: retiint0: push acc ；紧急情况中断 push psw push 30h push 31h mov p2,#0f0hint01: mov p1,#0dbh ；紧急情况时东南西北四个方向全亮红灯 mov p0,#3fh ；数码管显示00 jb p3.7,int01 ；判断p3.7口是否为0，为0紧急情况结束 pop 31h pop 30h pop psw pop acc retiint1: push acc ；南北中断 push psw mov th0,#0ffh mov tl0,#0ffh mov p2,#0f0hint11: mov p1,#0deh ；南北绿灯亮，东西红灯亮 mov p0,#