模电课程设计-交通信号灯控制器设计.doc

课 程 设 计 任 务 书学 院信息工程学院班 级电信11姓 名设 计 起 止 日 期2012.12. 24 2012.12.28设计题目：交通信号灯控制器设计任务（主要技术参数）：设计一个交通信号灯控制器电路，电路功能：红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯亮以警示作用。首先，南北方向红灯和东西方向绿灯亮35秒；然后，南北方向红灯和东西方向黄灯亮5秒；接着，南北方向绿灯和东西方向红灯亮35秒；最后，南北方向黄灯和东西方向红灯亮5秒。按时间先后依次闪动，此为一个循环共80秒，当循环结束时回到循环开始，形成一个不断循环的交通信号灯控制器电路。指导教师评语： 成绩： 签字： 年 月 日设计（论文）说明书用纸 NO.1交通信号灯控制器 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.1目 录1、实训目的.12、设计方案论证.1 2.1 设计电路的基本工作原理.1 2.2 设计电路采用的软件介绍.2 2.3 设计电路采用的方案.32.4 AT89C51及部分端口介绍.33、设计结果与分析.53.1 设计电路图（程序描述）.53.2 仿真结果.84、设计体会.95、参考文献.9沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.11、实训目的电子基础实训是继模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电子技术基础实验课程后，电子信息科学与技术专业学生在电子技术实验技能方面综合性质的实验训练课程，是电子技术基础的一个部分，其目的和任务是通过一周的时间，让学生掌握EDA的基本方法，熟悉一种EDA软件，并能利用EDA软件设计一个电子技术综合问题，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。通过课程设计使学生能熟练掌握一种EDA软件的使用方法，能熟练进行电路设计。软件可包括Proteus，multisim，protel，matlab，Viewlogic等通过课程设计使学生能利用EDA软件进行至少一个电子技术综合问题的设计。通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。2、设计方案论证2.1设计电路的基本工作原理如图1为电路的基本工作原理。沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.2图1 基本工作原理图2.2设计电路采用的软件介绍Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.3加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。2.3设计电路采用的方案近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。这次任务采用MSC-51系列单片机AT89C51来设计交通灯控制器，从而实现通过P2口设置红、绿灯亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯亮以警示作用。此设计方案实用性强、操作简单、扩展功能强。2.4 AT89C51及部分端口介绍如图2为AT89C51 。图2 AT89C51沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.4AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的主要特性：与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。AT89C51部分管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.53、设计结果与分析3.1设计电路图（程序描述）图3 完整电路图如图3为本次设计的完整电路图。上下两组灯为南北方向的信号灯，左右两组灯为东西方向的信号灯此外还包括时钟震荡电路和复位电路。为了提高亮灯时间的精确度，本次设计采用定时器计时来控制各个方向的亮灯时间。时钟周期T是时序中最小的时间单位。具体计算就是1/时钟源。时钟周期= 1/11059200 s。机器周期CPU完成一个操作的最短时间。一个机器周期是12个时钟周期。包含2个定时器：定时器0和定时器1。定时器：每经过一个机器周期，寄存器加1。因此，可以将机器周期看作为计数周期。表1位76543210符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0表1，特殊功能寄存器TCON，TF：定时器溢出标志。溢出时，该位自动置1。中断执行时硬件清零，或者软件清零。TR：定时器运行控制位，置1开始计时，清0停止计时。沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.6表2位76543210符号T1GATET1C/TT1M1T1M0T0GATET0C/TT0M1T0M0表2，特殊功能寄存器TMOD，T1和T0分别代表单片机两个计数器，GATE:该位被置位时为门控位。仅当TR1被置位并且INT1脚为高，定时器开始计数。当该位被清零时，只要TR1被置位，定时器1马上开始计数。C/T:该位为0的时候，用作定时器，该位为1的时候，用做计数器。#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit D1=P20;sbit D2=P21;sbit D3=P22;sbit E1=P23;sbit E2=P24;sbit E3=P25;main()uint c,i=100;TMOD=0x01; /12(65536-x)/11059200=0.05 x=19456 TH0=0x4c;TL0=0x00;TR0=1;while(1)if(1=TF0) 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.7 TF0=0;TH0=0x4c;TL0=0x00;i+;switch(c=i/100) case 1: case 2:case 3:case 4:case 5:case 6:case 7:D1=0;D2=0;D3=1;E1=1;E2=0;E3=0; break;case 8:D1=0;D2=0;D3=1;E1=0;E2=1;E3=0; break;case 9: case 10:case 11: case 12:case 13:case 14:case 15:D1=1;D2=0;D3=0;E1=0;E2=0;E3=1; break;case 16:D1=0;D2=1;D3=0;E1=0;E2=0;E3=1; break;default:i=100; break;沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.83.2仿真结果图4 仿真结果如图4为电路的仿真结果。沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.94、设计体会上个星期的模电课程设计让我懂得了不少，当看到这个实训课成设计时内心不由得兴奋起来，因为前三个题目就是模电上的，而且第一个我还做过，抱着更进一步的学习，我果断的放弃了前三个题目。考虑到这学期自学的单片机并对其有了点认识，就选了个电路相对简单的题目。通过这次课程设计，让我明白了学习是要靠自己的，而且还有经常去复习实践。在写程序时，本来想着用延时程序实现对电路的控制，经过大量的调试发现时钟存在时间误差，于是我就考虑用定时器，用过定时来控制电路，这有不得不让我重新去看视频翻看资料，但结果很不错，误差几乎没有了。除此之外还进一步了解和掌握了proteus软件的应用。5、参考文献1 谢宋和, 甘 勇. 单片机模糊控制系统设计与应用实例M. 北京: 电子工业出版社, 1999.5：20-252 潘新民, 王燕芳. 微型计算机控制技术M, 第2版. 北京: 电子工业出版社, 2003.4：305-3503 范立南, 谢子殿. 单片机原理及应用教程M. 北京: 北京大学出版社, 2006.1：123-1304 Newman W M, Sbroull R F. Principles of Interactive Computer GraphicsM. New York: McGraw Hill, 1979.10：10-255卜小明, 龙全求. 一种薄板弯曲问题的四边形位移单元J. 力学