单片机课程设计-交通灯.doc

单片机技术课程设计说明书 交 通 灯 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称专 业： 自动化 班 级： 完成时间： 2014年06月10日 湖南工学院课程设计任务书课 程： 单片机技术 课程设计题目： 数字电子钟 数字频率计 数字电压表 交通灯 抢答器 密码锁 波形发生器 数字温度计 计算器 数字式秒表 时 间： 20132014学年第二学期 指 导 教 师： 摘 要本设计是交通信号控制系统，类似于模拟真实路况设计。近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用在不断的深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。单片机往往作为一个核心部件来使用。随着交通的日益方便，同时交通的路况不断的复杂，所以一个方便简洁实用的交通灯日益涌现。当今是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。一个好的交通控制系统，将给道路拥挤，违章控制等方面给予技术革新，随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及在控制技术方面的广泛应用。设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本设计采用单片机系统以及外部设备，采用的是单片机汇编语言来编写程序。基于AT89S52这款单片机，事先已经做好电路实物图，程序设计使用软件KEIL4编写，使用USB将程序生成16进制文件下载到单片机里面然后再运行。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯的管理，用以控制过往车辆的正常通行。关键词：交通灯；单片机；汇编 ABSTRACT In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM in constant development, and promote the traditional control detection technology is updated. Microcontroller as a core component to use.The modern age is an era of automation, traffic light control and many other sectors of the equipment are closely related with the computer. A good traffic control system, will give road congestion, illegal control give technical innovation, along with the large scale integrated circuit and the rapid development of computer technology, as well as a technology in the control of the application. Equipment had very great progress, is the modern science and technology development direction.This design uses a single chip system and an external device, is used in single-chip assembly language to write procedures. The single chip microcomputer based on AT89S52, have good circuit diagram, program design using the software is written in KEIL4, using USB procedures to generate 16 hex file downloaded to a single-chip inside and then run.This article mainly from the application of SCM to realize the crossroads traffic lights management, to control the vehicle past the normal traffic. Key words:The traffic lights;Single chip microcomputer;Compilation 目 录1功能概述11.1课题任务与功能要求11.2方案概述12课题硬件系统设计32.1各模块的电路简介32.2系统电路图32.3元器件清单42.4硬件测试43软件系统的设计53.1使用单片机资源的情况53.2 软件系统各模块功能简介53.3 软件系统程序流程框图54设计结论与误差分析104.1使用说明104.2设计体会104.3仿真结果104.4误差分析124.5 教学建议13结束语14参考文献15致 谢17附 录18附录A：电路原理图18附录B：PCB图19附录C：元件布局图20附录D：元件清单20附录E:交通灯程序清单221功能概述1.1课题任务与功能要求 设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。1.2方案概述 本设计采用的是单片机以及其外部设备组成硬件电路，其中包括单片机、数码管显示器。数码管的P0口接段控，P2口接位控。除此之外还有晶振电路、复位电路、电源电路和下载口电路。程序设计采用的是汇编语言编写，本设计是十字路口交通灯，S1为甲路主干道控制键，S2为乙路次干道控制键，S3为紧急车辆控制键，S4为结束键。 AT89S52 是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。它带有8K Flash 可编程和擦除的只读存储器（EPROM），该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51和80C52的指令系统及引脚兼容，片内Flash 集成在一个芯片上，可用与解决复杂的问题，且成本较低。交通灯系统结构如图1所示。 图1 交通灯系统结构图 2课题硬件系统设计2.1各模块的电路简介 (1)单片机最小系统单片机最小系统包括电源电路、时钟电路和复位电路。只有当单片机有了这些电路才会工作。电源电路给单片机供电，时钟电路给单片机提供计数时间，复位电路可以实现单片机的复位。(2)按键电路按键电路的设计就是在一段公共接地，另一端通过上拉电阻接到P1口，当有键按下时，相应的口就会变成低电平，产生一个下降沿。(3)流水灯电路流水灯电路直接挂接在单片机的P3口上，采用共阳接法。蜂鸣器接在P3.1口上。(4)数码管电路数码管的段控口接在单片机的P0口上，位控通过三极管接在单片机的P2口上。(5)下载口电路下载口的1脚接在P1.5口，2脚悬空，3脚接在单片机的复位口上，4脚接P1.6口，5脚接P1.7口，6脚接地，7、8、8、10脚接地。2.2系统电路图 （1）电路原理图见附录A。 （2）PCB图见附录B。 （3）元件布局图见附录C。2.3元器件清单所需元器件清单查看附录D。2.4硬件测试 实物做好后，使用USB下载线连接单片机的下载口和电脑的USB口，把老师给的测试程序编入单片机中，检查是否各模块的功能显示正常。若有问题，则需对实物进行检查并修改。3软件系统的设计 3.1使用单片机资源的情况（1)按键S2、S3、S4接到单片机的P1口 (2）数码管显示位控接到单片机的P2口。段控接到单片机的P0口。（3）下载部分用到单片机的P15、P16、 P17。（4）单片机的电源、复位单元等。3.2 软件系统各模块功能简介(1)主程序主程序的主要功能是上电显示P.。(2)显示子程序 显示函数主要完成数码管的动态显示，将相应的段控码送往P0口，相应的位控码送往P2口。实现显示需要的字符信息。(3)中断程序 主要采用定时器0中断，50ms中断一次，通过累加次数达到延时。(4)延时子程序其中包括延时500ms和1s函数。延时函数在显示函数中用到，采用定时器0中断延时。3.3 软件系统程序流程框图 主程序流程框图如图2所示图2 程序流程框图 键扫子程序流程框图如图3所示 图3 键扫子程序流程框图 显示子程序流程框图如图4所示 图4 显示子程序流程框图 显示延时程序流程框图如图5所示 图5 延时程序流程框图 4设计结论与误差分析4.1使用说明 本次课程设计的S2为甲乙车道通车键，S3为自定义复位键，S4为紧急车道通车键，S5为系统复位键。当按下S1键时，甲车道开始通车。（1）将+5V电源接到单片机最小系统电源插口上，接通电源开关。（2）在计算机上通过avr fighter软件把计算器程序下载到单片机内。（3）将交通灯程序下载到单片机，按下S2键，甲车道绿灯亮60S，乙车道红灯亮60S，数码管显示数字60并开始倒计时。然后乙车道红灯不变，甲车道黄灯闪3次，一秒闪烁1次，数码管倒计时3秒。然后乙车道绿灯亮30S，甲车道红灯亮30S，数码管显示数字30并开始倒计时。接着甲车道红灯不变乙车道黄灯闪3次，一秒闪烁1次，数码管倒计时3秒。依次循环。（4）按下S3键，自动复位显示P.。（5)按下S4键，紧急通车，甲乙红灯都亮，数码管倒计时10S。4.2设计体会 这次课程设计持续了几周时间，刚开始以为可以想玩点小聪明可以复制别人的程序，可是到后来才发现不行，一切都需要自己动手，别人拷贝过来的程序虽然好，但是什么也不懂。所以后来就自己花了大量的功夫来编程序。自己认真再次学习了汇编语言的，还有熟练了PROTEUS和KEIL软件的运用，还更好的锻炼了用VISIO画流程图。虽然大部分都是借鉴的，只是照着描描但自己还是用心去弄懂了。有时间还是会更多锻炼的。感觉这些软件都越来越顺手了。4.3仿真结果(1）上电时，数码管上的显示 显示系统提示符“P.”进入准备工作状态，如图6所示。（图示LED灯从左到右依次是，主道干路上的黄灯、红灯、绿灯；次道干路上的黄灯、红灯、绿灯 图6 上电时的数码管显示(2)在正常情况下，LED循环说明： 设LED灯从左至右前六个灯分别为：甲干道绿灯、黄灯、红灯；乙干道绿灯、黄灯、红灯（下面操作显示的各道路灯口皆按此设置）。交通灯上电后,8位数码管显示初始状态即最右边的一个数码管显示“P.”。按下左边第一个按键，交通灯进入运行状态，甲干道绿灯亮，乙干道红灯亮，并且同时数码管从60s开始倒计时；倒计时结束，甲干道绿灯灭，黄灯亮且闪烁，乙干道红红亮，数码管显示倒计时3S；此次计时结束，甲干道红灯亮，乙干道绿灯亮，同时数码管从30s开始倒计时；倒计时结束，乙干道绿灯灭，黄灯亮且闪烁，甲干道红灯亮，计时结束，一轮循环就此完成。如图7所示: 图7 倒计时60时显示（3）紧急情况时：按下左边第二个键紧急键，交通灯启动紧急状态，甲、乙两干道红灯同时亮起，数码管显示10秒倒计时，倒计时结束后，交通灯系统回到启动紧急情况前的状态，恢复正常通行。如图8所示:图8 紧急状态显示 （4）结束 按S7键灯全部灭掉，回到“P.”状态，如图9所示： 图9 回到初始状态显示4.4误差分析 将自己的板子模拟交通灯的时间和手机时间相比较，出现啦误差。通过对延时函数的调整尽量做得完美。但是由于按键等方面的延时造成的原因没有办法消除，所以没有办法。 硬件原因：单片机的时钟信号是由外部的振荡电路所提供，在芯片的外部通过接XATL1与XATL2这两个引角跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。因为电子原件不可能就有我们所设计的那么理想（电容的容量，振晶的输出频率）所以会造成我们的时间准确有误差。 4.5 教学建议 希望在程序存在缺陷，功能不能完全实现的时候，能得到老师的支持和鼓励。能够给点时间完善缺陷。希望老师能理解我们的苦衷，能够对我们的努力给予肯定。 另一方面在实践的过程，希望老师多多指导。并多多开些将理论用于实际的课程，将来对于我们就业很有帮助。 结束语 将设计的程序下载到单片机中，通过测试，基本上完成了任务书的要求，并相应的完成了十字路口交通灯的控制。通过本次课程设计，让我明白除了要求我们做课程设计，而最主要的是让我们能把学习中的更加广泛地运用到实际生活中来。交通灯的设计就是一个很明显的例子，以前的我们并不知道交通灯是什么原理而来，可是现在我们知道了。所以，在以后的学习中，我们要以把学习运用到生活中为目标。以更好的学习来回报自己的努力！ 参考文献1 李勋等.单片机实用教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2000Li Xun and so on. microcontroller Practical Guide M. Beijing: Beijing Aerospace University Press, 20002 王幸之等.单片机应用系统抗干扰技术M. 北京：北京航空航天大学出版 社，1999Wangxing the other. microcomputer application system interference technology M. Beijing: Beijing Aerospace University Press, 19993 何为民.低功耗单片微型计算机系统设计M. 北京：北京航空航天大学出版 社，1994What the people. low-power single-chip micro-computer system designM. Beijing:Beijing Aerospace University Press, 1994 4 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京：北京航空航天大学出 社2003. Shen Hongwei SCM application system design examples and analysis M. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics 2003 the club.（in Chinese） 5 张毅刚主编.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工大学出版社，1990.8. Zhang Yigang editor MCS-51 microcontroller application design M. Harbin : Harbin Engineering University Press, 1990.8 .（in Chinese）6 何立民编著.MCS-51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，1990.1. He Limin edited MCS-51 series single-chip application system design and system configuration interface technology M. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,1990.1.（in Chinese）7 李光飞.单片机C程序设计指导M.北京:北京航空航天大学出版社，2003.01. Li Guangfei microcontroller C programming guide M. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,2003.01 .（in Chinese）8 王雷，王闪.单片机应用系统抗干扰技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002. Wang Lei , Wang flash microcomputer application system jamming technology M. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,2002.（in Chinese）9 周慈航.单片机应用程序设计技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2002. weeks Cihhang MCU application design techniques M. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,2002.（in Chinese）10 何立民.MS-51系列单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版 社,1999. He Limin MS-51 series single-chip application system design M.Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 1999.（in Chinese）致 谢 此次单片机课程设计，从最初的选题，到后来的初稿、定稿，并不是一帆风顺的。在这期间，有很多人给了我帮助，给了我建议。 首先，我要感谢肖老师对我的悉心指导。在此次的课程设计中，由于自身知识的匮乏和学术能力的欠缺，肖老师给我指出了课程设计中的诸多不足之处，让我能够及时改正。肖老师诲人不倦的精神和治学严谨的态度，让我无比钦佩。还要感谢学院的其他老师，单片机技术作为一门综合性的专业基础课程，需要多学科的知识积累，是你们的谆谆教导给我打下了扎实的基础，同时也学到了如何做人，你们的言传身教将让我终身受益。 其次，感谢我的同学们。感谢你们在我的写作过程中帮我查阅文献资料，给我提出建议。 最后，我还要感谢我的亲人，谢谢你们在远方对我的关心、支持与鼓励，让背井离乡的我依然感受到温暖。 我始终相信，没有比人更高的山峰，没有比脚印更长的旅程！虽然单片机课程的学习已经结束，但学习是永无止境的。我将继续前行，去攀登知识的高峰，踏遍学问的大道，生命不息，奋斗不止！附 录附录A：电路原理图 附录B：PCB图PCB底层图：附录C元件布局图：附录D：元件清单元器件名称型号数量 单片机 AT89S52 1片 芯片座 40脚 1个 四位一体数码管 共阳极 2个 晶振 12MHZ 1个 瓷片电容 33pf 2个 电阻 1K 4个 电阻 470 8个 电阻 200 1个 电容 22uf 2个 驱动芯片 74HC573 1个芯片座 16个 2个 排阻 470 1个 排阻 10K 4个LED灯 红 9个 单排插针 8脚 4排 下载口 10针 1个按键 10个 六脚开关 1个附录E:交通灯程序清单/*课程设计名称：交通灯功能说明：设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。编写者：*完成时间：2014年06月*/* P2口位控口，P0口段控口，P1口按键，P3口发光二极管*/#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit S4=P10; /启动交通灯控制器sbit S5=P11; /关闭交通灯控制器sbit S6=P12; /应急车辆控制器sbit b1=P30; /主通道红灯 sbit b2=P31; /主通道绿灯sbit b3=P32; /主通道黄灯sbit b4=P34; /次通道红灯sbit b5=P35; /次通道绿灯sbit b6=P36; /次通道黄灯char t2,t3,t4;uchar a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10,a11,a12,a13,a14,a15,a16,a17,a18,a19,a20,a21,a22;uchar F1,F2,F3,F4;/*/*F1为主次车道标志位，F2为主车道黄灯闪烁标志位，F3为次车道黄灯闪烁标志位，F4为应急事件标志位*/*/*共阳数码管字型码数组*/*0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,灭*/uchar code TA=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff;/*函数的声明*/void display(uchar A,uchar B,uchar C,uchar D);/*数码管显示函数*/void delay(uint h);/*延时函数*/void init();/*初始化函数*/*/*主函数*/void main() while(1)init();/初始化 P0=0x0c; /显示P.P2=0x88; if(S4=0)/判是否启动交通灯控制器delay(5); /消抖if(S4=0)t2=60;t3=57;a5=t2/10;a6=t2%10;a7=t3/10;a8=t3%10; F1=1;/主次车道标志位TR0=1;/开定时器0b2=0;/主车道绿灯亮b4=0;/次车道红灯亮 while(1) display(a5,a6,a7,a8); if(S5=0) /判是否关闭交通灯控制器 delay(5);/消抖if(S5=0) TR0=0; /关定时器0TR1=0; /关定时器1P3=0xff; /熄灭所有灯a1=0;a2=0; break; if(S6=0)/判是否开启应急车辆控制器 /消抖delay(5);if(S6=0) TR0=0; /关定时器0a11=F2; /保存主车道黄灯闪烁标志位a12=F3; /保存次车道黄灯闪烁标志位F2=0;F3=0;/*保存开启应急车辆控制器之前的所有显示数据*/a13=b1; a14=b2; a15=b3; a16=b4; a17=b5; a18=b6; a19=a5; a20=a6; a21=a7; a22=a8; TH0=(65536-50000)/256; /重新赋初值 TL0=(65536-50000)%256; TR1=1; /开定时器1a1=0;a2=0; a3=0; /应急事件完成标志位 F4=1; /应急事件开标志位 t4=10; a9=t4/10; a10=t4%10; while(a3=0) display(a9,a10,a9,a10); P3=0xee; /都亮红灯 /*恢复开启应急车辆控制器之前的所有显示数据*/ if(a3=1) F2=a11;F3=a12;a5=a19; a6=a20; a7=a21; a8=a22; b1=a13; b2=a14; b3=a15; b4=a16; b5=a17; b6=a18; /*/*数码管显示函数*/ void display(uchar A,uchar B,uchar C,uchar D)P0=TAA;P2=0x80;delay(2);P2=0x00; P0=TAB;P2=0x40;delay(2); P2=0x00;P0=TAC;P2=0x