[工学]湖南工学院51单片机交通灯课程设计说明书及程序说明.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 副教授 专 业： 通信工程 班 级 完成时间： 2012年12月24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 适 用 班 级： 自本10034、电子10012 电气本10012、通信本10012时 间： 20122013学年第一学期 指 导 教 师： 王 韧 单片机技术课程设计任务书一、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。二、适用班级：自本10034、电子10012、电气本10012、通信本10012三、指导教师：王韧四、设计目的与任务：学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在单片机技术中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。五、设计内容与要求 设计内容1、数字电子钟设计一个具有特定功能的电子钟。该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“p.”， 进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。2、数字频率计设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“p.”， 进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。3、数字电压表设计一个能够测量直流电压的数字电压表。测量电压范围05v，测量精度小数点后两位。该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“p.”， 进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“p.”状态。4、交通灯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。5、抢答器设计一个具有特定功能的抢答器。该抢答器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。主持人按下开始按钮后，抢答开始并限定时间30s；10s内无人抢答，蜂鸣器发出音响；主持人按下开始按钮之前有人按下抢答器，抢答违规，显示器显示违规台号，违规指示灯亮，其它按钮不起作用；正常抢答，显示器显示台号，蜂鸣器发出音响，其它抢答按钮无效；正常抢答下，从按下抢答按钮开始30s内，答完按钮没按下，则作超时处理，超时处理时，违规指示灯亮，显示器显示违规台号。蜂鸣器发出音响；各台数字显示的消除，蜂鸣器音响及违规指示灯的关断，都要通过主持人按复位按钮。6、密码锁设计一个具有特定功能的密码锁。该密码锁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。该密码锁具有系统原始密码888888，用户可以设定并存储用户密码，密码输入时应处于保密显示状态，密码输入正确时应显示密码输入正确提示信息，否则，显示密码输入错误提示信息。7、波形发生器设计一个具有特定功能的波形发生器。该波形发生器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。该波形发生器可以分别产生幅值05v、频率100hz100khz范围内的三角波、锯齿波、方波、梯形波和正弦波。8、数字温度计设计一个具有特定功能的数字温度计。该数字温度计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。测量温度范围099，测量精度小数点后两位，可以通过开始和结束键控制数字温度计的工作状态。9、计算器设计一个具有特定功能的计算器。该计算器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。能实现（1）基本的加、减、乘、除、平方、开方；（2）三角函数运算；（3）十进制、十六进制转换运算；（4）其他功能。10、数字式秒表设计一个具有特定功能的数字式秒表。该数字式秒表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。该数字式秒表应具有开始、暂停、连续、清零和停止功能。设计要求1、以上课题可以任选其一或多选，学生也可以自拟课题；2、编程语言：汇编或c51；3、计算机打印单片机技术课程设计说明书一份；4、设计时间：一周；5、实物制作；6、人员分组：一人一组一实物。六、单片机技术课程设计说明书正文主要内容参照“单片机技术课程设计说明书正文主要内容”文件。七、单片机技术课程设计说明书书写规范格式 参照“单片机技术课程设计说明书书写规范格式”文件。八、参考资料1、马忠梅，单片机的c语言windows环境编程宝典m, 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6； 2、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 ；3、李光飞,单片机课程设计实例指导m,北京:北京航空航天大学出版社，2004.9。电气自动化教研室 2012年9月10日摘 要十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来做到如此的井然有序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。设计一个用于东西、南北走向的交通灯。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设为60秒、支干道每次通行间为30秒。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、紧急通车的功能。本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性，对优化城市交通具有一定的意义。本次课程设计由at89s52单片机为核心，由按键、八位数码管组成，采用的是c语言编程，单片机的晶振为12mhz。硬件系统已经提前完成，程序设计是在keil3的环境下编写的，用usb将程序下载到单片机里面，实现了硬件和软件结合。经过反复测试，本课程设计基本达到了任务书中的功能要求。关键词 ：交通灯；单片机；数码管abstractcrossroads transports, pedestrian bustling, garage lane, pedestrian humanitarian, in an orderly way. so on what to do so in order? the traffic lights on is the automatic command system. design one for things, north-south traffic lights. north and south direction (road) lane and things direction (a trunk road) lane two cross road vehicle alternating operation, main road each passing time set to sixty seconds, a road between each passage for 30 seconds. system in addition to the basic traffic light function outside, still have the countdown, emergency traffic function. the system structure is simple, easy to operate; can realize automatic control, has some of the intelligent, to optimize the urban traffic has certain significance. the curriculum design by at89s52 scm as the core, the key, eight digital tube composition, uses is the c language programming, scm crystal oscillator is 12 mhz. hardware system has been finished, and the program design is in keil3 environment, written with usb will program download to scm inside, realize the combination of hardware and software. after repeated testing, this course the design to achieve basically is the specification of the functional requirements.key words: traffic lights; single chip microcomputer; digital control目 录1 课程设计要求及总体方案介绍11.1 设计课题任务11.2 功能要求说明11.3 设计课题总体方案介绍11.4 设计课题工作原理说明12 硬件系统设计22.1 硬件电路各模块功能简介22.1.1 功能芯片at89s5222.1.2 按键电路22.1.3 流水灯电路22.1.4 下载口电路22.1.5 数码管电路22.1.6 复位电路22.1.7 电源电路22.2 系统整体设计框图32.3 电路原理图、pcb图、元器件布局图32.4 元器件清单33 软件系统的设计43.1 使用单片机资源的情况43.2 软件系统各模块功能简介43.2.1 主程序43.2.2 显示子程序43.2.3 延时子程序43.2.4 中断程序43.3.1 主程序流程图44.1 使用说明74.2 设计体会与不足74.3 教学建议7结束语8致 谢9参考文献10附 录11附录a：电路原理图11附录b：pcb图12附录c：元件布局图13附录e:交通灯程序清单151 课程设计要求及总体方案介绍1.1 设计课题任务 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 功能要求说明按下s2键，系统开始工作.模拟主车道通车，主车道通车时间为60s,数码管显示时间并开始倒计时。接着黄灯闪烁3次，一秒一次，次车道开始通车，通车时间为30s，数码管开始倒计时，接着黄灯闪烁。主次车道依次运行。按下s3,结束并返回p.。按下s4键，紧急车辆通行，主次车道红灯全亮。1.3 设计课题总体方案介绍本设计采用单片机以及其外部设备组成硬件电路，其中包括at89s52单片机、数码管显示器、按键、led灯。数码管的段控接p0口，位控接p2口。独立式键盘接在p1口上。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c语言编写。本设计一共有两个车道，其中s1为甲车道通车键，s2到乙车道通车键，s3为自定义复位键，s4为紧急车辆通车键。1.4 设计课题工作原理说明 （1） 首先了解实际交通灯的变化情况和规律，假设十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西南北都亮。然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭， 南北黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间再转状态4，南北绿灯灭，南北黄灯闪几下，东西还是为红灯亮，一短时间后又循环至状态1. （2） 通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理，每延时一段时间灯的情况会按交通灯的显示规律进行状态转换。 （3） 通过延时把时间送入数码管显示器，在原有的交通信号灯系统的基础上可以增添其倒计时间的功能，实现功能的扩展。2 硬件系统设计2.1 硬件电路各模块功能简介2.1.1 功能芯片at89s52 本次设计采用了atmel公司生产的at89s52芯片，低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统中可编程flash存储器。256个字节单元ram,32位i/o口线，价格较底，满足本次设计的要求。2.1.2 按键电路 按键电路的设计就是在一端公共接地，另一端通过上拉电阻接到p1口，当有按键按下，相应的口就会变成低电平，产生一个下降沿。2.1.3 流水灯电路此电路起交通指示作用，交通指示的实现也是次设计的根本目的。此电路是就是模拟的交通灯，采用动态显示方式点亮二极管。流水灯电路直接挂接在单片机的p3口上，采用共阳接法。2.1.4 下载口电路 下载口的1脚接p1.5口，2脚悬空，3脚接单片机的复位口，4脚接p1.6口,5脚接p1.7口，6脚接地，7、8、8、10脚接地。2.1.5 数码管电路数码管的段控口接在单片机的p0上，而位控口通过三极管接在单片机的p2口上。2.1.6 复位电路复位电路是使单片机的cpu或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。本电路由一个电阻和一个电容组成上电复位。2.1.7 电源电路 电源电路为at89s52提供稳定的电压，成本低。2.2 系统整体设计框图 主控芯片 at89s52电源电路发光二极管 电路复位电路下载口电路 数码管显 示电路键盘接口晶振电路 图1 系统整体设计框图2.3 电路原理图、pcb图、元器件布局图 （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。2.4 元器件清单 (4)元器件清单见附录d.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、 p7。（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3.2.1 主程序主程序的主要功能是上电显示p.。3.2.2 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。3.2.3 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。3.2.4 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。3.3 软件系统程序流程框图3.3.1 主程序流程图 （1） 主程序流程框图如图1所示。 （2） 延时函数流程框图如图2所示。 （3） 显示函数流程框图如图3所示。图2 主程序流程图 图4 显示函数流程框图 图3 延时函数流程框图4 设计结论与体会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 设计体会与不足体会：在本次交通灯的设计过程中用，采用c语言来编写程序，刚开始遇到了的难题是紧急功能难以实现，后来通过请教暑假培训的同学，思路打开后问题就迎刃而解了，在编程的过程中发现程序的先后顺序会影响程序的功能执行。虽然很辛苦，但是设计结束之后觉得很充实。不足：理论知识的局限导致c编程的时候有很多阻碍，从而有些功能难以达到功能要求，本次设计的缺陷在于数码管倒计时采用延时方法可能存在误差。4.3 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。 结束语 课程设计一晃眼就过去了，通过这次单片机课程设计，我看到了自己的不足。学到了很多东西。此次在老师的指导下，选择运用单片机设计了一个交通灯控制系统。从给定电路图的分析到实际电路元件的识别、焊接，再到后期的程序设计以及系统调试，初步掌握了运用单片机系统设计特定功能的设计步骤，也对单片机有了更深的体会。了解和掌握了一些简单的编程思想。这次的课程设计让我把单片机的理论知识运用的实践中，实现了理论与实践的相结合，从中更懂得了理论是实践的基更能检验理论的真实性，让我受益匪浅。在硬件电路的设计过程遇到了很多的困难，我克服了困难，完成了把程序加进硬件的课程设计，培养了自己的动手能力。致 谢 设计终于画上句号,首先要感谢我的指导老师王韧老师,他指导我们学习和设计的方法，让我们走出迷茫，在设计中充实自我。感谢老师的对我们的严格要求，使我给自己有一个正确的定位，发现自己的不足，感谢其他所有帮助过的同学，因为有了他们的帮助，我才能更好的完成任务。在此,祝老师工作顺利,身体健康,家庭幸福,祝同学们学业有成，心想事成。参考文献1李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2007.06li guangdi.mcu basicm.beijing:beihang university press,2007.062阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.07 yan shi.digital electronictechnology basis(4rd edition).beijing:beijing higher education press,1998.073邱光源.电路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.05 qiu guangyuan.electrocircuit(5rd deition).beijing:higher education press,2006.05附 录附录a：电路原理图附录b：pcb图pcb总布线图：pcb底层图：附录c：元件布局图元件布局图：附录d：元件清单元器件名称规格数量（每个）at89s52加底座40p1四位一体共阳数码管加底座40p2晶振12mhz1发光二极管9单排插针40p1三极管90129蜂鸣器1小按键9下载口座子1六脚按键开关1usb电源线加接口1电阻2001电阻1k3电阻47024短路冒2电解电容22uf1瓷片电容33pf2排阻10k2附录e:交通灯程序清单/*课程设计名称：交通灯设计者：通信工程1002班 唐莉佳；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。完成时间：2012年12月23日*/程序清单：/* p.显示程序*/* crystal=12mhz */ *p2口位控口，p0口段控口 */#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*共阳数码管字型码数组*/*0,1,2,3,4,