单片机红绿灯报告.doc

单片机微机原理课程设计交通红绿灯模拟2016年电子工程专业2014级卓越工程师班单片机与微机原理及应用课程设计报告设计题目： 十字路口红绿灯模拟设计 专业班级： 电子卓越1401班 学生姓名： 林晓强 学生学号： 5120141478 指导教师： 聂诗良、许超（助教） 答辩日期： 第13周周六上午9点 答辩地点： 综合楼4-311实验室 西南科技大学信息工程学院制2016年5月目 录1.摘要11.1课程设计制作题目及要求12.系统方案设计12.1设计思路12.2总体设计框图23.硬件设计23.1 硬件选型23.2 系统硬件电路原理详图43.3 实际连线详图53.3.1共阴极数码管原理图以及四位数码管引脚图53.3.2红绿灯模拟仿真电路53.3.3 51单片机主控实物图以及原理图54.软件设计64.1 软件功能设计64.2 软件流程设计74.2.1主流程图74.2.2 按键判断84.2.3 数码管显时85.软件调试95.1 单元调试95.1.1 显示模块测试95.1.2 按键模块测试95.2 总体测试96.心得体会97.参考文献10附录111附录221十字路口红绿灯设计1摘要（1） 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。 （2） 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。本系统采用AT89S52单片机来设计交通灯控制器，实现了红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示；红绿绿灯时间可调节（根据实际情况灵活控制）并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。1.1课程设计制作题目及要求用AT89S52单片机模拟十字路口红绿灯。要求：南北方向和东西方向各三个led灯（红黄绿），并用数码管显示通行的时间，通行时间可通过按键修改。要求： （3） 红绿灯交替：初始化时南北方向绿灯放行，最后5s黄灯警告，东西方向红灯禁止通行，然后南北方向和东西方向状态切换。（4） 交替时间可控：绿灯亮起通行时间可以通过按键增加或者减少。（5） 时间用数码管时刻显示：南北方向和东西方向红绿灯亮的时间时刻由两位数码管显示。2.系统方案设计2.1设计思路为了实现十字路口交通灯的模拟，我们首先在网上收集相关资料，然后在到实际交通路口观察红绿灯工作情况，在然后进行仿真软件的仿真，最后进行单片机实物的模拟测试。此设计的时间控制用AT89s52的定时器进行，设定定时器初值为46080，（由于晶振为11.0592,故所记次数应为46080，计时器每隔50000微秒发起一次中断），记录20次中断标志为1s，同时用口的电平转换来检测按键，来判断相应的功能。用数码管显示时刻相应的时间。2.2总体设计框图3.硬件设计3.1 硬件选型单片机特点：（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。数字逻辑电路特点：用数字电路逻辑器件组成控制电路，这样原理简单清楚，但是调节起来很复杂，需要更改电路结构。 根据设计要求及设计的需要我采用单片机来作为控制手段，选用AT89S52单片机作为该课程设计的核心来对数字信息进行处理及储存。它是一个低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。3.2 系统硬件电路原理详图3.2.1复位电路原理图以及时钟电路原理图3.3 实际连线详图3.3.1共阴极数码管原理图以及四位数码管引脚图 3.3.2红绿灯模拟仿真电路3.3.3 51单片机主控实物图以及原理图 4.软件设计4.1 软件功能设计 利用单片机的定时器产生准确的时钟信号，从而进行时间控制，控制十字路口的红、黄、绿灯交替亮灭。并且使用共阴极四位LED数码管，时刻显示当前路口的红灯或者绿灯还将持续的时间。两个方向的通行时间可用按键进行设置,可以控制路口的红绿灯的持续时间，这样模拟现实中的不同时间段，车流量不同而智能控制时间，这样更加合理的控制路口的通行，提高道路的通行效率，系统的启停和复位也由按键控制。4.2 软件流程设计4.2.1主流程图4.2.2 按键判断4.2.3 数码管显时5.软件调试5.1 单元调试5.1.1 显示模块测试首先在硬件电路上按照要求连接数码管，然后由单片机控制，看能否控制数码管显示任何组合，测试通过则开始调试红绿灯程序代码，不通过则检查问题，硬件问题或者软件问题。然后连接6个LED灯，模拟交通灯的过程中，由于南北方向和东西方向的情况分别一样，所以只是用一组LED，连接好硬件电路之后，用万用表的测试通断档检测每个LED的好坏，有问题则更换LED，没有问题则进去软件调试。最后在中断完成扫描一次数码管，看数码管的显示是否良好，消隐是否消彻底，测试完成后，确认无误则进行下一步测试。5.1.2 按键模块测试在按键接入电路之后，用万用表的测试通断档检测每个按键按下时，按键是否接通如果接通，则按键电路硬件无误，在软件程序里面测试，每个检测按键的程序都延时一小段时间在检测按键情况，如果按键情况不变，则判断执行按键程序，如若延时后按键情况消失，则判断为系统的电源抖动，不予处理。5.2 总体测试在程序搭建完成之后，结合硬件进行最后的测试，用按键控制时间加减，然后观察程序的BUG，做多种尝试，尽量消除完程序存在的BUG，比如时间如果减为0，或者时间加到数码管显示的最大值之后怎么处理，都是我们程序里面要考虑到的问题，然后检测中断程序控制的 时间与实际时间的差距，尽量调整时间没有差距，这也是程序控制与实际的结合，达到误差标准之后，然后运行程序，要求时间持续时间长，如果出现问题，那么就要分析问题原因，是硬件问题还是软件BUG，将问题处理完之后，作品完成。6.心得体会在调试的过程中，遇到很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意焊错了线，由于对单片机理论的不熟悉导致编程出现错误。第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验。对于这次单片机综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。第三，在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力,对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。再次感 谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。7.参考文献1 周伟，淮阴师范学院，数学科学学院，c语言程序设计课程教学研究，维普期刊资源整合服务平台。2 谭浩强，c语言程序设计（第四版），清华大学出版社，北京，2010年。3郭天祥. 十天学会单片机。附录1C语言源程序代码#include#include#define uint unsigned int /宏定义#define uchar unsigned char /宏定义#define GPIO_LED P3 /数码管段选sbit K1=P10;/按键1sbit K2=P11;/按键1sbit K3=P12;/按键1 uchar code wetable= 0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;/共阴极数码管位选 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7 0xef,0xdf,0xbf,0x7f 共阳极数码管位选uchar code dutable= 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /数码管段选uchar code LEDFLAG = 0xde,0xdd,0xf3,0xeb ;/LED灯亮的四种状态uint closedu,closewe,n1=0,n2=0,n=0;/void TimerConfiguration();void init();unsigned char Time,shi1,ge1,shi2,ge2,wenum,count,Time; /定义变量void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2); /时间显示函数void delay(uint z); /延时函数void Delay10ms(void); /10MS延时函数void main(void) /unsigned char Time=0;uchar n0=0;uchar k=0,k1=0,k2=0;uchar m=0 ;P1=0xff;GPIO_LED=0X00; /n1=30;n2=n1;shi1=n1/10;ge1=n1%10;shi2=n2/10;ge2=n2%10;/手动选择初始化时间display(shi1,ge1,shi2,ge2);/时刻显示设置时间值while(1)if(K1=0)/检测按键K1是否按下delay(1000);/消除抖动if(K1=0)/确认按键K1按下n1+; /手动加时间n2=n1;shi1=n1/10;ge1=n1%10;shi2=n2/10;ge2=n2%10;Delay10ms();if(K2=0)/检测按键K2是否按下delay(1000);/消除抖动if(K2=0) /确认按键K2按下n1-; /手动减时间n2=n1;shi1=n1/10;ge1=n1%10;shi2=n2/10;ge2=n2%10;Delay10ms(); if(K3=0)/检测按键K3是否按下delay(1000);/消除抖动if(K3=0) /确认按键K3按下 init();/计时器初始化，开始倒计时 n0=n1+n2;k=n0;k1=n1;k2=n2;while(1)if(Time=20) n0-; n1-; n2-;if(n0k1+5)P0=LEDFLAG0 ;/delay(100);else if(n0k1&n0=k1+5)P0=LEDFLAG1;else if(n05)P0=LEDFLAG2;else if(n00)P0=LEDFLAG3 ;if(n0=1)n0=k;if(n1=0)n1=k1;if(n2=0)n2=k2;Time=0; shi1=n1/10;ge1=n1%10;shi2=n2/10;ge2=n2%10;display(shi1,ge1,shi2,ge2);display(shi1,ge1,shi2,ge2);void Delay10ms(void) /误差 0us unsigned char a,b,c; for(c=1;c0;c-) for(b=38;b0;b-) for(a=130;a0;a-);void delay(uint z)/延时1msuint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=0;y11;y+) void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2)/数码管显示函数closedu=0xff;closewe=0xff;wenum=3;P2=wetablewenum; /打开第一个数码管的位选P3=dutablege2;/赋上第一边的秒数的个位delay(10);P2=closewe;/关闭位选/P3=closedu; /关闭段选wenum-;P2=wetablewenum;/打开第二个数码管的位选P3=dutableshi2; /赋上第一边的秒数的十位dela