交通灯1.doc

单片机课程设计题 目交通灯控制系统学 院河南工业职业技术学院专 业电气工程系电气自动化专业班 级电气1002 姓 名张珊珊学 号0401100216指导老师赵阳课程设计任务说明书学生姓名：张珊珊 专业班级：电气1002 指导教师： 赵阳 工作单位： 河南工业职业技术学院 题 目：交通灯控制系统 初始条件：要求对单片机中的的运用有所了解，同时要对口接法的运用，还要学会软件的编写。基本要求：利用8051的P1口控制8个发光二极管。编制一个交通灯控，系统，每个路口有红绿两灯，要求每过30S通行一次。并考虑紧急情形下一路口为红灯10秒。要求完成的任务： 设计硬件电路，画出电路原理图； 画出程序流程图； 编制程序，写出源程序代码；4写出5000择元器件字的详细说明书，要求字迹工整，原理叙述正确计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。 5. 个人总结。 目录第一章 概述.41.1 设计的目的与意义.41.2 单片机概述与应用.4第二章 设计原理.52.1设计要求与基本思路.52.2设计框图.52.3设计原理图.6第3章 硬件电路设计.63.1 8051的简单介绍.7,83.2电源.93.3时钟电路.93.4复位电路.9,103.5复位条件.103.6八路反相器的工作原理分析.113.7键盘接口电路.123.8定时/计数器工作原理分析.13,14第四章 程序设计.154.1 总体设计.15.164.2交通灯信号控制程序流程图.17第五章 元件明细图.18总结与致谢.18参考文献.18.1919第一章 概述1.1 设计的目的与意义 随着科学技术的发展，自动控制技术在人类活动的各个领域中的应用越来越广泛，它的水平已成为衡量一个国家生产和科学技术先进与否的一项重要标志。自动化控制技术作为自动化的强有力的手段，越来越多地与计算机技术、电子技术、信息技术结合起来，对促进我国的现代化建设起到越来越重要的作用。现在高速公路高速发展的时期，私家轿车、高档车等日益增加，给交通带来了很大的压力，很多大城市都不同成都的受到交通阻塞的困扰，交通灯起着越来越重要的作用，设计出以人性化、智能化为目的的交通灯信号控制信号十分重要。1.2 单片机概述与应用单片机具有很多显著的特点，因此在各个领域中都得到了迅猛的发展，其特点可简单归纳几点：单片机具有体积小、功耗低、可靠性高、功能强等特点，因而可方便地组装各种职能式控制设备和仪器，做到机电仪一体化。面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制问题。系列齐全，功能扩展性强。MCS-51系列是最常用的。可以与许多通用的微机接口芯片兼容，为应用系统的设计和生产带来了极大的方便。机电一体化、实施过程控制、智能仪器仪表中都有重要应，在生活中也是有很广泛的应用。 第二章 设计原理2.1设计要求与基本思路1利用8051的P1口控制8个发光二极管。编制一个交通灯控制系统，每个路口有红绿两灯，要求每过30S通行一次。考虑紧急情形下一路口为红灯5秒。2 本题中用普通的LED数码管作为时间显示器件，LED二极管作为交通控制的指示灯。共需要8个数码管，8个二极管，由于相对方向的数码管显示的时间和二极管的状态是一致的，可以用同一个驱动电路控制，所以只需要设计4个数码管和4个二极管的控制电路即可，二极管接成数码管形式，和数码管一起设计成动态扫描电路。2.2 设计框图电源电路复位电路驱动电路A道LED显示电路 AT89S51按键电路驱动电路B道LED显示电路晶振电路系统控制分析 用8只发光二极管模拟交通信号灯，以8051单片机的P1口控制这8只发光二极管，由于单片机带负载有限，因此，在P1口与发光二极管之间用74ls07作为驱动电路，p1口输出低电平时，信号灯亮，输出高电平时，信号灯灭。在正常的情况下，绿灯每隔三十秒亮一次，紧急情况下按下开关K1，产生中断请求信号（低电平有效），通过外部中断1向CPU发出中断请求。 可设计出基于8051单片机控制交通信号灯模拟系统控制电路，如下所示：2.3 设计原理图第三章 硬件电路设计3.1 8 0 5 1的工作原理和引脚介绍（1） ALE: 系统扩展时，P0口是八位数据线和低八位地址线复用引脚,ALE用于把P0口输出的低八位地址锁存起来，以实现低八位地址和数据的隔离。（2） PSEN: PSEN(低电平有效)时，可以实现对外部ROM单元的读操作。（3） EA: 当EA信号为高电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为低电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可以延至外部程序存储器。（4） RST: 当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的初始化操作。（5） XTAL1和XTAL2： 外接晶体引线端，。当使用芯片内部时钟时，两引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号。3.2电源单片机系统没有电源不可能工作。MCS-51系列单片机的工作电源为+5V，可以有一点偏差。3.3时钟电路AT89s51单片机的时钟电路一般是在它的时钟引脚外接晶体振荡件，和内部的高增益反相放大器构成自己振荡器电路，如图1.2所示。振荡频率取决于晶体的频率，频率范围小于33MHz，C1 C2起频率微调和稳定作用，电容值为5 50pF。可以在时钟引脚上直接加外部时钟，此时XTAL2悬空，外部时钟信号从XTAL1输入。度大于两个机单片机的工作是在时序控制下进行的。时序控制由单片机内部的硬件系统自动完成，学习和使用单片机时并不需要详细了解，这里只介绍几个相关的基本概念。时钟周期：即时钟频率的倒数，取决于系统晶体频率或外接时钟信号的频率。状态周期：两个时钟周期构成一个状态周期。机器周期：MCS-51系列单片机工作的基本定时单位，12个时钟周期（6个状态周期）构成一个机器周期。MCS-51系列单片机指令的执行都是以机器 周期为时间单位的，以机器周期数来衡量一条指令执行所需的时间。指令周期：指CPU执行某条指令所需要的时间（机器周期数）。MCS-51系列单片机的指令分为三种情况：单机器周期、双机器周期、四机器周期.3.4复位电路复位时单片机的一个非常重要的工作状态，任何单片机系统都是由复位状态进入正常工作状态，有时系统发生故障（受到干扰引起的软件故障）也可以通过复位的方法恢复正常工作。复位电路。单片机系统都必须有上电复位功能，图1.3中10uF电容、8.2千欧电阻构成AT89S51单片机的上电复位电路。RC组成微分电路，在通电的瞬间，产生微分脉冲，只要脉冲的宽器周期，就能完成单片机复位。此需选择适当的电阻、电容。如果系统用12MHz晶振，一般去22uF电容、1千欧左右电阻。除了上电复位功能，单片机系统还可以增添按键复位功能，如图1.4所示。C2和R1构成微分电路，在按键按下时产生微分脉冲，使单片机复位。复位后C2通过R2放电，等待下一次按键复位。3.5复位条件MCS-51单片机复位操作是在复位引脚（RST）加2个机器周期以上的高电平。所以高电平时间与系统晶振的频率有关。3.6 八路反相器的工作原理分析工作原理：单片机的P1口经过芯片74LS240（八路反相器）分别连接了八个发光二极管的阳极，八个发光二极管的阴极并接在一起与地相连。当P1口的引脚输出为低电平“0”时，经过反相后输出高电平，相应的发光二极管被点亮：当P1口德引脚输出为高电平“1”时，经过反相器后输出低电平，对应的发光二极管熄灭。3.7键盘接口电路键盘接口电路如图1.6所示。P1.0P1.3作为按键的输入信号，采用中断控制扫描方式，组成简单的二极管与门电路，与门输入接到外部中断0，外中断设置成边沿触发方式。任意键按下时都会在P3.2引脚产生下降沿，从而触发中断，在中断服务程序中检测P1.0P1.3引脚判断是哪个键按下，执行该键功能，采用滤波消抖动电路。3.8 定时/计数器工作原理分析80C51单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。可编程的意思是指其功能（如工作方式、定时时间、量程、启动方式等）均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。定时器/计数器的结构：从上面定时器/计数器的结构图中我们可以看出，16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即：T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。其访问地址依次为8AH-8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式；TCON主要是用于控制定时器的启动停止，此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时，外部事件通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）输入。定时计数器的原理：计数器输入的计数脉冲源系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后产生；T0或T1引脚输入的外部脉冲源。计数过程每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1（即FFFFH）时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时器/计数器中断允许时）。如果定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。定时应用用作定时器：此时设置为定时器模式，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。计数运用用作计数器：此时设置为计数器模式，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。每来一个外部脉冲，计数器加1。但单片机对外部脉冲有基本要求：脉冲的高低电平持续时间都必须大于1个机器周期。工作方式寄存器（TMOD）GATE：门控位。GATE0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时器/计数器工作；（即需要一个启动条件）GATE1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时器/计数器工作，即需要两个启动条件。C/T :定时/计数模式选择位。 C/T 0为定时模式； C/T =1为计数模式。M1M0：工作方式设置位。计数器工作方式选择M1 M0 工 作 方 式 功 能 说 明0 0 方式0 13位计数器0 1 方式1 16位计数器1 0 方式2 自动重装8位计数器1 1 方式3 定时器0：分成两个8位 定时器1：停止计数第四章 程序设计4.1 总体设计程序模块包括：主程序、外中断服务程序、定时器服务程序，主程序包括对定时、计数器、外部中断的初始化。读出系统运行参数，将交通灯时间参数送往对应的显示缓冲区，然后反复调用显示子程序。并在显示过程中等待键盘中断处理键盘功能，等待定时器中断改变红绿灯的状态#includesbit p3_1=p31;unsigned char i;void delay0_10s() for(i=0;i0x0a;i+)Th1=0x3c;Tl1=0xb0;TR1=1;While(!TP1);TF1=0; Void int _0() interrupt 0 Unsigned char j,k,l;J=p1;k=TH1;l=TL1;P1=0xaa;Delay 0_10s(10);P1=j;TH1=k;TL1=l;Void main () unsigned char k; TMOD=0x10; While(1)P1=0xa5;Delay 0_10s(60);P1=0x5a;Delay 0_10s(60); 。4.2交通灯信号控制程序流程图开始端口初始化定时器工作方式、初值开中断启动定时器东西紧急切换P2-01H南北紧急切换P2-02H第五章 元件明细表5.1元件用表 元件名称 型号 数量 用途元件名称 型号 数量 用途单片机 8051 1 控制核心晶振 12MHz 1 晶振电路电容 30pf 2 晶振电路电解电容 10uf|V 1 复位电路电阻 10K 1 复位电路驱动器 74LS07 1 LED驱动发光二极管LED 8 红绿灯集成块 74LS04 1 按键电路集成块 74LS86 1 按键电路电阻 4.7K 2 按键电路按键 若干 按键电路电阻 300 LED限流电源 +5V|0.5A 1 提供+5V 反相器 74LS240 1 输出高低电平总结与致谢我是第一次遇到单片机这种授课方式和考核方法，起初我很害怕自己做不出来东西，但是经过这周的学习，能使我从完全不知道单片机到完成了课程设计，我觉得很充实。在这一周的实训中，我们学会了很多东西，获得了很多，而这些东西是我在课本上根本学不到的，像是团队管理的经验，团队意识的提升和协调能力等等，这些都会让我们终身受益，我们看到了单片机的巨大应用市场，觉得这是一个非常有用的东西，学习它会很有助于日后的学习和工作。另外我们的团队经过这次的努力，开始凝聚成一个整体。我想在以后的工作的日子里，我再回忆起这些泛着汗水的时光的时候定然会被我们的团队感动，就像老师说的，很多年过后想起一起奋斗的朋友，会有多么的感动。汗水使我们努力的过程，更是成功的使者。在设计的过程中，我们遇到了很