嵌入式系统基础课程设计报告模板

嵌入式系统基础课程设计报告嵌入式系统基础课程设计报告 系 部 电子通信工程系 专 业 班 级 学生姓名 学 号 2012 年 6 月 15 号 2 嵌入式系统基础课程设计任务书 1 时间 2012 年 06 月 11 日 2012 年 06 月 15 日 2 课程设计单位 河南机电高等专科学校 3 课程设计目的 深入学习单片机编程技巧 熟悉电子产品设计制作 全过程 能够利用汇编语言完成十字路口交通灯的设计 4 课程设计任务 参考相关的的书籍 资料 根据设计要求完成原理图设计 制作电路板并完成调试 绘制软件流程图 完成软件设计并完成调试 作好笔记 对自己所发现的疑难问题及时请教解决 联系自己所学知识 总结本次设计经验 认真完成课程设计报告 3 基于单片机的交通灯控制设计基于单片机的交通灯控制设计 前言 前言 智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行 实现红 黄 绿灯 的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题 在城乡街道的十字交叉路口为 了保证交通秩序和行人安全 一般在每条道路上各有一组红 黄 绿交通信号 灯 其中红灯亮 表示该条道路禁止通信 黄灯亮光 表示该条道路上未过停 车线的车辆停止通行 已过停车线的车辆继续通行 绿灯亮 表示该条道路允 许通行 交通灯控制电路自动控制十字路口两组红 黄 绿交通灯的状态转换 指挥各种车辆和行人安全通行 实现十字路口城乡交通管理自动化 为了实现交通道路的管理 力求交通管理的先进性 科学化 分析应用了 单片机实现智能交通灯管制的控制系统 以及该系统软 硬件设计方法 实验 证明该系统实现简单 经济 能够有效的疏导交通 提高交通路口的通行能力 实训报告实训报告 一 设计任务 1 单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口 分为东西向和南北向 在任一时刻只有一个方向通行 另 一方向禁行 持续一定时间 经过短暂的过渡时间 将通行禁行方向对换 其 具体状态如下图所示 说明 黑色表示亮 白色表示灭 交通状态从状态1开始 变换 直至状态6然后循环至状态1 周而复始 即如下图所示 图1 交通状态 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下 东西方向红灯灭 同时绿灯亮 南北方向黄灯灭 同时红灯亮 倒计时20秒 此状态下 东西向禁止通行 南北向允许通行 4 东西方向绿灯灭 同时黄灯亮 南北方向红灯亮 倒计时5秒 此状态下 除 了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换 南北方向红灯灭 同时绿灯亮 东西方向黄灯灭 同时红灯亮 倒计时20秒 此状态下 东西向允许通行 南北向禁止通行 南北方向绿灯灭 同时黄灯亮 东西方向红灯亮 倒计时5秒 此状态下 除 了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换 下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下 表1 交通状态及红绿灯状态 状态1状态3状态4状态6 东西向禁行等待变换通行等待变换 南北向通行等待变换禁行等待变换 东西红灯 1100 东西黄灯 0001 东西绿灯 0010 南北红灯 0011 南北绿灯 1000 南北黄灯 0100 东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个 在任一个路口 遇红 灯禁止通行 转绿灯允许通行 之后黄灯亮警告行止状态将变换 状态及红绿 灯状态如表1所示 说明 0表示灭 1表示亮 2 单片机交通控制系统的功能要求 本设计能模拟基本的交通控制系统 用红绿黄灯表示禁行 通行和等待的 信号发生 还能进行倒计时显示 通行时间调整和紧急处理等功能 1 倒计时显示 倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间 在 停止 和 通过 两者间作出合适的选择 驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示 的信号控制方式 并且认为有倒计时显示的路口更安全 倒计时显示是用来减 少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法 它可以提醒驾驶 员灯色发生改变的时间 帮助驾驶员在 停止 和 通过 两者间作出合适的 选择 2 时间的设置 本设计中可通过键盘对时间进行手动设置 增加了人为的可控性 避免 自动故障和意外发生 并再紧急状态下 可设置所有灯变为红灯 键盘是单 片机系统中最常用的人机接口 一般情况下有独立式和行列式两种 前者软 件编写简单 但在按键数量较多时特别浪费I 0口资源 一般用于按键数量 少的系统 后者适用于按键数量较多的场合 但是在单片机I 0 口资源相对 较少而需要较多按键时 此方法仍不能满足设计要求 本系统要求的按键控 制不多 且I 0口足够 可直接采用独立式 3 紧急处理 交通路口出现紧急状况在所难免 如特大事件发生 救护车等急行车通过 等 我们都必须尽量允许其畅通无阻 毕竟在这种情况下是分秒必争的 时时 刻刻关系着公共财产安全 个人生死攸关等 由此在交通控制中增设禁停按键 就可达到想此目的 二 实现设计的软件 硬件原理 5 1 单片机交通控制系统的基本构成及原理 单片机设计交通灯控制系统 可用单片机直接控制信号灯的状态变化 基 本上可以指挥交通的具体通行 当然 接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒 行使者 更具人性化 本系统在此基础上 加入了紧急情况处理与时间调整功 能 单片机最小系统 外围接口电路 LED 数码管显示 红黄绿信号灯 按键 控制电路 图2 系统的总体框图 据此 本设计系统以单片机为控制核心 连接成最小系统 由按键设置模 块产生输入 信号灯状态模块 LED倒计时模块模块接受输出 系统的总体框图 如上所示 单片机上电后 系统进入正常工作状态 执行交通灯状态显示控制 同时将时 间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示 在此过程中随时调用急停按键和时 间调节中断 2 系统硬件总电路构成及原理 实现本设计要求的具体功能 可以选用AT89S51单片机及外围器件构成最小 控制系统 12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块 8个LED 东西南北各两个构成倒计时显示模块 若干按键组成时间设置和紧急按钮 1 设计思路及原理框图 本次实验在单片机实验板的基础上利用 AT89S51 单片机来完成 单片机实验 板实物图如下 6 7 Y 3 C8 22P C9 22P R11 10K C7 10uF 5V 5V 5V 5V p1 0 1 p1 1 2 p1 2 3 p1 3 4 p1 4 5 p1 5 6 p1 6 7 p1 7 8 R ES ET 9 INT1 P3 3 13 INT0 P3 2 12 T1 P3 5 15 T0 P3 4 14 X1 19 X2 18 EA VP 31 R XD P3 0 10 TXD P3 1 11 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 7 28 P2 6 27 P2 5 26 P2 4 25 ALE P 30 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 PSEN 29 P2 0 21 P3 7 RD 17 P3 6 W R 16 AT89S52 5V R1 10K R ST 红红外外遥遥控控发发射射 接接收收温温度度传传感感器器 蜂蜂鸣鸣器器 左左 移移 上上 加加 右右 移移 下下 减减 南南红红 南南黄黄 南南绿绿 西西红红 西西黄黄 西西绿绿 北北红红 北北黄黄 北北绿绿 东东红红 东东黄黄 东东绿绿 5 51 10 0 1 12 2 P1 7 P1 6 P1 5 P1 4 P1 0 P1 1 P1 3 P1 2 1 2 X 8 单单单单单 P1 1 P1 2 P1 3 P1 0 P1 5 P1 6 P1 7 INT0 INT1 R XD TXD IN4148X3 TXD R XD p1 1 INT0 P1 4 5V R6 510 R7 510 R8 10K R9 510 R10 510 R5 10K C3 22P C4 22P C5 0 1uF C6 0 1uF LED 1LED 2 1 2 3 4 USB USB PC8 RESET 29 AGND 21 AREF 20 AVC C 18 XTAL1 7 XTAL2 8 GND 5 VCC 4 PC0 ADC 0 23 PC1 ADC 1 24 PC2 ADC 2 25 PC3 ADC 3 26 PC4 ADC 4 S DA 27 PC5 ADC 5 S CL 28 PD0 RXD 30 PD1 TXD 31 PD2 INT0 32 PD3 INT1 1 PB0 IC P 12 PB1 OC 1A 13 PB2 OC 1B 14 PB3 M OS 1 OC Z 15 PB4 M ISO 16 PB5 SC K 17 GND 3 IC2ATM EGA8 Y 2 12M GND 5V GND 5V GND GND GND GND 5V 5V 5V USB 2 USB 2 USB 3 USB 3 USB 3 P1 5 P1 6 P1 7 R ST Vcc1 1 X1 2 X2 3 GND 4 R ST 5 I O 6 SC LK 7 Vcc2 8 DS1302 IC3 Y 1 32 768KHzC1 6pF C2 6pF R2 10K R3 10K R410K 5V 5V 1 2 X 6 P3 7 P3 6 P3 5 S1S2S3 S4 S5 S6S7 S8 S9S10 S11S12 S13 S14 S15S16 5V A0 A1 A2 GND SDA SC L W P VCC AT24C02 R25 10K R24 10K 数数据据存存储储扩扩展展 1 2 3 HRM0038 X 10 D S18B20 X 2 D Z1 3 6V D Z2 3 6V 8550 INT1 P 2 3 P 2 2 P 2 1 P 2 0 D 1 D 2 D 3 RESET P1 4 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 1 2 3 4 5 X3 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 X7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X5 R 5V P0 0 R ST P0 1 5V P0 2 M OSI P0 3 M ISO P0 4 SC K P0 5 R ST P0 6 GND P0 7 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 R XD TXD INT0 INT1 1 2 3 4 5 6 7 8 X12 P3 4 P3 5 P3 5 P3 4 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A1 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A2 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A3 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A4 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A5 a bf c g d e VCC 1 2 4 5 6 7 9 e d c dp b a f 10 g dp 8 A6 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 5 74LS 164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 6 74LS 164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 7 74LS 164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 8 74LS 164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 9 74LS 164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 IC 10 74LS 164 P3 6 P3 7 P1 2 P1 3 P3 6 P3 7 5V 5V 5V EA ALE PSEN GND VCC 3V GND 单单单单单单 单USB单单单 510 HW X 11 5V P1 0 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 7k 5V 1 2 3 4 5 X1 X9 2V2 5V TXD R XD GND 1 2 X 4 5V GND 1 2 X12 R ST 单片机实验板原理框图 2 系统硬件电路构成 本系统以单片机为核心 系统硬件电路由状态灯 LED显示 按键 组成 其具体的硬件电路总图如图3所示 其中P0用于送显两片LED数码管 P1用于控制红绿黄发光二极管 XTAL1和 XTAL2接入晶振时钟电路 REST引脚接上复位电路 P2 6与P2 7对数码管进行片 选 P3 2即INT0紧急情况处理按键 P3 3即INT1接时间调整中断按键 3 系统工作原理 系统上电或手动复位之后 系统先显示状态灯及LED数码管 将状态码值送 显P1口 将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0口 在此同时用软件方法 8 计时1秒 到达1s就要将时间值减1 刷新LED数码管 时间到达一个状态所要全部时间 则要进行下一状态判断及衔接 并装入 次状态的相应状态码值以及时间值 当然 还要开启两个外部中断 其一为紧急情况处理中断 一旦信号有效 即K3键为低电平时进入中断服务子程序 东西南北路口的红灯全亮禁止全部通 行 再按一下 键 中断结束返回 其二为通行时间调整中断 若K4按键有 效 进入相应的中断子程序 对时间进行调整 此后再按K4键则中断结束返回 图3 基于单片机的交通灯控制系统电路图 3 系统软件程序的设计 整个软件程序方面主要分两大部分 主程序部分和中断处理程序 9 图4 系统流程图 全部控制程序实际上分为若干模块 键盘设置处理程序 状态灯控制程序 LED 显示程序紧停程序 中断服务子程序 红绿灯时间调整程序等 设计说明 该智能交通灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循 环的方法 智能交通灯控制系统在正常工作的情况下 每20s循环变化一次 每 个循环周期在还剩5s时 正在通行路口的黄灯同时点亮并开始闪烁 以提醒路 人上的行人及车辆 交通灯即将发生变化 在此期间若中断按键按下则转入中 断服务子程序进行相关操作 本设计设置了有5个键 K1键P3 0 K2键P3 1 K3键P3 2 K4键P3 3 K5键 P3 4 每个按键一端接地 另一端接对应的P3端口 低电平有效 当按键 按下端口接地 单片机捕获到低电平 从而知道相应的输入信息 三 系统源程序 基于单片机的交通灯控制系统如下 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH T0中断服务程序入口 LJMP T0FW ORG 0030H MAIN MOV 30H 15 MOV 40H 15 MOV 36H 00H MOV 46H 0FFH MOV TMOD 01H MOV TH0 3CH MOV TL0 0B0H MOV R1 20 10 SETB ET0 SETB EA SETB TR0 STAR ACALL DISP ACALL DEL AJMP STAR DISP PUSH A MOV DPTR TAB MOV A 40H MOV B 10 DIV AB MOV 50H A MOV 51H B MOV 54H A MOV 55H B MOV A 30H MOV B 10 DIV AB MOV 52H A MOV 53H B MOV 56H A MOV 57H B MOV R5 8 8 MOV R0 50H LOOP MOV A R0 MOVC A A DPTR MOV SBUF A JNB TI CLR TI INC R0 DJNZ R5 LOOP MOV R2 36H CJNE R2 0 N1 36H 1 跳到N1 绿灯亮 CLR P0 4 否则36H 0 红 灯亮 CLR P2 5 SETB P0 3 SETB P2 6 SETB P0 2 SETB P2 7 AJMP N2 11 N1 CLR P0 2 N1 绿灯亮 CLR P2 7 SETB P0 3 SETB P2 6 SETB P0 4 SETB P2 5 N2 MOV R2 30H CJNE R2 3 N3 3