单片机课程设计-基于单片机的交通灯控制系统设计.doc

目录 1 硬件设计方案 硬件设计方案 2 1 1 总方案设计 2 1 2 中央处理单元 2 1 3 红 绿 黄灯显示部分 2 1 4 时间显示部分 3 1 5 按键部分 4 2 主要电路原理分析和说明 主要电路原理分析和说明 4 2 1 红 绿 黄灯显示电路 4 2 2 时间显示电路 5 2 3 按键电路 6 2 4 时钟及复位电路 7 其电路原理图如图 2 4 所示 7 2 5 完整电路原理图 7 2 6 单片机相应管脚及功能说明 9 3 软件设计流程及描述软件设计流程及描述 11 3 1 程序流程图 11 4 调试调试 12 1 硬件调试 12 2 软件调试 12 5 结束语结束语 12 6 参考文献参考文献 13 7 附录附录 14 1 源程序代码 14 2 实物图 17 1 18 摘要摘要 近年来随着科技的飞速发展 单片机的应用正在不断地走向深入 同时带动传统控制检测日新月益更新 在实时检测和自动控制的单片机应用系 统中 单片机往往是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 以及针对具体应用对象特点的软件结合 加以完善 交通信号灯的出现 使交通得以有效管制 对于疏导交通流量 提高道路通行 能力 减少交通事故有明显效果 本系统采用单片机 STC89C52RC 为中心器件来 设计交通灯控制器 控制十字路口的红 绿 黄灯交替点亮和熄灭 并且利用 4 只数码管显示十字路口两个方向的剩余时间 要求能用按键设置两个方向的 通行时间 绿 红灯点亮的时间 和暂缓通行时间 黄灯点亮时间 系统实用性 强 操作简单 扩展性强 关键字 单片机 STC89C52RC 按键设置 时间显示 2 18 1 硬件设计方案 硬件设计方案 1 1 总方案设计总方案设计 整个交通灯控制系统可分为五大部分 中央处理单元 CPU 红 绿 黄灯 显示部分 时间显示部分 按键部分 复位与时钟部分 硬件原理框图如下图 1 1 1 所示 按键 电路 部分 时钟 复位 电路 单片机 AT89C52 红黄 绿灯 显示 时间 显示 图 1 1 1 硬件原理框图 1 2 中央处理单元中央处理单元 CPU 选用 STC89C52RC 对整个系统进行控制 1 它将数据输出到数码管和 LED 显示 2 根据按键输入调用相应键处理子程序 实现对红 绿 黄灯点亮及显示时 间的调整和设定 1 3 红 绿 黄灯显示部分红 绿 黄灯显示部分 红 绿 黄灯显示模块 用单片机驱动 LED 显示 硬件原理图如图 1 1 2 3 18 单片机 AT89C52 LED 显示红灯状态 LED 显示绿灯状态 LED 显示黄灯状态 图 1 1 2 红绿黄灯显示原理图 红 绿 黄灯显示模块 为方便观看并考虑到现实情况 用 LED 灯显示提示 信息 这种方案既满足系统功能要求 又减少了系统实现的复杂度 1 4 时间显示部分时间显示部分 时间的显示模块 经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的 可采用两 组四个数码管 同时为了节省口资源 采用串口显示的方式驱动数码管 其硬 件原理图如图 1 1 3 单片机 AT89C52 数码管 1 显示 数码管 4 显示 数码管 2 显示 数码管 3 显示 图 1 1 3 时间显示原图 4 18 1 5 按键部分按键部分 按键模块 采用独立方式 通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断 哪个键按下 由于独立式键盘编程简单 且可以完全达到要求 所以采用独立 式键盘控制 本系统采用三个按键 分别是绿灯时间设置键 黄灯时间设置键 确认键 2 主要电路原理分析和说明 主要电路原理分析和说明 2 1 红 绿 黄灯显示电路红 绿 黄灯显示电路 接口电路如图 2 1 所示 图 2 1 红绿黄灯接口电路图 红 绿 黄灯显示电路 用 P1 口的 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 分别接 一个 LED 作为东西 南北两个方向的红 绿 黄灯 通过编程显示东西 南北 两个方向的交通灯点亮情况 当 p1 口输出信号为 0 时与之对应相连的 led 点亮 5 18 2 2 时间显示电路时间显示电路 时间显示电路 电路原理图如图 2 2 所示 图 2 2 时间显示电路图 在时间显示电路中 考虑到动态显示需用很多 I O 口 本着节约资源的原则 故采用串口接 74ls164 串入并出的方式驱动数码管 分别显示东西 南北两条 干道所剩余的时间 由 74ls164 的特性选用共阳极 7 段数码管 中间接 0 3k 限 流电阻 第 1 片 74ls164ab 端接单片机 rxd 作为信号输入 其高位接第 2 片 ab 端 以此类推 4 片 74ls164 的 Clk 端全部接 txd 端 作为信号输入同步信号 6 18 2 3 按键电路按键电路 按键电路 电路原理如图 2 3 所示 图 2 3 按键电路图 图中 S3 为黄灯时间设置键 S2 为绿灯时间设置键 S1 为确认键 通过调 用子程序 按 S3 可以设置黄灯闪烁的时间 按 S2 可以设置绿灯点亮的时间 由于红灯点亮的时间等于绿灯点亮的时间加上黄灯闪烁的时间所以可以不用设 置 按下 S1 确认后 就可以按照设定好的时间运行 7 18 2 4 时钟及复位电路时钟及复位电路 其电路原理图如图 2 4 所示 图 2 4 时钟及复位电路图 时钟部分采用 12Mhz 晶振及 30pf 电容 复位部分采用 22uf 极性电容 R10 为 0 3k 电阻 R11 为 1k 电阻接地 该复位电路具有上电复位及手动复位功能 2 5 完整电路原理图完整电路原理图 电路原理图如图 2 5 所示 单片机系统采用 STC89C52RC 为核心 时钟信号采用 12MHZ 晶振 采用独立式 键盘 显示部分用 LED 和数码管相结合 分别显示交通灯点亮情况和剩余时间 8 18 图 2 5 完整电路原理图 9 18 2 6 单片机相应管脚及功能说明单片机相应管脚及功能说明 VCC 供电电压 GND 接地 P0 口 P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I O 口 每脚可吸收 8TTL 门电流 当 P0 口的管脚第一次写 1 时 被定义为高阻输入 P0 能够用于外部程序数据 存储器 它可以被定义为数据 地址的第八位 在 FIASH 编程时 P0 口作为原 码输入口 当 FIASH 进行校验时 P0 输出原码 此时 P0 外部必须被拉高 P1 口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流 P1 口管脚写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输入 P1 口被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故 在 FLASH 编程和校验时 P1 口作为第八位地址接收 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且 作为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由 于内部上拉的缘故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时 P2 口输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉 优势 当对外部八位地址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的 缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 如下表所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输 入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储 器读选通 10 18 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持 RST 脚两个机器周期的高电 平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作对 外部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器 时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个 机器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信 号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此 引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 11 18 3 软件设计流程及描述软件设计流程及描述 3 1 程序流程图程序流程图 本设计的总体流程图 如图 3 1 所示 开始 初始化 设置时间 确认 东西绿灯亮 南北红灯 亮 延时 将时间送显 东西黄灯闪 南北红灯亮 亮 延时 将时间送显 东西红灯亮 南北绿灯 亮 延时 将时间送显 东西红灯亮 南北黄灯 闪 延时 将时间送显 图 3 1 设计总体流程图 12 18 4 调试调试 1 硬件调试 硬件调试 第第一一步步 目测 检查外部的各种元件或者是电路是否有断点 第第二二步步 用万用表测试 先用万用表复核目测中有疑问的连接点 再检测 各种电源线与地线之间是否有短路现象 第第三三步步 加电检测 给板加电 检测所有插座或是器件的电源端是否符合 要求的值 第第四四步步 是联机检查 因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的 调试 2 软件调试 软件调试 软件调试是通过对程序的汇编 连接 执行来发现程序中存在的语法错 误与逻辑错误并加以排除纠正的过程 通过调试我们发现了一些问题 发现数码管显示有乱码 仔细排除发现 是数码管显示字形表与实际接法不符 导致显示乱码 通过改变字型码 问题得到解决 按键反应太快导致按下键数字猛闪 通过在按键程序中 加入延时程序问题也得到解决 5 结束语结束语 通过单片机课程设计 我们不仅加深了对单片机理论的理解 将理论很好地 应用到实际当中去 而且我还学会了如何去培养我们的创新精神 从而不断地 战胜自己 超越自己 同时 更重要的是 我们在这一设计过程中 学会了坚 持不懈 不轻易言弃 13 18 6 参考文献参考文献 1 张毅刚 彭喜元编著 单片机原理与应用设计 北京 电子工业出版社 2008 4 2 余锡存 曹国华编著 单片机微机原理及接口技术 M 西安 西安电子科技 出版社 2000 12 14 3 何立民 单片机应用技术大全 北京 北京航空航天大学出版社 1994 4 谭浩强 单片机课程设计 北京 清华大学出版社 1989 14 18 7 附录附录 1 源程序代码源程序代码 K1 EQU P0 0 K2 EQU P0 1 K3 EQU P0 2 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN MOV P0 0FFH MOV P1 0EBH 东西绿南北黄 数码管显示相应时间 MOV R1 10 设置最小值 MOV R2 2 LCALL BB SW1 JB K1 SW2 按下则程序运行 否则设置初值 LCALL DELAY10MS JB K1 SW2 MOV 70H R1 MOV A R2 ADD A R1 MOV 71H A MOV P1 0C0H LCALL DELAY500MS SJMP N0 SW2 JB K2 SW3 设置绿灯时间 LCALL DELAY10MS JB K2 SW3 INC R1 CJNE R1 61 BB MOV R1 10 SJMP BB SW3 JB K3 SW1 设置黄灯时间 LCALL DELAY10MS JB K3 SW1 INC R2 CJNE R2 6 BB MOV R2 2 15 18 BB MOV R0 30H LCALL DISP SJMP SW1 N0 MOV R1 70H MOV R2 71H MOV P1 0EEH S1 MOV R0 30H 东西绿南北红 DEC R1 DEC R2 LCALL DISP LCALL DELAY CJNE R1 00H S1 S2 MOV R0 32H 东西黄闪南北红 MOV P1 0F6H DEC R2 LCALL DISP LCALL DELAY500MS MOV P1 0FEH LCALL DELAY500MS CJNE R2 00H S2 MOV R1 70H MOV R2 71H MOV P1 0DDH S3 MOV R0 34H 东西红南北绿 DEC R1 DEC R2 LCALL DISP LCALL DELAY CJNE R1 00H S3 S4 MOV