交通灯控制系统设计任务书--

.郑州华信学院课程设计任务书题 目: 交通灯控制系统设计 专 业: 姓 名: 学 号: 班 级: 完 成 期 限： 2013年1月5日 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年11月20日精选主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：利用单片机设计一个交通灯控制电路，用LED发光二极管模拟交通信号灯，用AT89C51完成对信号灯的控制，并由LED数码管显示倒计时。基本要求：1.利用单片机完成交通灯控制电路的设计，利用定时器中断方式完成南北方向、东西方向交通灯控制，指示时间为25S，当时间为5S时绿灯闪亮，为3S时黄灯点亮，25S时间到，交通灯换向；2.利用proteus软件完成设计电路和仿真；3.掌握并口驱动数码管显示的方法；4.通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。主要参考资料：1李全利，单片机原理及接口技术M，高等教育出版社2王文杰，单片机应用技术M，冶金工业出版社3朱清慧，PROTEUS教程电子线路设计、制版与仿真M，清华大学出版社4单片机实验指导书，天煌教仪5彭伟，单片机C语言程序设计实训100例M，电子工业出版社郑州华信学院课程设计说明书题目： 姓 名： 院 （系）： 专业班级： 学 号： 指导教师： 成 绩： 时间： 年 月 日至 年 月 日 目录目录12设计方案22.1主要内容：22.2基本要求：22.3设计任务：33总体设计及核心部件简介33.1总体设计框图33.2设计流程图43.2硬件设计53.2.1单片机选型：AT89C5153.2.2晶振电路：83.2.3发光二极管显示：83.2.4复位电路：93.3仿真与调试：103.3.1软件Vision2的仿真与调试113.3.2软件Proteus ISIS的仿真与调试114附录125设计体会与总结176主要参考资料18引言 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。交通信号灯在大多数城市得到了广泛的应用。传统的交通信号灯控制一般采用了电子线路和继电器控制，结构复杂，可靠性低，故障率高。本次设计是基于AT89C51单片机的交通灯控制系统，东西南北的通行时间可调，倒计时显示通行时间灯功能，该系统具有设计周期短、可靠性高、维护方便、使用简单等优点。 交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。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AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。本系统采用单片机汇编语言编写，主要编写了主程序，LED数码管显示程序等。总体上完成了软件的编写。2设计方案2.1主要内容：利用单片机设计一个交通灯控制电路，用LED发光二极管模拟交通信号灯，用AT89C51完成对信号灯的控制，并由LED数码管显示倒计时。2.2基本要求：1.利用单片机完成交通灯控制电路的设计，利用定时器中断方式完成南北方向、东西方向交通灯控制，指示时间为25S，当时间为5S时绿灯闪亮，为3S时黄灯点亮，25S时间到，交通灯换向；2.利用proteus软件完成设计电路和仿真；3.掌握并口驱动数码管显示的方法；4.通过此次设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑、校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力2.3设计任务：1）东西、南北车辆交替运行2）绿灯转为红灯时，黄灯闪亮。3）能显示剩余时间。4）能对交通运行进行控制。3总体设计及核心部件简介3.1总体设计框图 单片机定时计数复位电路晶振电路数码显示LED显示3.2设计流程图延时20s所有灯全点亮瞬间延迟入口置口地址关闭不相关灯东西路口绿灯亮，南北路口红灯亮，25s倒计时亮，南北红灯亮3s,东西绿灯闪3s南北红灯闪2s,东西黄灯亮2s 南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮，25s倒计时延时20s东西红灯亮3s,南北绿灯闪3s南北黄灯亮2s,东西红灯闪2s 3.2硬件设计3.2.1单片机选型：AT89C51与MCS-51单片机产品兼容 、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM、 时钟频率：0Hz24Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个双向I/O口 、2个串行中断，可编程UART串行通道、3个16位可编程定时/计数器中断 、2个外部中断源，共8个中断源、低功耗空闲和掉电模式、软件设置睡眠和唤醒功能、2个读写中断口线、3级加密位、看门狗定时器 、双数据指针。功能特性描述AT89C51是一个低电压，高性能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，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路，8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash ROM。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，P0口被分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P1端口引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 P3端口引脚第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)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)RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 引脚结构图如下所示： 图1当80c51的ALE及/PSEN两引脚输出高电平，RST引脚高电平到时，单片机复位。RST/VPD端的高电平，若直接由启动瞬间产生，则为启动复位，若通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。图中，上电时，接通电源，电容器C相当于瞬间短路，+5V加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮开关，则直接把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。显然，该电路即可以上电复位，也可以手动复位，是常用复位电路之一。3.2.2晶振电路： 图2 晶振电路采用外部晶振电路，使用两个1uF电容并联接地，并在中间再并联晶振，保持外部晶振电路的振荡频率与80C51的内部频率一致,保持了电路中所提供的始终频率稳定。3.2.3发光二极管显示： 每个路口都采用了三个LED灯来显示，分别代表了红黄绿三种灯，来模拟路口交通灯的变换。 图33.2.4复位电路： 图4当8051的ALE及/PSEN两引脚输出高电平，RST引脚高电平到时，单片机复位。RST/VPD端的高电平，若直接由启动瞬间产生，则为启动复位，若通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。图中，上电时，接通电源，电容器C相当于瞬间短路，+5V加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。若运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮开关，则直接把+5V加到了RST/VPD端，从而复位。显然，该电路即可以上电复位，也可以手动复位，是常用复位电路之一。 图5此处采用的数码管时共阴极数码管，G、F、E、D、C、B、A七个端口是输入端口，对其各位进行赋值，置位则亮，复位则灭，用此来显示出相应的数字。3.3仿真与调试： 3.3.1软件Vision2的仿真与调试Vision2包括一个项目管理器，它可以使8x51应用系统的设计变得简单。要创建一个应用，需要按下列步骤进行操作：l 启动Vision2，新建一个项目文件并从器件库中选择一个器件。l 新建一个源文件并把它加入到项目中。l 增加并设置选择的器件的启动代码l 针对目标硬件设置工具选项。l 编译项目并生成可编程PROM的HEX文件。3.3.2软件Proteus ISIS的仿真与调试Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，它可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的主要特点总结后有以下四点：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合的功能。支持目前主流单片机系统的仿真。提供了软件调试功能，并可以与WAVE联合仿真调试。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。在电子领域中也起到了很大的作用，它的出现仿真不需要先焊接电路，可以先仿真调试通过后工作，这样可以节省不少在硬件调试上所花的时间。Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。它包括标题栏、主菜单、状态栏、标准工具栏、绘图工具栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口等十几个工具，方便了使用者的使用。Proteus SISI绘制原理图的操作与Protel 99se绘制原理图的操作基本相同。首先打开已经画好的proteus DSN文件，双击图中的80C51芯片，就弹出一个窗口，在Program File项中通过路径选择在WAVE中生成的HEX文件，双击选中后确定，这样仿真图中的80C51芯片就已经读取了本设计中的HEX文件。单击“三角形按钮”进行仿真。通过对仿真结果的观察来对程序进行修改，最终使程序到达设计要求。在Proteus软件仿真之前必须在Proteus里面画出硬件的外部接线图，接下来装入程序，然后组建生成HEX文件，接下来就可以运行仿真了。其初始状态时的图形如图1所示。 图5 由于仿真出来的它是一个动态的图形，东西南北红黄绿灯计时循环所致。在这不能展现出其动态变化过程只能给出运行过程中的静态图，所以运行过程中某一时间的运行图4附录 SECOND1 EQU 30H ;东西路口计时寄存器SECOND2 EQU 31H ;南北路口计时寄存器DBUF EQU 40H ;显示码缓冲区1TEMP EQU 44H ;显示码缓冲区2LED_G1 BIT P2.1 ;东西路口绿灯LED_Y1 BIT P2.2 ;东西路口黄灯LED_R1 BIT P2.3 ;东西路口红灯LED_G2 BIT P2.4 ;南北路口绿灯LED_Y2 BIT P2.5 ;南北路口黄灯LED_R2 BIT P2.6 ;南北路口红灯 ORG 0000H LJMP START ORG 0100HSTART: MOV TMOD,#01H ;置T0为工作方式1 MOV TH0,#3CH ;置T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H CLR TF0 SETB TR0 ;启动T0 CLR A MOV P1,A ;关闭不相关的LEDLOOP: MOV R2,#20 ;置1s计数初值，50ms*20=1s MOV R3,#20 ;红灯亮20s MOV SECOND1,#25 ;东西路口计时显示初值25s MOV SECOND2,#25 ;南北路口计时显示初值25s LCALL DISPLAY LCALL STATE1 ;调用状态1WAIT1: JNB TF0,WAIT1 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT1 ;判断1s到否?未到继续状态1 MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 ;状态1维持20s MOV R2,#5 ;置50ms计数初值5*4=20 MOV R3,#3 ;绿灯闪烁3s MOV R4,#4 ;闪烁间隔200ms MOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值5s MOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值5s LCALL DISPLAY WAIT2: LCALL STATE2 ;调用状态2 JNB TF0,WAIT2 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT2 ;判断200ms到否？未到继续状态2 CPL LED_G1 ;东西绿灯闪 MOV R4,#4 ;闪烁间隔200ms DJNZ R2,WAIT2 ;判1s到否？未到继续状态2 MOV R2,#5 ;置50ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT2 ;状态2维持3s MOV R2,#5 ;置50ms计数初值 MOV R3,#2 ;黄灯闪烁2s MOV R4,#4 MOV SECOND1,#2 ;东西路口计时显示初值2s MOV SECOND2,#2 ;南北路口计时显示初值2s LCALL DISPLAYWAIT3: LCALL STATE3 ;调用状态3 JNB TF0,WAIT3 ;查询100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT3 ;判断1s到否？未到继续状态3 CPL LED_R2 MOV R4,#4 DJNZ R2,WAIT3 MOV R2,#5 ;置100ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT3 ;状态3维持2s MOV R2,#20 ;置50ms计数初值 MOV R3,#20 ;红灯闪20s MOV SECOND1,#25 ;东西路口计时显示初值25s MOV SECOND2,#25 ;南北路口计时显示初值25s LCALL DISPLAYWAIT4: LCALL STATE4 ;调用状态4 JNB TF0,WAIT4 ;查询100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT4 ;判断1s到否？未到继续状态4 MOV R2,#20 ;置100ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT4 ;状态4维持20s MOV R2,#5 ;置50ms计数初值 MOV R4,#4 ;红灯闪20ms MOV R3,#3 ;绿灯闪3s MOV SECOND1,#5 ;东西路口计时显示初值5s MOV SECOND2,#5 ;南北路口计时显示初值5s LCALL DISPLAYWAIT5: LCALL STATE5 ;调用状态5 JNB TF0,WAIT5 ;查询100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT5 ;判断200ms到否？未到继续状态5 CPL LED_G2 ;南北绿灯闪 MOV R4,#4 ;闪烁间隔200ms DJNZ R2,WAIT5 ;判断1s到否？未到继续状态5 MOV R2,#5 ;置100ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT5 ;状态5维持3s MOV R2,#5 ;置50ms计数初值 MOV R3,#2 ;红灯闪2s MOV R4,#4 MOV SECOND1,#2 ;东西路口计时显示2s MOV SECOND2,#2 ;南北路口计时显示2s LCALL DISPLAY WAIT6: LCALL STATE6 ;调用状态6 JNB TF0,WAIT6 ;查询50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH ;恢复T0定时初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT6 ;判断1s到否？未到继续状态6 CPL LED_R1 MOV R4,#4 DJNZ R2,WAIT6 MOV R2,#5 ;置100ms计数初值 DEC SECOND1 ;东西路口显示时间减1s DEC SECOND2 ;南北路口显示时间减1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT6 ;状态6维持2s LJMP LOOP ;大循环STATE1: SETB LED_G1 ;状态1 CLR LED_Y1 ;东西路口绿灯亮 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮 RETSTATE2: CLR LED_Y1 ;状态2 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 ;南北路口红灯亮 RET STATE3: CLR LED_G1 ;状态3 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_Y1 ;东西路口绿灯亮 RETSTATE4: CLR LED_G1 ;状态4 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮 SETB LED_G2 ;南北路口绿灯亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE5: CLR LED_G1 ;状态5 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 ;东西路口红灯亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RETSTATE6: CLR LED_G1 ;状态6 CLR LED_Y1 CLR LED_G2 CLR LED_R2 SETB LED_Y2 ;南北路口红灯亮 RET DISPLAY: MOV A,SECOND1 ;数码显示,东西路口计时寄存器 MOV B,#10 ;十六进制数拆成两个十进制数 DIV AB MOV DBUF+3,A MOV A,B MOV DBUF+2,A MOV A,SECOND2 ;南北路口计时寄存器 MOV B,#10 ;十六进制数拆成两个十进制数 DIV AB MOV DBUF+1,A MOV A,B MOV DBUF,A MOV R0,#DBUF MOV R1,#TEMP MOV R7,#4DP10: MOV DPTR,#LEDMAP MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R7,DP10 MOV R0,#TEMP MOV R1,#4DP12: MOV R7,#8 MOV A,R0DP13: RLC A MOV P3.0,C CLR P3.1 SETB P3.1 DJNZ R7,DP13 INC R0 DJNZ R1,DP12 RETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;0,1,2,3,4,5 DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH;6,7,8,9,A,B DB 58H,5EH,7BH,71H,0,40H ;C,D,E,F, ,- END5设计体会与总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。这次的单片机课程设计大概用了一周的时间，在这一周的时间当中，虽然开始遇到了很多的困难，但是由于合理地进行设计安排，分工合作，并各自查阅了相关的资料，最后在大家共同努力下我们顺利地完成了本次单片机课程设计，同时也学到了很多东西。回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。例如我们在设计数码管显示的时候，刚开始的时候，由于对数码管引脚的不熟悉，我们都无法让数字显示，后来发现时十位和个位的置位、复位发生了问题，我们对此进行了修改，可以正确的显示出十位及个位的数值，但是数