交通灯课程设计内容

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29目 录1 前言 2 1.1课程设计目的 2 1.2任务和要求 22 硬件电路的描述和设计 3 2.1单片机的简述 3 2.2电源电路 3 2.3芯片的选择与简单介绍 4 2.4单片机的最小系统 4 2.5 显示电路 5 2.6 信号灯电路 5 2.7电路原理图 63 软件设计流程及描述 7 3.1设计方案思想 7 3.2设计要求流程图 7 3.3主程序流程图 84 仿真效果 9 4.1仿真软件 9 4.2系统仿真效果图9 4.3仿真结果分析115 源程序代码 116 参考文献 177电路原理图及元器件表 18 71电路原理 18 72元器件表 188心得体会 201序言1.1课程设计目的1.巩固和加深课堂所学知识；2.学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力；3.通过对交通灯实时控制系统的设计与制作，掌握MCS-51单片机的中断系统、定时/计数器及并行I/O口的综合应用和编程方法，掌握七段数码管的显示原理和方法。1.2任务和要求设计一个交通灯系统，通过单片机如AT89C51并接数码管及发光二极管来模拟交通灯的变化规律，8个数码管用来显示秒值，东西南北各两个，12个发光二极管，东西南北各三个，分为红绿黄三种颜色。设计思路，首先东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，同时开始计时20s，在7段数码管上显示时间。当20s倒计时结束后，开始3s倒计时，并且东西方向绿灯开始闪烁，南北方向红灯亮。当3s倒计时结束后再开始2s倒计时，并且东西方向黄灯亮，南北方向还是红灯亮。当2s倒计时结束后开始20s的倒计时，此时是南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。接下来就是南北方向绿灯闪烁3s，再南北方向黄灯闪烁2s，接着又开始循环。要求设计出电气原理图、要求设计出程序流程图、要求设计出程序。2硬件电路的描述和设计2.1单片机的简述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通常，单片机由单个集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。2.2电源电路 稳压的稳压电源电路图如图2.2所示。220V电压经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。 图2.2 电源电路2.3芯片的选择与简单介绍此设计主控芯片采用AT89C51（如图2.3）芯片。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、图2.3 AT89C51芯片输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 2.4单片机的最小系统 单片机最小系统如图2.4所示是以89C51为核心，电路结构简单，抗干扰能力强，成本相对较低，非常符合本设计的所有要求。89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发展起来的，是当前8位单片机的典型代表，采用CHMOS工艺，即互补金属氧物的HMOS工艺。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，具有HMOS高速度和高密度的特点，还具有C MOS低功耗的特点。时钟电路在单片机的外部通过XTAL1、X TAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的为12MHz 的晶振，一个机器周期为1us，C1、C2为30pF。 2.5 显示电路因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用 P2口送出，用动态 图2.4 单片机最小系统 扫描的方法显示东西、南北的倒计时间。数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。显示电路组件如图2.5所示： 图2.5 显示电路2.6 信号灯电路本设计利用单片机的P2口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管,如图2.6所示。图2.6 信号灯电路 2.7电路原理图电路原理如图2.6，此图主要由一块主芯片AT89C51、四个7SEG-MPX2-CC、十二个发光二极管（分别为四个LED RED、四个LED YELLOW、四个LED GREEN）、一块RESPACK-8组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、LED信息显示功能，是交通实现有效控制。详图见下一页：3 软件设计流程及描述3.1设计方案思想先了解交通灯的变化规律，假设这个十字路口为东西南北走向。转状态1东西绿灯通行，南北红灯禁行。过20s转状态2，南北仍然红灯，东西绿灯闪烁3s后转为黄灯亮2s。再转状态3，南北变为绿灯通行，东西变为红灯禁行。过20s转状态4，东西仍然红灯，南北绿灯闪烁3s转黄灯亮2s。最后回到状态1，不断循环。系统统采用MSC-51系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P1口控制红、黄、绿灯的燃亮与熄灭；P0口外接数码管来显示各个信号灯的时间。3.2设计要求流程图 设计流程图如图3.2： 东西绿灯亮南北红灯亮东西红灯亮南北黄灯亮东西红灯亮南北绿灯闪东西红灯亮南北绿灯亮东西黄灯亮南北红灯亮东西绿灯闪南北红灯亮图3.2 设计流程图以上设计流程图，在编制主程序流程图和编写程序源代码的时候，以此作为参考。程序开始时状态一为东西绿灯亮南北红灯亮，延时并倒计时；然后进入第二个状态东西绿灯闪南北红灯亮，延时倒计时结束后再改变状态，第三个状态为东西黄灯亮南北红灯亮，延时。第四个状态东西变为红灯，南北变为绿灯，这是东西禁行，南北通行。第五个状态东西依然红灯亮，南北绿灯闪烁，倒计时。第六状态东西不变还是红灯，南北黄灯亮。依次按照设计流程图进行下去，一个周期结束后马上进入现已周期，依次循环。3.3主程序流程图主程序流程图如图3.3所示：开 始关闭T0设置时间初值初值送缓冲单元初值递减初值减到0？返 回拆分程序调用显示子程序 N Y拆分程序 图3.3 主程序流程图4 仿真效果4.1仿真软件利用wave软件进行编程，利用proteus软件设计原理图并接线。4.2系统仿真效果图图4.2（a）、（b）为用proteus软件模拟交通灯的部分状态仿真图。图4.2（a）是在仿真电源接通之前的效果图，此时处于初始状态。当接通电源的瞬间，东西方向从20s倒计时并且绿灯亮，南北方向从25s倒计时并且红灯亮。图4.2（a） 仿真效果图图4.2（b）为东西方向从20s倒计时至9秒时，南北方向从25s倒计时至14秒的状态图。并且在倒计时的同时东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。图4.2（b） 仿真效果图4.2仿真结果分析从仿真的过程来看，在接通电源时仿真能够正常运行。红灯、黄灯、绿灯状态能够符合要求转换。仿真开始东西方向为绿灯倒计时20s，南北方向红灯25s，当东西方向20s倒计时结束马上转变为绿灯倒计时3s，南北方向仍然是红灯倒计时，东西方向3s绿灯倒计时结束后转变为黄灯倒计时2s。在东西方向黄灯倒计时2s结束的同时，南北方向也刚好结束了红灯25s的倒计时，然后南北方向马上转变为20s的绿灯倒计时，东西方向转变为25s的红灯倒计时，循环下去。此程序仿真可以准确显示每个状态所剩余的时间，可以自主的实现设计要求的各状态的转换。完成一个周期后此系统都将会进入下一个周期的开始，实现循环控制交通灯的变换，符合课程设计的要求。5源程序代码源程序代码： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH AJMP TIME0 ORG 0040HMAIN: MOV SP, #70H MOV 40H, #14H ；东西绿灯显示时间20S MOV 41H, #14H ；南北绿灯显示时间20S MOV 42H, #02H ；黄灯显示时间2S MOV 39H, #03H ；绿灯闪烁时间3SSTART: MOV A, 41H ADD A, 42H ADD A, 39H MOV 43H, A ；东西红灯时间 MOV A, 40H ADD A, 42H ADD A, 39H MOV 50H, A ；南北红灯时间 MOV TMOD, #01H ；开始正常工作状态 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H ；定时50ms SETB EA ；开始计时 SETB ET0 ；开T0中断 SETB TR0 ；启动定时器T0STATUS1: MOV P1, #84H ；东西绿灯亮20秒，南北红灯亮 MOV 44H, 40H MOV 45H, 50H J11: MOV R4, #14H J10: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J10 DEC 44H DEC 45H MOV A, 44H JNZ J11 STATUS2: MOV P1, #84H ；东西绿显示3秒，南北红灯亮 MOV R3, 39H J21: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J20: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J20 MOV P1, #04H MOV R4, #0AH J23: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J23 MOV P1, #84H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J21 STATUS3: MOV P1, #44H ；东西黄灯显示2秒，南北红灯亮 MOV R3, 42H MOV 44H, R3 J31: MOV R4, #14H J30: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J30 DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J31 STATUS11: MOV P1, #30H ；南北绿灯亮20秒，东西红灯亮 MOV 44H, 43H MOV 45H, 41H J111: MOV R4, #14H J110: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J110 DEC 44H DEC 45H MOV A, 45H JNZ J111 STATUS22: MOV P1, #30H ；南北绿闪烁3秒，东西红灯亮 MOV R3, 39H J222: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J220: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J220 MOV P1, #20H MOV R4, #0AH J221: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J221 MOV P1, #30H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J222 STATUS23: MOV P1, #28H ；南北黄2秒，东西红灯亮 MOV R3, 42H J232: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J230: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J230 MOV P1, #20H MOV R4, #0AH J231: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J231 MOV P1, #28H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J232 AJMP STATUS1DISP: MOV A, 44H MOV B, #0AH DIV AB MOV 46H, A ；46H，47H存储东西方向显示的十位、个位数 MOV 47H, B MOV A, 46H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 46H, A MOV A, 47H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 47H, A MOV A, 45H MOV B, #0AH DIV AB MOV 48H, A ；48H，49H存储南北方向显示的十位、个位数 MOV 49H, B MOV A, 48H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 48H, A MOV A, 49H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR ；依次送字形码，字位信号 MOV 49H, A MOV P0, 46H MOV P2, #11110111B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 47H MOV P2, #11111011B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 48H MOV P2, #11111101B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 49H MOV P2, #11111110B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH RETDELAY: MOV R7, #06H ；延时12us程序HERE: DJNZ R7, HERE RET TIME0: CLR TR0 ；定时器溢出中断服务程序 PUSH Acc PUSH PSW DEC R4 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 POP PSW POP Acc RETI TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;共阴极数码管字形码 END6参考文献【1】楼然苗等单片机课程设计指导M北京航空航天大学出版社，2007.【2】何立民等单片机实验与实践教程M北京航空航天大学出版社，2004.【3】张毅刚、彭喜源、谭晓昀、曲春波MCS-51单片机应用设计M哈尔滨工业大学出版社.【4】房小翠单片微型计算机与接口技术M北京国防工业出版社，2003.【5】丁镇生.传感及遥控遥测技术应用M.北京：国防工业出版社，20037电路原理图及元器件表71电路原理如下图，72元器件表此图主要由一块主芯片AT89C51、四个7SEG-MPX2-CC、十二个发光二极管（分别为四个LED RED、四个LED YELLOW、四个LED GREEN）、一块RESPACK-8组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、LED信息显示功能，是交通实现名称AT89C517SEG-MPX2-CCLED REDLED YELLOWLED GREENRESPACK-8数目1444418心得体会作为一名电气工程及其自动化专业的学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里， 我们大多数接触的是基础专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路， 这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常的， 但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。课程设计结束了，但是从中学学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们的成长的历程，常有一些不如意，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。 通过这次交通灯的课程设计，