单片机原理及煤矿应用课程设计新课件

太原理工大学课程设计说明书课程名称单片机原理及其在煤矿中的应用设计题目交通灯的控制设计院系矿业工程学院学生姓名赖春林学号2011002811专业班级采矿1109班指导教师曹老师2013年12月27日课程设计任务书设计题目交通灯的控制学生姓名赖春林所在院系矿业工程学院专业、年级、班采矿1109班设计要求1用单片机控制LED灯模拟东西方向的十字路口交通信号控制情况。东西向通行时间为25S，南北向通行时间为15S，缓冲时间为5S,黄灯亮5S。2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。3）当有突发事情发生时如有救护车通过时,可通过按键将各个路口设置成红灯,只让救护车通过。4当东西（南北）方向正在绿灯时，如果南北（东西）方向有紧急情况，可通过按键改变，使东西（南北）为绿灯。学生应完成的工作本设计以AT89C51单片机为主控模块，利用汇编语言编写十字路口交通灯循环点亮的程序。学生可以通过查阅手册和文献资料来选择合适的元器件，并设计合理的电路来实现符合要求的电路板实物。主要任务包括（1）硬件原理图的设计。（2）软件程序的设计学会对不同方案进行比较分析，并通过整体优点与缺点的比较，确定合理的方案。（3）用汇编语言进行软件的编写与调试。（4）撰写课程设计报告。（5）负责流程图和软件编写。课程设计提交的成果1）设计说明书2）图样资料A系统原理图；3）查阅文献不少于5篇B硬件电路图；C汇编语言源程序DPROTEUS运行仿真图工作计划2013年12月23日2013年12月23日搜索有关资料并进行硬件原理图设计；2013年12月24日2013年12月25日进行硬件电路与软件程序的编写及调试；2013年12月26日2013年12月26日编写课程设计说明书；2013年12月27日2013年12月27日提交课程设计。任务下达日期2013年12月23日任务完成日期2013年12月27日指导教师（签名）学生（签名）交通灯的控制摘要本设计以AT89C51单片机为主控模块，主要由按钮开关，数码管，发光二极管组成，利用汇编语言编写程序来模拟对十字路口的交通管理，系统包括左右拐，直行，人行道四个基本的交通等功能。计时牌显示每次交通灯转换所剩时间，东西向通行时间为25S，南北向通行时间为15S，缓冲时间为5S。为防止出现紧急情况（如119,110通过时），该系统还设置了中断，可通过按键使各个路口为红灯其它车辆禁行，特殊车辆通行的状态，当东西方向为通行状态时，南北方向有突发情况，也可通过手动按键使东西方向为红灯，南北方向为绿灯。在对系统的分析基础上，提出了几种设计方案，经比较选择各方较好的LED动态循环显示方案进行设计，设计包括硬件和软件两大部分单片机最小系统，时间显示，交通等显示三部分。以AT89C51为控制核心，东西南北各设置3个交通灯，东西，南北方向各设置一个4位的数码管时间显示器，交通灯显示则采用红绿黄三色高亮发光二极管模拟，软件采用模块化的设计方法，主要分为主程序，定时中断服务子程序，倒计时显示子程序，交通灯模拟显示子程序。软件设计完成，经过对该设计程序模拟测试，可实现对十字路口交通的良好管理，预期目标全部达到，该系统操作简单，实用性强，扩展功能好。关键词AT89C51数码管光二极管中断模拟目录1前言611该课程选题背景612该课程选题现实意义613单片机交通灯研究任务62设计方案721方案设计目的722方案设计思想723方案设计原理83单片机选用94方案实施1041设计方案1042系统原理图1143复位电路1244数码管显示1245发光二极管显示1346中断1347蜂鸣器145软件设计调试运行1451总体流程图1452紧急中断子程序流程图1653循环图及程序1654正常运行状态2055中断运行状态2056黄灯运行状态216心得体会217附件2371元器件清单2372硬件原理图2373实物图238参考文献241前言11单片机交通控制系统的选题背景世界上第一盏正式投入使用的交通信号灯出现在1868年12月10日，这盏身高7米，由德哈特设计的红绿两色煤气灯出现在议会大厦前的十字路口。一位警察手持长杆牵动皮带转换红绿两色红灯停，绿灯行。随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。12单片机交通控制系统选题的现实意义城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。13单片机交通控制系统主要研究的内容基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计主要做了如下几方面的工作一是确定系统交通控制的总体设计，包括十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又要求了对车流量检测及自调整模拟功能，违规检测及处理，紧急状况处理。二是进行智能传感器的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。2方案设计21课程设计目的211巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；212培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；214掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；215能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图和流程图。216通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。217通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器及中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高我们的逻辑抽象能力。22设计思路1）设计一个十字路口交通灯控制器。用单片机控制LED灯模拟指示。模拟十字路口交通信号控制情况。东西向通行时间为25S，南北向通行时间为15S，缓冲时间为5S。2）黄灯亮5S。3）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）。4）当有突发事情发生时如有救护车通过时,可通过按键将各个路口设置成红灯,只让救护车通过。5当东西（南北）方向正在绿灯时，如果南北（东西）方向有紧急情况，可通过按键改变，使东西（南北）为绿灯。23设计原理人行道人行道人行道人行道1首先了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转状态1东西红灯亮，南北绿灯亮通行。过一段时间后，转状态2，黄灯亮，东西红灯灭，南北绿灯灭。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后转状态4，黄灯亮,东西绿灯灭南北红灯灭。一段时间后，又循环至状态1。中间可通过中断按钮产生中断，跳入中断程序执行中断。2列出交通信号灯的状态表如下（其中，1代表灯亮，0代表灯灭）北西南东状态绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红000100100100111000011000012010010010010300110000110040100100100102、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。3、通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。4、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。5、通过脉冲中断编写中断程序，可实现中断。3单片机选用经综合对本系统的分析，选用AT89C51单片机就非常合适，AT89C51有P0,P1,P2,P3四个外部接口，介绍如下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。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，P10和P12分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P10/T2）和时器/计数器2的触发输入（P11/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。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。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。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）。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0000HFFFFH），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。4方案实施41方案思想单片机中断按键复位电路晶振电路数码显示LED显示为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几个方面（1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若，普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的价格不断下降，并不比若干芯片价格的总和高。（2）留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。（3）程序空间。选用片内程序空间足够大的单片机。（4）I/O端口。在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽略的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施可以解决的，如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端，有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么到用的时候就派上用场了。42系统原理图XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0/AD0391/1802/237P3/AD3604/4355/54P06/AD637/72P1012123P3414556P16778P30/RXD101/T32/IN012P/IT1334/014P37/RD176/W65/T1527/A1528P20/A8211/92/023P3/A1424/2255/136P6/47UAT89C51R10234567891RP1RESPACK8R210R310R410510R610D1LERD3LEYLOWD4LEDYLOWD5EGRENVCR710R810C210UVCX1CRYSTALC130PF330PFVCR910R10R10D8LEYLOWR1210130R140D10LEDR1LEYLOWD12LEDGREN总开关SWPST南北东西复位紧急情况立即换向D7LEGRND9ERD2LERD6LEDGRENQ1PNLS1SPEAKRR1510交通控制灯设计者赖春林侯强强柯书国如上图，本系统采用AT89C51单片机作为最基本元件，通过加入外部时钟电路和和外部晶振来控制内部的频率，从而达到对事件的跳转控制，通过P1口接上12个LED显示灯来模拟十字路口通行状态，而P3口则接入了一个蜂鸣器，通过一个PNP管对其工作电流放大，使声音放大，以此来达到警报的作用，P0口和P2口就接入的7SEG显示器，我们可以通过上面显示的时间来判定东西（南北）方向还有多长时间可以通行，这就是整个系统的工作状态。43复位电路上电按钮图中，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。44数码管显示7SEGMPX2CC南北东西此处采用的数码管时共阴极数码管，A,B,C,D,E,F,G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；1、2两端口用来控制高位和低位的选通显示，只要对端口置位，便可以选择该端口，并对其所代表的位进行赋值，显示。45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。46键盘独立键盘中断SW1SWSPST复位紧急情况换向同性采用开关来控制进入中断，可以在路口出现紧急情况时，拉动开关，来使R110R210R310R410R510R610D1LEDREDD2LEDRED3LEDYELOWD4LEYELOWD5LEDGREND6LEGRENR910R1010R110D7LEDRED8LEDYELOWD9LEDGRENR1210R1310R1410D10LEDREDD1LEYELOWD12LEGREN得红绿灯发生相应的改变，已处理紧急情况下的车辆通行。47蜂鸣器Q1PNPLS1SPEAKERR1510蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器的分类蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。本图是整个系统中的一个微小部分，但它也是一个非常重要的部分，从P37口接入单片机，当哟紧急情况发生时，则蜂鸣器产生它的作用，发出警报声，达到它的效果5软件设计51总体流程图开始初始化时钟程序东西绿南北红东西方向剩余时间5S东西黄南北红东西方向剩余时间0南北绿东西红南北方向剩余间5S南北黄东西红南北方向剩余时间0S开始否否否否否52紧急中断子程序流程图断点入栈保护状态参数设置送状态字至端口状态响应断点返回开始开始53循环流程控制思路东西绿灯南北红灯东西黄灯闪南北红灯亮东西红灯南北绿灯东西红灯亮南北黄灯闪中断源程序ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINTT0ORG0013HLJMPINTT1ORG001BHLJMPTT1ORG0100HTT1MOVTH1,0D8H定时器1，定时10USMOVTL1,0F0HDJNZR6,EXITMOVR6,100定时器定时100次MOVR1,0FFHEXITRETIINTT0MOVP1,0BEH外部中断0，JBP34,RETIINTT1MOVP1,0BBH外部中断1，JBP34,RETIORG1000HMAINMOVR6,100主程序；MOVR1,00HMOVTMOD,10H初始化MOVTH1,0D8HMOVTL1,0F0HMOVIE,8DHMOV20H,25MOV21H,5MOV22H,15MOV23H,30MOV24H,20SETBTR1ST1MOVP1,0EBH第一个状态，主干道亮绿灯、支干道亮红灯；CJNER1,0FFH,TZ1MOVR1,00HDEC20HDEC23HTZ1MOVR2,20HMOVR3,23HLCALLDISP调用显示子程序。MOVA,20HCJNEA,00H,ST1MOV20H,25ST2MOVP1,0EDH第二个状态，主干道亮黄灯、支干道亮红灯；CJNER1,0FFH,TZ2MOVR1,00HDEC21HDEC23HTZ2MOVR2,21HMOVR3,23HLCALLDISP调用显示子程序。MOVA,21HCJNEA,00H,ST2MOV21H,05MOV23H,30ST3MOVP1,0BEH第三个状态，主干道亮红灯、支干道亮绿灯；CJNER1,0FFH,TZ3MOVR1,00HDEC24HDEC22HTZ3MOVR2,24HMOVR3,22HLCALLDISP调用显示子程序。MOVA,22HCJNEA,00H,ST3MOV22H,15ST4MOVP1,0DEH第四个状态，主干道亮红灯、支干道亮黄灯；CJNER1,0FFH,TZ4MOVR1,00HDEC24HDEC21HTZ4MOVR2,24HMOVR3,21HLCALLDISP调用显示子程序。MOVA,21HCJNEA,00H,ST4MOV21H,05MOV24H,20LJMPST1跳转到第一个状态。DISPMOVA,R2显示子程序。MOVB,10DIVABMOV60H,AMOV61H,BMOVA,R3MOVB,10DIVABMOV62H,AMOV63H,BMOV40H,04HMOVR5,0FEHMOVR0,60HLLPMOVA,R0MOVDPTR,TABLEMOVCA,ADPTRMOVP0,AMOVA,R5MOVP2,ALCALLDELAY1MOVP2,0FFHRLAMOVR5,AINCR0DJNZ40H,LLPRETDELAY1延时子程序MOVR4,12DL2MOVR7,12DJNZR7,DJNZR4,DL2RETTABLEDB3FH,24H,5DH,75H,66HDB73H,7BH,25H,7FH,77HEND54正常运行状态XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0/AD0391/1802/237P3/AD3604/4355/54P06/AD637/72P1012123P3414556P16778P30/RXD101/T32/IN012P/IT1334/014P37/RD176/W65/T1527/A1528P20/A8211/92/023P3/A1424/2255/136P6/47UAT89C51R10234567891RP1RESPACK8R210R310R410510R610D1LERD3LEYLOWD4LEDYLOWD5EGRENVCR710R810C210UVCX1CRYSTALC130PF330PFVCR910R10R10D8LEYLOWR1210130R140D10LEDR1LEYLOWD12LEDGREN总开关SWPST南北东西复位紧急情况立即换向D7LEGRND9ERD2LERD6LEDGRENQ1PNLS1SPEAKRR1510当正常运行状态时，数码管显示的时间代表东西方向还可通行20秒，南北方向还需要25秒便可放行，这样一目了然。55中断运行状态XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0/AD039182/7P03AD364/554P06/AD372P101223P1344556P16778P30/RXD101T2/IN2P3134/T04P37/RD176W65527/A1528P20/A81192/3P23A44/1256P67UAT89C51R10234567891RP1RESPACK8R210R310R410510R610D1LERD3LEYLOWD4LEDYLOWD5EGRENVCR710R810C210UVCX1CRYSTALC130PF330PFVCR910R10R10D8LEYLOWR12030R140D10LEDRLEYLOWD12LEGREN总开关SWPST南北东西复位紧急情况立即换向D7LEGRND9ERD2LERD6LEDGRENQ1PNLS1SPEAKRR15056黄灯亮的状态XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0/AD0391/1802/237P3/AD3604/4355/54P06/AD637/72P1012123P3414556P16778P30/RXD101/T32/IN012P/IT1334/014P37/RD176/W65/T1527/A1528P20/A8211/92/023P3/A1424/2255/136P6/47UAT89C51R10234567891RP1RESPACK8R210R310R410510R610D1LERD3LEYLOWD4LEDYLOWD5EGRENVCR710R810C210UVCX1CRYSTALC130PF330PFVCR910R10R10D8LEYLOWR1210130R140D10LEDR1LEYLOWD12LEDGREN总开关SWPST南北东西复位紧急情况立即换向D7LEGRND9ERD2LERD6LEDGRENQ1PNLS1SPEAKRR1510在这种黄灯亮的状态下，说明东西方向还有4秒时间可以通行，而南北方向还有4秒时间便可通行。6设计心得体会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，但是数字的显示不稳定，不停的跳动，我们为此查阅了很多的资料，但还是未能解决，最后我们不停地对程序进行修改，终于发现了问题所在，在显示子程序上存在缺陷未能快速的切换对十位、个位的置位和复位，经过这样的修改，终于可以完美的显示时间了。我们也更好地掌握了对数码管的使用，这都是课堂上学不到的知识。单片机为我们的主要专业课之一，对我们还是很有帮助的，课程设计也是为我们以后的工作提前进行了一次练手，也是我们学习生活之中少有的一次自己探索、研究，发现问题、解决问题的机会。当然要做好一个课程设计也不是很简单的，我认为有以下几步（1）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；（2）要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图，善于将大的程序段缩小为每个子函数来实现；（3）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；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