交通指示灯的控制课程设计.docx

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交通指示灯的控制课程设计

专业课程设计报告

题目：

交通指示灯的控制

所在学院

专业班级

学生姓名

学生学号

指导教师

提交日期2012年10月29日

电气工程学院专业课程设计评阅表

学生姓名学生学号

同组队员专业班级

题目名称交通指示灯的控制

一、学生自我总结

在这次课程设计中，我根据要求设计总体交通灯原理接线图，综合应用单片机原理、微机原理、接口技术等方面的知识，结合单片机仿真机系统的使用方法，通过软硬件结合，使用89C51单片机来设计出符合指标的交通灯控制系统。

过程中遇到了不少问题，其中例如原理接线图接好后，仿真调试发现东西向的交通灯没有亮，在老师的指导下，发现了接线图有部分的缺失，最后还是顺利解决了，成功地完成了“AT89C51交通指示灯的控制”课程设计。

学生签名：

年月日

二、指导教师评定

评分项目

平时成绩

报告（答辩）

综合成绩

权重

50

50

单项成绩

教师评语：

教师签名：

年月日

目录

一、设计目的1

二、设计要求和设计指标1

三、设计内容1

3.1系统硬件组成及原理图1

3.2单片机AT89C512

3.2.1AT89C51的主要性能2

3.2.2AT89C51的引脚功能2

3.2.3AT89C51的内部结构6

3.3各模块电路7

3.3.1主控制系统7

3.3.2通行灯输出控制7

3.3.3晶振电路8

3.4程序设计9

3.5仿真结果与分析10

四、本设计改进建议11

五、总结12

六、主要参考文献12

附录1系统原理图13

附录2源程序14

一、设计目的

本课程设计研究的是以AT89C51单片机为控制器的交通灯控制系统，在学习一定理论基础后，通过完成一个具有综合功能的小型系统，对学生进行的一次全面的综合训练。

课程设计的设计目的是加深对理论教学内容的理解和掌握，使学生较系统地掌握单片机程序设计及其在生活中的广泛应用，基本方法及技巧，为学生综合运用所学知识，利用软件工程为基础进行软件开发、并在实践应用方面打下一定基础。

二、设计要求和设计指标

设计一个十字路口交通灯控制器，用AT89C51单片机控制LED灯模拟显示。

（1）东西向初始状态为绿灯，南北向初始状态为红灯；

（2）东西向的绿灯亮5s后，黄灯开始闪烁（此时绿灯熄灭），黄灯闪烁5次后红灯亮（此时绿灯、黄灯均熄灭），南北向由红灯变为绿灯，5s后南北向黄灯闪烁5次此后变红灯，东西向变绿灯，如此重复。

三、设计内容

3.1系统硬件组成及原理图

根据要实现的具体功能，我们采用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，4组3色发光二极管构成信号灯指示模块，硬件原理图如图3.1所示：

图3.1硬件电路原理图

3.2单片机AT89C51

AT89C51是一种高效微控制器，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）和128×8位的随机存取数据存储器（RAM），该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，它与MCS-51系统产品兼容，AT89C51单片机功能强大，具有8Kb中央处理器（CPU）和4KbFlash程序存储器，性价比高，可应用于很多要求高性价比的场合，灵活地应用于各个控制领域[2]。

3.2.1AT89C51的主要性能

•内含4Kb可重编程的FPEROM；

•与MCS-51产品指令系统完全兼容；

•128×8位的内部RAM；

•4个8位（32根）双向可位寻址的I/O端口；

•2个16位的计数/定时器；

•全双工方式的串行通道（UART）；

•6个中断源；

•5个向量二级中断结构；

•最高时钟振荡频率可达12MHz；

•指令集中64条为单周期指令，支持6种寻址方式，共111条指令；

•低功耗空闲和掉电方式；

•片内振荡器和时钟电路。

3.2.2AT89C51的引脚功能

AT89C51为双列直插（DIP）式封装的51单片机芯片，有39条引脚，其引脚示意及功能分类如图3-2所示。

图3-2AT89C51单片机引脚图

各引脚功能说明如下：

（1）I/O引脚

P0口（39~32脚）：

P0.0~P0.7统称为P0口。

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器时，这组端口线分时转换地址（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口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口（1~8脚）：

P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

对端口写“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。

P1口被外部下拉为低电平时，输出电流，是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。

在Flash编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口（21~28脚）：

P2.0~P2.7统称为P2口，一般作为准双向I/O使用。

P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P2的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。

当对P2端口写“1”时，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，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256B时，P2口用作高8位地址总线。

当给出地址为“1”时，它就利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读/写时，P2口便输出其特殊功能寄存器的内容。

在FLASH编程和校验时，P2口接收高八位地址信号和控制信号。

P3口（10~17脚）：

P3.0~P3.7统称为P3口。

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路接收输出电流。

当P3口写“1”时，通过内部的上拉电阻上拉为高电平并作为输入口。

此时由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（IIL）。

除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。

P3口第二功能祥见表3-1：

表3-1P3口第二功能表

口线

第二功能

信号名称

P3.0

RXD

串行数据接受

P3.1

TXD

串行数据发送

P3.2

外中断0申请

P3.3

外中断1申请

P3.4

T0

定时器/计数器0计数输入

P3.5

T1

定时器/计数器1计数输入

P3.6

外部数据存储器写选通

P3.7

外部数据存储器读选通

（2）外接晶体引脚

XTAL1（19脚）：

它在单片机内部是一个反向放大器的输入端，构成了片内振荡器。

当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚应接地；CHMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2（18脚）：

它在单片机内部是片内振荡器的反向放大器的输出端。

当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端；CHMOS单片机的该引脚应悬空不接。

（3）控制线

ALE/（30脚）：

地址锁存允许/编程信号。

在访问片外程序存储器期间，此信号可用于控制锁存P0输出地址总线的低8位，ALE以每机器周期两次进行信号输出；在FLASH编程期间，此引脚用作编程脉冲的输入端。

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fosc的1/6,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。

但要注意的是：

在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个。

若想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE执行MOVX，MOVC指令使ALE起作用。

另外，该引脚将被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

（29脚）：

片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。

在由外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期内两次有效，P0口读回指令或常数。

当访问内部程序存储器时，信号不跳变。

RST/VPD（9脚）：

RST即RESET，VPD为备用电源，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。

当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。

上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。

当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。

/VPP（30脚）：

为片外程序存储器选用端，访问内部程序存储器控制信号。

当端接高电平时，CPU访问内部程序存储器。

当接低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），则强调CPU访问外部存储器，而不管程序计数器的内容是多少。

此外，该引脚还用做EPROM编程电压的输入端。

在编程期间，此引脚用作21V编程电源VPP的输入端。

[3]

3.2.3AT89C51的内部结构

89C51单片机内部组成结构中包含运算器和控制器（CPU）、片内存储器、4个并行I/O接、串行口、定时/计数器、中断系统、振荡器等功能部件[10]。

其内部结构框图如图3.3所示。

图中PC是程序计数器；PSW是程序状态字寄存器；DPTR是数据指针寄存器。

图3-3AT89C51单片机内部结构框图

运算器和控制器：

89C51的运算器和控制器功能类似于一般微机中的微处理器（CPU），是单片机的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。

它完成逻辑算术运算并协调单片机其它各部分的工作。

各种算术、逻辑运算所涉及到的寄存器包括：

累加器ACC、寄存器B、暂存器1（TEMP1）和暂存器2（TEMP2）、程序状态字寄存器PSW，程序计数器PC，堆栈指针SP，数据指针寄存器DPTR等。

它们位于CPU内部，又称CPU专用寄存器，以区别于I/O接口专用寄存器。

存储器：

MCS-51系列单片机存储器组成是所谓的哈佛结构，存储器的组织方式与通用单片机系统不同，包含程序存储器与数据存储器，其地址空间是相互独立的，而不是程序存储器与数据存储器统一编址。

在89C51单片机中，程序存储器采用EEPROM，而数据存储器采用RAM。

它们又可以进一步分成内部或外部两类[1]。

3.3各模块电路

3.3.1主控制系统

主控器采用AT89C51，是美国ATMEL公司生产的一款性能稳定、低功耗的单片机，兼容MCS-51系列产品指令系统及引脚。

片内含4KB的可重复编程的Flash程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，使用5（1±20﹪）V的电源电压，128×8位的内部RAM，4个8位的双向可位寻址的I/O端口，2个16位定时/计数器，6个中断源，AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用，灵活应用于各种控制领域。

单片机的P1口及P2口分别应用于控制南北及东西方向的通行灯，P0口及P3.0~P3.2口应用于4组LED计时器的控制，T0和T1分别作为东西方向和南北方向和车流量流量控制，INT0和INT1分别用于东西方向和南北方向的特种车辆通行紧急转换电路[4]。

3.3.2通行灯输出控制

道口交通灯指示采用高亮度