单片机交通灯毕业课程设计报告含电路图源程序Word文档格式.docx
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3.3.4.晶振电路16
4.结束语16
5.参考文献16
6.附录17
6.1.附录1:
程序清单17
6.2.附录2:
电路设计总图22
6.3附录3:
实物图23
1.总体设计方案
1.1.设计思路
1.1.1.设计目的
(1)加强对单片机和汇编语言的认识,充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。
(2)用单片机模拟实现具体应用,使个人设计能够真正使用。
(3)把理论知识与实践相结合,充分发挥个人能力,并在实践中锻炼。
(4)提高利用已学知识分析和解决问题的能力。
(5)提高实践动手能力。
1.1.2.设计任务和内容
1.1.2.1.设计任务
单片机采用用AT89S52芯片,使用发光二极管(红,黄,绿)代表各个路口的交通灯,用8段数码管对转换时间进行倒时(东西路口15秒,南北路口25秒,黄灯时间5秒)。
1.1.2.2.设计内容
(1)设计并绘制硬件电路图
(2)制作PCB并焊接好元器件
(3)编写程序并将调试好的程序固化到单片机中
1.1.3.方案比较、设计与论证
1.1.3.1.电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源,采用单片机控制模块提供电源。
此方案的优点是系统简明扼要,节约成本;
缺点是输出功率不高。
综上所述,我们选择第二种方案。
1.1.3.2.复位方案
复位方式有两种:
按键复位与软件复位。
由考虑到程序的简洁,避免冗长,本设计采用按键复位,在芯片的复位端口外接复位电路,通过按键对单片机输入一个高电平脉冲,达到复位的目的。
1.1.3.3.输入方案
方案一:
采用89S52扩展IO口及键盘,显示等。
该方案的优点是:
使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。
若用该方案,可提供较多IO口,但操作起来稍显复杂。
方案二:
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路,所以剩余的口资源还比较多,我们使用2个按键,分别是K1、K2。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的IO口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二
1.1.3.4.显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因,我们考虑了三种方案:
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字符,无法胜任题目要求。
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂,且须完成大量的软件工作;
但功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等。
方案三:
采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出,又要求有状态灯输出等,为方便观看并考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
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。
权衡利弊,第三种方案可互补一二方案的优缺,我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
设计方框图
整个设计以AT89S52单片机为核心,由数码管显示,LED数码管显示,复位电路组成。
硬件模块入图2-1。
1.1.3.5.交通管理的方案论证
东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
指示灯燃亮的方案如表2。
25S
5S
……
东西道
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
南北道
表2说明:
(1)当东西方向为红灯,此道车辆禁止通行,东西道行人可通过;
南北道为绿灯,此道车辆通过,行人禁止通行。
时间为25秒。
(2)黄灯5秒,警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
(3)当东西方向为绿灯,此道车辆通行;
南北方向为红灯,南北道车辆禁止通过,行人通行。
(4)这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
1.1.4.芯片简介
1.AT89S52单片机简介
其引DIP封装的脚图如下:
主要性能
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:
0Hz~33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程IO口线、三个16位定时器计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
功能特性描述
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位IO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。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向IO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。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址数据复用。
在这种模式下,
P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节。
程序校验
时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO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,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(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(P1.0T2)和时器计数器2
的触发输入(P1.1T2EX),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。
引脚号第二功能
P1.0T2(定时器计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1T2EX(定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制)
P1.5MOSI(在系统编程用)
P1.6MISO(在系统编程用)
P1.7SCK(在系统编程用)
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO口,P2输出缓冲器能驱动4个
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)
时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用
8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO口,p2输出缓冲器能驱动4个
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入
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。
端口引脚第二功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2INTO(外中断0)
P3.3INT1(外中断1)
P3.4TO(定时计数器0)
P3.5T1(定时计数器1)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器读选通)
此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
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。
ALEPROG——当访问外部程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16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。
EAVPP——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。
1.2.设计方框图
2.设计原理分析
2.1.交通灯显示时序的理论分析与计算
对于一个交通路口来说,能在最短的时间内达到最大的车流量,就算是达到了最佳的性能,我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量,用公式:
车流量=车流时间来表示。
先设定一些标号如图2-1所示。
说明:
此图为直方图,上边为北路口灯,右边为东路口灯,下边为南路口灯,左边为西路口灯。
图2-2所示为一种红绿灯规则的状态图,分别设定为S1、S2、S3、S4,交通灯以这四的状态为一个周期,循环执行(见图2-3)。
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