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软件实践报告
设计说明书
题目
基于Proteus的单片机模拟交通灯电路设计与仿真
学生姓名
专业班级
所在学院
机械学院
指导教师
职称
讲师
所在单位
老师签字:
年月日
摘要
工程实践教学环节是为了学生能够更好地巩固和实践所学专业知识而设置的,在本次工程实践中,我们以微机原理与接口技术课程中所学知识为基础,设计了单片机模拟交通灯电路系统。
本系统以MCS-51系列中的8051单片机最小系统为核心,能够实现交通灯的模拟与实现。
该系统通过LED灯模拟红绿灯,在单片机驱动下,实现路口交通灯的模拟过程。
本系统的设计说明重点介绍了如下几方面的内容:
1)单片机模拟交通灯系统的基本功能,同时对红绿灯的原理也进行了简要的阐述;
2)介绍了系统的总体设计、给出了系统的整体结构框图,并对其进行了功能模块划分及所采用的元器件进行了详细说明;
3)对系统各功能模块的软、硬件实现进行了详细的设计说明。
关键词:
MCS-518051单片机;LED数码管;
第一章绪论
1.1课题简介
单片机由于其微小的体积和极低的成本,广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。
在工业生产中,电流、电压、温度、压力和流量也都是常用的被控参数。
单片机模拟交通灯的设计很简单。
本设计采用8051单片机,该单片机具有集成度高,运算快速快,体积小、运行可靠,价值低廉的特点。
鉴于这种特性,我们打算设计一种基于单片机的模拟交通灯系统,实现交通灯的模拟与仿真。
我们所要设计的系统,采用8051单使用单片机P0口模拟交通灯控制。
使用红、绿、黄色四组十二个发光二极管表示交通信号灯。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯,南北方向绿灯。
然后转入状态1,东西方向绿灯亮;南北方向红灯亮。
一段时间转入状态2,东西绿灯灭,黄灯亮,延时几秒,南北仍然红灯。
转入状态3,南北方向的绿灯亮,东西方向红灯亮。
一段时间转入状态4,南北绿灯灭后亮黄灯,延时几秒,东西方向红灯亮,。
最后循环至状态1。
1.2设计目的
通过本次设计训练,可以使我们在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识,并具备一定程度的设计能力,通过完成“基于Proteus的单片机模拟交通灯电路设计与仿真”选题,可以进一步理解与掌握MCS-51单片机的基本原理及设计方法,掌握Proteus软件和Keil软件的使用及联合调试方法,提高单片机的软、硬件的设计、调试能力。
1.3设计任务
在本次工程实践中,主要完成如下方面的设计任务:
1)简要综述单片机技术发展状况
2)掌握MCS-51系列某种产品(例如8031)的最小电路及外围扩展电路的设计方法;
3)了解单片机的功能及工作过程;
4)完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定;
5)用一种计算机绘图软件完成原理电路的绘制;
6)完成系统设计说明书。
1.4章节安排说明
整个设计总共分为四个章节,第一章是前言部分,主要介绍了设计单片机模拟交通灯系统的主要内容;第二章简要介绍了单片机发展的国内外现状原理进行了简要的说明。
第三章是系统的总体设计阶段,这一部分主要介绍了系统的整体功能,绘制出系统的整体结构框图。
另外按照各部分实现的功能不同,将整个系统分成了三个功能块,并对每一个功能块所采用的元器件进行了详细介绍。
第四章是系统详细设计阶段,对每一个功能块的芯片图进行了详细的说明,对每一个引脚的接线都进行了详细的设计,此外还编写了主要功能模块的基本程序,详尽阐述了各模块的工作过程。
第二章单片机控制交通灯简介
2.1单片机发展现状
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)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)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。
现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势。
发展趋势如下
1、低功耗CMOS化
2、微型单片化
3、主流与多品种共存
4、大容量、高性能
5、串行扩展技术飞速发展
单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机,单片机有着广阔的应用前景。
2.2单片机模拟交通灯系统的介绍
我们所要设计的系统,采用8051单使用单片机P0口模拟交通灯控制。
使用红、绿、黄色四组十二个发光二极管表示交通信号灯。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯,南北方向绿灯。
然后转入状态1,东西方向绿灯亮;南北方向红灯亮。
一段时间转入状态2,东西绿灯灭,黄灯亮,延时几秒,南北仍然红灯。
转入状态3,南北方向的绿灯亮,东西方向红灯亮。
一段时间转入状态4,南北绿灯灭后亮黄灯,延时几秒,东西方向红灯亮,。
最后循环至状态1。
第三章系统总体设计及主要器件简介
3.1单片机控制交通灯系统组成结构
根据前一章中温度巡检系统的简介可知,该温度巡检系统主要有三部分组成:
1)8051单片机基本电路部分;
2)LED数码管电路部分
3.2AT89C51介绍
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。
外形及引脚排列如图所示。
3.3引脚主要功能介绍
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
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的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
LED模拟交通灯电路设计图3-1
图3-1
第四章交通灯系统硬件软件设计
4.18051控制LED数码管基本电路设计
4.2运行结果电路图显示
图4-1东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮
图4-2南北方向黄灯闪,东西方向红灯,等黄灯闪10下,变红,东西方向变绿灯
图4-1
图4-2
4.3单片机控制交通灯程序设计
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitRED_A=P0^0;
sbitYELLOW_A=P0^1;
sbitGREEN_A=P0^2;
sbitRED_B=P0^3;
sbitYELLOW_B=P0^4;
sbitGREEN_B=P0^5;
ucharFlash_Count=0;
Operation_Type=1;
voidDelayMS(uintx)
{
uchart;
while(x--)
{
for(t=120;t>0;t--);
}
}
voidTraffic_lignt()
{
switch(Operation_Type)
{
case1:
RED_A=1;YELLOW_A=1;GREEN_A=0;
RED_B=0;YELLOW_B=1;GREEN_B=1;
DelayMS(2000);
Operation_Type=2;
break;
case2:
DelayMS(200);
YELLOW_A=~YELLOW_A;
if(++Flash_Count!
=10)
return;
Flash_Count=0;
Operation_Type=3;
break;
case3:
RED_A=0;YELLOW_A=1;GREEN_A=1;
RED_B=1;YELLOW_B=1;GREEN_B=0;
DelayMS(2000);
Operation_Type=4;
break;
case4:
DelayMS(200);
YELLOW_B=~YELLOW_B;
if(++Flash_Count!
=10)
return;
Flash_Count=0;
Operation_Type=1;
break;
}
}
voidmain()
{
while
(1)
{
Traffic_lignt();
}
}
结语
该设计使用单片机P0口模拟交通灯控制,通过51单片机控制LED数码管实现模拟交通灯的设计。
并运用Keil跟protues结合,实现了LED模拟交通灯。
使用红、绿、黄色四组十二个发光二极管表示交通信号灯。
在些次课程设计中,非常感谢王老师的细心指导,以及答辩的认真解答,有些问题,我不明白的老师也悉心为我解答。
王老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了非常深刻的印象,对我以后的工作和生活将产生很大的影响。
通过些次课程设计,我提高了实践能力,这将对我今后进一步学习计算机方面的知识有很大的帮助。
同时,我也在感谢跟我一起完成此次课程设计的同学,我们相互帮助,相互鼓劢,一起并肩作战。
他们在我的设计遇到困难的时候,帮助我解决了很多问题,让我的课程设计能够顺利完成。
参考文献
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[3]李叶紫等.MCS-51单片机应用教程[M].清华大学出版社,2004,3
[4]王福瑞等.单片机微机测控系统设计大全[M].北京航空航天大学出版社,1999.3
[5]李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计[M].电子工业出版社,2004.7
[6]栾亚群等.基于AT89C52单片机的微机检测与显式设计[J].现代电子技术,2008,31(15):
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