计算机控制技术课程设计报告.docx
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计算机控制技术课程设计报告
《计算机控制技术课程设计报告》
学院:
工程学院
专业:
自动化
班级:
自动化
姓名:
学号:
指导教师:
目录
第1章引言1
1.1交通灯的发展史及简单介绍1
1.2单片机的简介1
第2章交通系统的总体设计3
2.1课程设计的目的3
2.2课程设计题目的描述与要求3
2.3硬件电路各元器件的介绍3
第3章硬件电路的设计7
3.1单元电路的设计7
3.2程序图8
3.3时序图9
3.4单片机交通灯的系统总框图:
9
3.5单片机交通灯系统工作过程分析9
3.6设计程序10
第4章总结16
参考书目17
第1章引言
1.1交通灯的发展史及简单介绍
当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。
信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
1968年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
1.2单片机的简介
单片机是集成了中央处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM或EPROM)、I/O接口、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及总线等,具有一台计算机的功能。
在MCS-51系列单片机中,有两个子系列:
51子系列和52子系列。
每个子系列有诺干中型号。
51系列有8051、8751和8031三个型号,后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号;52系列有5021、8752、8032三个型号,改进后的型号是80c52/87c52、80c32。
改进后的型号更加省电。
52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。
Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司,于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。
现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。
我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,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。
单片机经过1、2、3、3代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压底功耗。
第2章交通系统的总体设计
2.1课程设计的目的
在该设计过程中学生自主地设计和调试简单实际系统,综合应用单片机原理、计算机控制与仿真等课程方面的知识,熟练掌握单片机方针系统的使用方法,达到提高综合应用相关知识的能力,掌握单片机系统设计的全部过程。
2.2课程设计题目的描述与要求
十字路有两条交叉路,一条道路允许通行时,另一条道路禁止通行;在允许通行和禁止通行转换时要求两路车辆同时停车。
东西和南北方向红灯都亮,持续时间为5秒,红、黄、绿灯燃亮时间分别为30秒、5秒、30秒。
用实验箱提供的发光二级管模拟交通灯,数码管实现交通倒计时。
当有紧急情况出现时,东西和南北方向都亮红灯,数码管停止记数,蜂鸣器报警。
待紧急情况结束后,两路按正常运行。
两组数码管,采用倒计时显示两路灯亮的时间。
2.3硬件电路各元器件的介绍
(1)引脚的介绍
在8031单片机的40条引脚中有两条专用于主电源的引脚,两条外接晶体的引脚,4条控制或与其它电源复用的引脚,32条I/O引脚,下面分别叙述这40条引脚的功能。
主电源引脚Vss和Vcc
Vss(20脚)接地;
Vcc(40脚)接+5V电源。
外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1(19脚)接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器,当采用外部振荡器时,此引脚应接地。
XTAL2(18脚)接外部晶体的另一端,在单片机内部接至上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。
控制或与其它电源复用引脚
RST/VPD(9脚):
当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
推荐此引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2kΩ的下拉电阻,与Vcc引脚之间连接一个约10MF的电容,以保证可靠的复位。
Vcc掉电期间,此引脚可接上备用电源,以保持内部RAM的数据,当Vcc下降到低于规定的值,而VPD在其规定的电压范围(5±0.5V)内时,VPD就向内部RAM提供备用电源。
ALE/PROG(30脚):
当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存)的输出用于所存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率周期地出现正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6,因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时。
然而要注意的是,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可以驱动(吸收或输出电流)8个TTL输出。
PSEN(29脚):
此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。
在由外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期PSEN两次有效。
但在次期间,每当访问外部数据存储器时(即从程序存储器取来的指令是MOVX类指令),过两次有效的PSEN信号将不出现。
PSEN可以驱动(吸收或输出电流)8个LSTTL。
EA/Vpp(31脚):
当EA端保持高电平时,访问程序存储器,但在PC(程序计数器)值超过0FFFFH时(对于8051、8751来说),将自动转向执行外部程序存储器内的程序。
当EA端保持低电平时,则只访问外部程序存储器,不管是否有内部程序存储器。
对于8031来说,无内部程序存储器所以该脚必须接地,这样只能选择外部程序存储器。
对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚用于施加21伏的编程电源(Vpp)。
I/O通道引脚
P0口:
双向8位三态I/O口,与地址总线(低8位)及数据总线复用,可带8个LSTTL负载。
P1口:
8位准双向I/O口,可带4个LSTTL
P2口:
8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用,可带4个LSTTL负载。
P3口:
8位准双向I/O口,复用双功能口
作为第一功能使用时,即作为普通I/O口用,功能和操作方法与P1口相同。
作为第二功能使用时,各位的定义如下表所示:
值得强调的是,P3口的每一位均可独立地定义为第一功能的输入输出或第二功能。
(见下表)
★P3口的第二功能定义
口引脚
第二功能
P3。
0
RxD(串行输入口)
P3。
1
TxD(串行输出口)
P3。
2
INT0(外部中断口0)
P3。
3
INT1(外部中断口1)
P3。
4
T0(定时器0外部输入)
P3。
5
T1(定时器1外部输入)
P3。
6
WR(外部数据存储器写脉冲)
P3。
7
RD(外部数据存储器读脉冲)
系统引脚图
图1系统引脚图图
(2)单片机的内部结构图
图2单片机内部结构图
第3章硬件电路的设计
3.1单元电路的设计
1、时钟电路
选取原则:
传统做法,但能够实现所需,即最简单也最是实用。
电容选取22uF,晶振为12MHZ。
图4时钟电路
2、复位电路
常见的复位电路有两种,上电自动复位、手动复位电路。
本设计中采用的是手动复位。
图5复位电路
3、交通灯电路
本系统采用二极管作为交通灯来使用,单片机的I/O口直接与二极管连接。
在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中,主干道的同色灯连接在一起,支干道的同色灯也彼此连接,受单片机P1.0~P1.5控制。
6个发光二极管采用共阳极的连接方式,因此I/O口输出低电平时,与之相连的二极管会亮,输出高电平时,二极管灭。
4、倒计时显示电路
该交通灯控制系统在正常工作情况下,每30秒变换一次,为方便提示路上行人及车辆交通灯转换的剩余时间,专门为控制系统提供了一个倒计时的显示装置。
该装置采用七段数码管来显示,每个路口需要两个,共八个,在设计电路时,只用了两个进行模拟。
本系统采用静态显示,用74SL373锁存器驱动并锁存。
所谓静态显示,就是当显示器显示某一字符时,相应的数码管恒定的导通或截止。
5、显示切换电路
当按下K1时为显示方式1,主干道保持畅通,当支干道有车通通过时,主干道红灯亮,支干道路灯亮,支干道通。
支干道无车,恢复主干道畅通。
当按下K2时为显示方式2,红、绿、黄灯自动循环显示。
3.2程序图
图6程序图
3.3时序图
交通灯经四步动作完成一个周期。
即交通灯东西绿灯亮——东,西绿灯闪——东西黄灯亮——东西红灯亮(南北红灯亮——南北黄灯亮——
图7时序图
3.4单片机交通灯的系统总框图:
图8系统总框图
3.5单片机交通灯系统工作过程分析
1.开关键盘输入交通灯初始时间,通过AT87C51单片机P1输入到系统
2.由AT87C51单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息,
由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况;由8255的PC口显示每个灯
的燃亮时间。
3.AT87C91通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置,绿、红时
间分别为60秒、80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。
4.通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值,当牌位0
就对系统进行初始化,为1系统就开始工作。
5.红灯倒计时时间,当有车辆闯红灯时,启动蜂鸣器进行报警,3S后然
后恢复正常。
6.增加每次绿灯时间车流量检测的功能,并且通过查询P2.0端口的电
平是否为低,开关按下为低电平,双位数码管显示车流量,直到下一次绿灯
时间重新记入。
7.绿灯时间倒计时完毕,重新循环。
3.6设计程序
ORG0000H;主程序的入口地址
LJMPMAIN;跳转到主程序的开始处
ORG0003H;外部中断0的中断程序入口地址
ORG000BH;定时器0的中断程序入口地址
LJMPT0_INT;跳转到中断服务程序处
ORG0013H;外部中断1的中断程序入口地址
MAIN:
MOVSP,#50H
MOVIE,#8EH;CPU开中断,允许T0中断,T1中断和外部中断1中断
MOVTMOD,#51H;设置T1为计数方式,T0为定时方式,且都工作于模式1
MOVTH1,#00H;T1计数器清零
MOVTL1,#00H
SETBTR1;启动T1计时器
SETBEX1;允许INT1中断
SETBIT1;选择边沿触发方式
MOVDPTR,#0003H
MOVA,#80H;给8255赋初值,8255工作于方式0
MOVX@DPTR,A
AGAIN:
JBP3.1,N0;判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值,若P3.1为1则跳转
MOVA,P1
JBP1.7,RED;判断P1.7是否为1,若为1则设定红灯时间,否则设定绿灯时间
MOVR0,#00H;R0清零
MOVR0,A;存入东西方向绿灯初始时间
MOVR3,A
LCALLDISP1
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
RED:
MOVA,P1
ANLA,#7FH;P1.7;置0
MOVR7,#00H;R7;清零
MOVR7,A;存入东西方向红灯初始时间
MOVR3,A
LCALLDISP1
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
RED:
MOVA,P1
ANLA,#7FH;P1.7置0
MOVR7,#00H;R7清零
MOVR7,A;存入东西方向红灯初始时间
MOVR3,A
LCALLDISP1
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
N0:
SETBTR0;启动T0计时器
MOV76H,R7;红灯时间存入76H
N00:
MOVA,76H;东西方向禁止,南北方向通行
MOVR3,A
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮
MOVA,#0DDH
MOVX@DPTR,A
N01:
JBP2.0,B0
N02:
SETBP3.0
CJNER3,#00H,N01;比较R3中的值是否为0,不为0转到当前指令处执行
------黄灯闪烁5秒程序------
N1:
SETBP3.0
MOVR3,#05H
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,东西,南北方向黄灯亮
MOVA,#0D4H
MOVX@DPTR,A
N11:
MOVR4,#00H
N12:
CJNER4,#7DH;黄灯持续亮0.5秒
N13:
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,南北方向黄灯灭
MOVA,#0DDH
MOVX@DPTR,A
N14:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH;黄灯持续灭0.5秒
CJNER3,#00H,N1;闪烁时间达5秒则退出
N2:
MOVR7,#00H
MOVA,R0;东西通行,南北禁止
MOVR3,A
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮
MOVA,#0EBH
MOVX@DPTR,A
N21:
JBP2.0,T03
N22:
CJNER3,#00H,N21
;------黄灯闪烁5秒程序------
N3:
MOVR3,#05H
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,东西,南北方向黄灯亮
MOVA,#0E2H
MOVX@DPTR,A
N31:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH;黄灯持续亮0.5秒
N32:
MOVDPTR,#0000H;置8255A口,南北方向黄灯灭
MOVA,#0EBH
MOVX@DPTR,A
N33:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH;黄灯持续灭0.5秒
CJNER3,#00H,N3;闪烁时间达5秒则退出
SJMPN00
;------闯红灯报警程序------
B0:
MOVR2,#03H;报警持续时间3秒
B01:
MOVA,R3
JZN1;若倒计时完毕,不再报警
CLRP3.0;报警
CJNER2,#00H,B01;判断3秒是否结束
SJMPN02
;------1秒延时子程序-------
N7:
RETI
T0_INT:
MOVTL0,#9AH;给定时器T0送定时10ms的初值
MOVTH0,#0F1H
INCR4
INCR5
CJNER5,#0FAH,T01;判断延时是否够一秒,不够则调用显示子程序
MOVR5,#00H;R5清零
DECR3;倒计时初值减一
DECR2;报警初值减一
T01:
ACALLDISP;调用显示子程序
RETI;中断返回
;------显示子程序------
DISP:
JNBP2.4,T02
DISP1:
MOVB,#0AH
MOVA,R3;R3中值二转十显示转换
DIVAB
MOV79H,A
MOV7AH,B
DIS:
MOVA,79H;显示十位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0F7H
MOVX@DPTR,A
LCALLDELAY
DS2:
MOVA,7AH;显示个位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0FBH
MOVX@DPTR,A
RET
;------延时4MS子程序----------
DELAY:
MOVR1,#0AH
LOOP:
MOVR6,#64H
NOP
LOOP1:
DJNZR6,LOOP1
DJNZR1,LOOP
RET
;------字符表------
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END
七.系统的总框图
见附录
八.调试及性能分析
(1)软件调试
软件调试主要是利用proteus仿真软件完成电路的搭建,运行以发现设计中的错误及时改正。
。
(2)硬件调试
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。
具体步骤及测试结果如下:
(1)检查电源与地线是否全部连接上,用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接,对未连接的进行修复。
(2)参照原理图,检查各个器件之间的连接是否连接正确,是否存在虚焊,经测试,各连接不存在问题。
(3)以上两项检查并修复完后,给该硬件电路上电,电源指示灯点亮。
第4章总结
这次单片机课程设计历时一个学期的时间,在这次设计过程里我们体验了从设计、编程、画图到调试的整个过程。
对于交通灯这个题目,由于以前学单片机这个课程时,做过类似相关的实验,觉得这个比较简单而且做出的东西也比较直观,在确定题目之后,查阅了大量的资料,初步完成了电路设计方案。
通过这次课程设计,对以前学过的知识进行了巩固,加深了理解,提高了实际操作的能力,而且提高了我们的发现问题、分析问题、解决问题的能力。
整个中提高了对专业的认识及兴趣,对于我们工科来说,对以后就业有及其重大的影响。
为一年后的毕业设计奠定了良好的基础。
由于本设计涉及到的知识面比较广,就我在相关所学知识的缺乏,所以本设计的性能指标还是有待改善的,然而,模拟仿真证明了本设计的基本设计思想和设计方法以及基本功能是现实可行的。
参考书目
[1]梅丽凤.单片机原理及接口技术.北京:
清华大学出版社,2006.
[2]张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子技术大学出版社.
[3]雷丽文.等.微机原理与接口技术[M].北京:
电子工业出版社,1997.2
[4]陈曦等.基于51系列单片机的通用软件UART的实现[J].微计算机息,2001,(5):
79-80
[5]景鑫.51单片机的串行口扩展方法[J].微计算机信息,2005,(13):
63-64+155
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