单片机交通灯课程设计报告.docx
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单片机交通灯课程设计报告
单片机交通灯课程设计报告
题目城市道路交通灯控制设计
系(部)电子与通信工程系
专业(班级)08物本一
姓名
学号20080411
指导教师袁媛、彭芳、高岳民
起止日期10年12月13日—12月25日
摘要
本设计的主要任务为设计一个以AT89C51单片机为核心的最小应用系统,实现有时间显示的定时交通信号灯控制。
用p1.0,p1.1,p1.2分别控制东西方向左拐的红、绿、黄灯;用p1.3,p1.4,p1.5分别控制南北方向直行的红、绿、黄灯;用p1.6,p1.7,p0.0分别控制东西方向直行的红、绿、黄灯;用p0.1,p0.2,p0.3分别控制南北方向左拐的红、绿、黄灯;用p0.4控制所用方向右拐的绿灯。
当I/O口为低电平时对应的灯被点亮,显示路口的状态,引导车辆安全通过十字路口。
试验时皆由发光二极管替代。
正常模式:
系统工作时,按照任务分析的状态循环进行,同时进行倒计时显示作为时间提示,使人们能够直观地把握时间。
数码管显示部分采用动态显示方式,一位一位的轮流点亮四位数码管,当位选端为低电平时,对应的数码管被点亮,在每次循环完成后,令四个位选端全为高电平,以免产生残影,影响显示效果。
用p3.0,p3.1,p3.2,p3.3,p3.4,p3.5,p3.6分别控制数码管段选端a、b、c、d、e、f、g。
数码管的左边两位显示的绿灯和黄灯的时间,右边两位是显示一个周期的时间,即90S。
控制东西和南北方向直行的绿灯亮15S,控制东西和南北方向左拐的绿灯亮20S,黄灯时间统一为5S。
关键词:
单片机、交通灯、AT89C51芯片
摘要1
关键词:
1
1、课程设计的主要内容5
2、第一章——第五章6
第一章单片机的总体介绍7
1.1单片机的种类7
1.2单片机的用途7
1.3单片机的发展历史8
1.4单片机的基本工作原理8
1.5单片机的常规用法9
1.6组成最小系统的硬件设计方法9
第二章接口电路的特点、分类及设计方法9
2.1P0口:
9
2.2P1口:
10
2.3P2口:
10
2.4P3口:
10
第三章城市道路交通灯控制的设计思路和实现方法10
3.1设计思路10
3.2实现方法10
第四章硬件设计11
第五章软件设计14
5.1流程图14
5.2程序:
14
3、总结19
4、参考文献19
绪论(或前言):
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
交通灯的出现,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。
在自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
本系统就是采用AT89C51单片机设计的交通灯摸拟系统,使用KeilC51编写代码,并在Protues下进行仿真,实现了对交通灯系统的模拟。
实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P0、P1口设置绿、黄灯点亮功能;显示时间直接通过单片机的P3口输出,系统实用性强、操作简单、扩展性强。
系统设计简便、实用性强、程序设计简便。
1、课程设计的主要内容:
单片机原理及应用课程设计任务书
系(部):
电子与通信工程系专业:
08级物本
指导教师:
袁媛、彭芳、高岳民2010-12-5
课题名称
基于单片机多课题课程设计
设计内容及要求
1课题内容:
以单片机为核心,完成
1.1数字式温度计的设计;1.2作息时间系统的设计;1.3音乐播放系统的设计;1.4音乐演奏系统的设计;1.51602点阵字符显示系统设计;1.6城市道路交通灯控制设计,1.7数字频率计的设计;1.8流水灯的设计;1.912864点阵字符显示系统设计;2.0PWM方式控制LED;具体设计参数及要求详见指导书。
2要求:
2.1完成该系统的硬件和软件的设计,在Proteus软件上仿真通过;
2.2外围硬件的电路原理图设计组与组间不得完全一样。
否则将严重影响评分成绩。
设计工作量
1、汇编或C51语言程序设计;
2、程序调试;
3、软件设计在Wave6000或KeilC调试、仿真,硬件设计在Proteus7.4版本上上进行调试、仿真;
4、提交课程设计说明书,包括设计原理、软件设计、程序分析(程序重要部分要求加注释)、仿真和调试过程分析、参考文献、设计总结等,具体要求、格式见课程设计说明书模板。
进度安排
起止日期(或时间量)
设计内容(或预期目标)
备注
第1天
课题、安排介绍、分组;课题介绍之后,收集、查阅资料方案论证、设计项目确定、系统整体设计。
第2天~第7天
硬件设计:
利用Proteus7.4平台结合软硬件设计调试、仿真;
软件设计:
利用Wave6000或KeilC平台,编程、调试、仿真;
第8天~第9天
验收作品、答辩
第10天
撰写课程设计说明书
教研室
意见
年月日
系(部)主管领导意见
年月日
2、第1章——第5章
第一章单片机的总体介绍
1.1单片机的种类
单片机分为专用型单片机和通用型单片机。
通用性单片机又分为:
CISC单片机,代表有Intel公司的MCS-51系列、Atmel公司的AT89系列和Winbond
公司的W78系列。
RISC单片机,代表有Microchip公司的PIC系列、Ateml公司的AVR系列单片机。
基于ARM核的32位单片机,代表有ARM7、ARM9、ARM9E的几个系列
DSP单片机,代表有美国德州仪器公司生产的TMS320系列。
通用型单片机按其数据线的位数可分为:
8位、16位和32位。
1.2单片机的用途
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
(1)在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分析仪)。
(2)在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
(3)在家用电器中的应用
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
(4)在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。
(5)单片机在医用设备领域中的应用
单片机在应用设备中的用途亦相当广泛,例如应用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声设备及病床呼叫系统等。
此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
1.3单片机的发展历史
以8位单片机的出现为基准,单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段
(1)第一阶段(1976-1978):
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
(2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
(3)第三阶段(1982-1990):
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智能控制的特征。
(4)第四阶段(1990—):
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
1.4单片机的基本工作原理
a).取指令过程:
(1)CPU把程序计数器PC中第N条指令所在存储单元通过地址总线AB送到存储器中的地址译码器,选择第N个存储单元;
(2)CPU通过控制总线向存储器发出读取数据的控制信号;(3)存储器中被选中的存储单元的内容送到数据总线上,CPU通过数据总线读入指令代码。
b).执行指令过程:
(1)CPU读取指令后,进行译码,判断该指令要进行哪一类操作,以及参加这类操作的数据所在的单元地址(如果指令需要操作数);
(2)CPU根据译码结果发出为完成所需要的控制信号(如果还需要从存储器中取操作数,则CPU将通过地址总线发出存放操作数的存储单元地址,并通过控制总线发出读取数据的控制信号,然后通过数据总线读取操作数);(3)执行指令所规定的操作,同时程序计数器PC的内容自动加一,计算机又进入下一条(第N+1)指令的取指令过程。
计算机周而复始的取指令分析指令执行指令,直到程序中所有指令操作完毕。
1.5单片机的常规用法
在最小系统的基础上,通过利用单片机内部资源(如中断,定时,指针,计数等)改变输入及输出口线高低电平,来达到对外围电路的控制,从而执行相应的操作,以实现设计的各要求。
1.6组成最小系统的硬件设计方法
晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,晶振分为有源晶振和无源晶振两种,其作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号。
它是时钟电路中最重要的部件,它的作用是向IC等部件提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。
由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好,已不容易出现故障,但在选用时仍可留意一下晶振的质量。
复位电路是为确保微机系统中电路稳定可靠工作必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%,即4.75~5.25V。
由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机电路开始正常工作。
第二章接口电路的特点、分类及设计方法
2.1P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向1/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时.每位能吸收电流的方式驱动8个TTL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或程序存储器时,这组口线分时转换地址(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由编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
2.2P1口:
PI是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,Pl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IIL,与AT89C51不同之处是,Pl.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入(Pl.0/T2)和(P1.1/T2EX),
2.3P2口:
P2口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逻辑电路。
对端口P2写“l",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(llt)。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOvx@DPTR指令)时,P2送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVX@RI指令)时,P2口输出P2锁存器的内容。
FLASH编程或校验时,P2亦接收高位地址和一些控制信号。
2.4P3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(IIL).P3口除了作为一般的I/0口线外,更重要的用途是它的第二功能,此外,P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
第三章城市道路交通灯控制的设计思路和实现方法
3.1设计思路
本设计的主要任务为设计一个以AT89C51单片机为核心的最小应用系统,实现有时间显示的定时交通信号灯控制。
要求:
控制东西和南北方向直行的绿灯亮15S
控制东西和南北方向左拐的绿灯亮20S
黄灯时间统一为5S。
右拐的绿灯一直亮着,即每一方向通行时即可同时向右拐。
十字路口的两组红绿交通灯受MCS-51单片机I/O口的控制,皆由发光二极管替代。
正常模式:
系统工作时,按照任务分析的状态循环进行,同时进行倒计时显示作为时间提示,使人们能够直观地把握时间。
3.2实现方法
系统方框图:
图2系统方框图
第四章硬件设计
4.180C51简介:
80C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
中央处理器:
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
数据存储器(RAM):
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
程序存储器(ROM):
8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
定时/计数器(ROM):
8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
并行输入输出(I/O)口:
80C51共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
MCS-51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
如下图所示。
图4
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。
8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图4。
此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
图5
Pin30:
ALE/
当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点,当访问外部程序存储器,ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM,在编程其间,
将用于输入编程脉冲。
Pin29:
当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。
Pin31:
EA/Vpp程序存储器的内外部选通线,8051和8751单片机,内置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取内部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。
显然,对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
4.2城市道路交通灯控制电路图
第五章软件设计
5.1流程图
5.2程序:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG001BH
LJMPTT1;跳转中断子程序
ORG0100H
TT1:
MOVTH1,#0D8H;中断子程序,
MOVTL1,#0F0H;定时器1定时10ms,重装初值0D8F0
DJNZR6,EXIT
MOVR6,#100;R6赋值100,判断是否到达1s
MOVR1,#0FFH
EXIT:
RETI
ORG1000H
MAIN:
MOVR6,#100;R6赋初值100,判断是否到达1s
MOVR1,#00H
MOVTMOD,#10H
MOVTH1,#0D8H
MOVTL1,#0F0H;定时器1方式1,赋初值定时10ms
SETBEA
SETBET1;开总中断,定时器1中断
MOV20H,#15
MOV21H,#5
MOV22H,#20
MOV23H,#90;开缓存20H到23H标记时间特征值
SETBTR1;开定时器1
ST1:
MOVP0,#0EDH;11101101
MOVP1,#0B5H;10110101执行状态1东西左拐绿灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ1;判断是否经历了中断
MOVR1,#00H
DEC20H
DEC23H;中断后的处理,特征时间减1
TZ1:
MOVR2,20H
MOVR3,23H;将特征时间送显示
LCALLDISP
MOVA,20H;显示后读出状态特征时间,
CJNEA,#00H,ST1;判断该状态是否执行完,没有执行完就跳转到该状态开始处继续执行
MOV20H,#15;若执行完该状态,跳出该状态,并对改状态的特征时间重新赋初值
ST2:
MOVP0,#0EDH;11101101
MOVP1,#0B3H;10110011执行状态2东西左拐黄灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ2
MOVR1,#00H
DEC21H
DEC23H
TZ2:
MOVR2,21H
MOVR3,23H
LCALLDISP
MOVA,21H
CJNEA,#00H,ST2
MOV21H,#05
ST3:
MOVP0,#0EDH;11101101
MOVP1,#0AEH;10101110执行状态3南北直行绿灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ3
MOVR1,#00H
DEC22H
DEC23H
TZ3:
MOVR2,22H
MOVR3,23H
LCALLDISP
MOVA,22H
CJNEA,#00H,ST3
MOV22H,#20;
ST4:
MOVP0,#0EDH;11101101
MOVP1,#9EH;10011110执行状态4南北直行黄灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ4
MOVR1,#00H
DEC23H
DEC21H
TZ4:
MOVR3,23H
MOVR2,21H
LCALLDISP
MOVA,21H
CJNEA,#00H,ST4
MOV21H,#05
ST5:
MOVP0,#0EDH;11101101
MOVP1,#76H;01110110执行状态5东西直行绿灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ5
MOVR1,#00H
DEC20H
DEC23H
TZ5:
MOVR2,20H
MOVR3,23H
LCALLDISP
MOVA,20H
CJNEA,#00H,ST5
MOV20H,#15
ST6:
MOVP0,#0ECH;111101100
MOVP1,#0F6H;11110110执行状态6东西直行黄灯亮
CJNER1,#0FFH,TZ6
MOVR1,#00H
DEC23H
DEC21H
TZ6:
MOVR2,21H
MOVR3,23H
LCALLDISP
MOVA,21H
CJNEA,#00H,ST6
MOV21H,#05
ST7:
MOVP0,#0EBH;111110111
MOVP1,#0B6H;10110110执行状态7南北左拐绿灯
CJNER1,#0FFH,TZ7
MOVR1,#00H
DEC22H
DEC23H
TZ7:
MOVR2,22H
MOVR3,23H
LCALLDISP
MOVA,22H
CJNEA,#00H,ST7
MOV22H,#20;
ST8:
MOVP0,#0E7H;11100111
MOVP1,#0B6H;10110110执行状态8南
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