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.docx
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单片机交通灯课程设计报告
单片机系统课程设计报告
专 业:
自动化073班
学生姓名:
XXXX XXX
学 号:
20070233232007023328
指导教 师:
XXXX XXXX
完成日期:
2010年7月7日
1设计任务和性能指标ﻩ1
1.1设计任务1
1.2性能指标1
2设计方案2
2.1任务分析2
2.2方案设计2
3.1单片机的最小系统3
3.2电源电路4
3.3数码管显示时间电路设计ﻩ4
3.4信号灯控制电路设计ﻩ5
4系统软件设计ﻩ5
4.1主程序设计ﻩ5
5 调试及性能分析6
5.1调试分析ﻩ6
5.1.1软件调试6
5.1.2硬件调试6
5.1.3系统功能调试ﻩ6
6心得体会ﻩ6
参考文献8
附录1系统原理图9
附录2系统仿真图ﻩ10
附录3程序清单ﻩ11
1设计任务和性能指标
1.1设计任务
利用单片机完成交通信号灯控制器的设计,该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口,在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯,红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行,黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
用红、绿、黄发光二极管作信号灯。
如图上图所示。
设东西向为主干道,南北为支干道。
1.2性能指标
(1)处于常允许通行的状态,支干道有车来时才允许通行。
主干道亮绿灯时,支干道亮红灯;支干道亮绿灯时,主干道亮红灯。
(2)干道均有车时,两者交替允许通行,主干道每次放行60秒,支干道每次放行40秒,设立60秒、40秒计时、显示电路。
(3)绿灯亮到红灯亮的转换过程中,要亮5秒黄灯作为过渡。
黄灯亮时,原红灯按1Hz的频率闪烁。
(4)支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0~99秒内任意设置。
2 设计方案
2.1任务分析
模拟交通灯控制器就是使用单片机来控制一些LED和数码管,模拟真实交通灯的功能。
红、黄、绿交替闪亮,利用数码管倒计数显示间隔等,用于管理十字路口的车辆及行人交通,计时牌显示路口通行转换剩余时间等
2.2方案设计
根据设计的要求可知,系统的硬件原理框图如下图所示。
系统硬件框图
单片机可选用AT89C51,它与8051系列单片机全兼容,但其内部带有4KB的FLASH ROM,设计时无需外接程序存储器,为设计和调试带来极大的方便。
南北向和东西向各采用2个数码管计时,同时需要对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。
键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数,可以选择线式键盘或矩阵式键盘,若单片机的IO口不够用时,可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。
2. 软件方案
根据设计要求,程序框图如图1所示。
软件可由汇编语言完成,也可由C语言完成。
软件设计可以分为以下几个功能模块:
主程序:
初始化及键盘监控。
计时程序模块:
为定时器的中断服务子程序,完成0.1秒(或其他时间)和1秒的时间定时。
显示程序模块:
完成60个发光二极管(实际上只需驱动30个)和8个LED数码管的显示驱动。
程序流程图
3系统硬件设计
3.1单片机的最小系统
ATMEL公司生产的AT89C52单片机它是硬件电路的核心部分,时钟电路晶振使用12MHz,复位电路采取按键复位方式。
具体连接图3.1和图3.2。
单片机系统的时钟电路
单片机系统的复位电路
3.2电源电路设计
电源用5V直流变压器直接供电。
3.3数码管显示电路
显示电路采用8个共阴数码管,P1口作为数码管的输入,P3.4、P3.5、P3.6P3.7分别作为东西南北四路数码管的位选端。
数码管显示电路
3.4信号灯控制电路
应急电路
4系统软件设计
4.1主程序设计
系统程序流程图
5 调试及性能分析
5.1 调试分析
5.1.1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。
5.1.2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。
5.1.3系统功能调试
通过软件仿真显示,系统基本能完成要求,由于设计思路出现问题,键盘没有正确的做出来,没有键盘电路,紧急情况也可以通过一个按钮来采取相关的动作。
6 心得体会
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、画板、编程、焊板到调试的整个过程。
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。
接着就是用AD6这个软件来画电路板,这个软件的应用上学期也学过了,但是学的时候感觉很简单,但是到了具体设计的时候,问题不断的出来,比如有的器件库里面没有封装,要自己花封装,这时候就很容易出问题,比如焊盘的大小,有的器件上焊盘大小不一样,有个别大的是用来固定的,这个很容易被忽略。
下来就是程序的设计了,虽然感觉交通灯程序没什么难的,就是数码管倒计时显示加几个闪烁的二极管就完事,但是也许是起初想的太简单,设计时到了细节处,也出了不少问题,而且很难被检查出来,但是最后经过我们的不断努力,还是写出来正确的代码。
上周学校终于把板子给做回来了,怀着紧张的心情一个器件一个器件的完成板子的焊接,最后通过串口线把程序下载到板子上,但是板子却没有意料中的效果,而且没一点现象,用万用表检查单片机的电压差不多为零,查出了问题所在松了口气,后来在网上查资料知道原来变压器的接口那三个引脚,两个GND必须短接,要不就不能正常供电,本以为短接后就正常了,但是数码管还是没反应,二极管基本可以正常显示,这时候真是一种煎熬,差了很久找不到原因,后来对照着原理图一个个的检查,最后发现原来是数码管封装错了,板子上的数码管公共极是3、8两个引脚,但是原理图上封装的事1、6,当时也没有注意,以为只要是共阴管就没问题了,没想到软件本身就存在错误。
通过这次课设,对以前学过的知识进行了巩固,加深了理解,提高了应用的能力,而且提高了我们的发现、分析、解决问题的能力。
经历了从最初的设计到最后做出产品的开发过程,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。
参考文献
[1]徐维祥.单片微型机原理及应用 大连理工大学出版社,2006.12
[2]胡汉才.单片机原理与接口技术[M].北京:
清华大学大学出版社,2004.1-505.
[3] 闫胜利.AltiumDesigner6.X中文版使用教程电子工业出版社 2007.6
附录1系统原理图
附录2系统仿真图
附录3程序清单
;------------------------------------
;程序实现功能
;西南北路口直行与转弯交替通行,数码管显示直行通行倒计时,红绿黄灯显示包括人行道在内的道路交通状态。
;某一方向道路拥挤时,可以人工控制调节东西南北方向通行时间。
;紧急情况时,各路口交通灯显示红灯,数码管保持数据不变。
;工作寄存器及存储单元分配
;1.工作寄存器
;R2设置为定时器定时中断次数,R6、R7用于延时程序中的寄存器
;2.片内存储单元
;30H、31H作为两组数码管显示数据存储单元;32H、33H作为交通灯初始状态存储单元;40H、41H作为交通灯显示数据存储单元
;3.标志位
;00H:
南北通行标志位; 01H:
东西通行标志位;02H:
紧急事件标志位
;-----------------------------------
SNF EQU 00H ;;;南北通行标志位
EWF EQU 01H ;;;东西通行标志位
URF EQU 02H ;;;紧急事件标志位
ORG 0000H
LJMP MAIN ;;;上电转主程序
ORG000BH ;;;定时中断入口
LJMPDSZD
ORG 0003H ;;;紧急中断入口
LJMP URZD
ORG0030H
MAIN:
LCALLINIT ;;;调用初始化子程序
LOOP:
LCALLDIS ;;;循环执行显示子程序
AJMPLOOP
;///////////初始化程序
INIT:
SETB SNF
SETB EWF
SETB URF
MOVR2,#20 ;;;定时器中断20次为1s
MOV TMOD,#01H ;;;初始化定时器
MOVTL0,#0B0H
MOV TH0,#3CH
SETBEA ;;;开定时中断与紧急中断
SETBET0
SETB TR0
SETBEX0
SETBIT0 ;;;设置中断程控方式
MOV DPTR,#TAB ;;;数值首地址放入DPTR中
MOV40H,#40 ;;;东南西北通行时间设置
MOV41H,#40
MOV30H,#40 ;;;通行时间初始化
MOV31H,#60
MOV P0,#4CH ;;;初始化时南北通行并把交通灯状态分别放在32H和33H中
MOV32H,#4CH
MOV P2,#15H
MOV 33H,#15H
RET
;////////////显示子程序
DIS:
MOV P3,#0DFH ;;;选中南北方向的十位数码管
MOVA,30H ;;;把显示数据送人数码管显示
MOV B,#10
DIV AB
MOVC A,@A+DPTR
MOVP1,A ;;;
LCALLD1MS
MOV P3,#0EFH ;;;选中南北方向的个位数码管
MOV A,B ;;;送入数码管显示
MOVCA,@A+DPTR
MOV P1,A
LCALLD1MS
MOV P3,#7FH ;;;选中第东西方向的十位数码管
MOVA,31H ;;;送入数码管显示
MOVB,#10
DIV AB
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
LCALLD1MS
MOV P3,#0BFH ;;;选中第东西方向的个位数码管
MOV A,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,A
LCALL D1MS
SETBP3.0
SETB P3.1
JNBP3.0,DIS_S ;;;查询是否第一个按键按下
JNBP3.1,DIS_E ;;;查询是否第二个按键按下
AJMP DIS_R ;;;没有键按下则返回
DIS_S:
LCALL D5MS;;;按键去抖
JNBP3.0,DIS_SN
AJMPDIS_R
DIS_SN:
MOV40H,#50 ;;;对通行时间从新分配,南北通行时间加长
MOV 41H,#30
AJMPDIS_R
DIS_E:
LCALLD5MS ;;;按键去抖
JNB P3.1,DIS_EW
AJMPDIS_R
DIS_EW:
MOV40H,#30 ;;;东西通行时间加长
MOV 41H,#50
DIS_R:
RET
;///////定时中断处理程序
DS_C:
LJMP DS_R ;;;接力跳转
DSZD:
PUSH ACC ;;;保护现场
PUSHPSW
CLRTR0 ;;;关定时器及中断标志位并重新赋值
CLRTF0
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#3CH
DJNZ R2,DS_C ;;;判断1m时间是否到达
MOV R2,#20 ;;;到达重新赋值
DEC30H ;;;南北方向通行时间减一
MOV A,30H ;;;把减一后的时间送入显示存储单元
;;;;;;;南北通行到达最后4秒时黄灯闪烁
DS_10:
CJNEA,#4,DS_11 ;;;如果通行时间剩余4秒
JNB SNF,DS_11;;;判断是否是南北通行
MOVP0,#8AH
MOV32H,#8AH ;;;把交通灯状态存入存储单元(后面类似)
DS_11:
CJNE A,#3,DS_12 ;;;不是剩余3秒,返回
JNB SNF,DS_12 ;;;不是南北通行时间,返回
MOVP0,#88H
MOV 32H,#88H
DS_12:
CJNEA,#2,DS_13
JNBSNF,DS_13
MOVP0,#8AH
MOV32H,#8AH
DS_13:
CJNEA,#1,DS_14
JNB SNF,DS_14
MOV P0,#88H
MOV 32H,#88H
;------------------------
DS_14:
JNZ DS_NE ;;;通行时间没有结束转向改变东西方向的数码管
CPL SNF ;;;如果通行时间结束则对标志位取反
JNB SNF,DS_1;;;判断是否南北通行
MOV 30H,40H ;;;是,点亮相应的交通灯
MOV P0,#4CH
MOV32H,#4CH ;;;存储交通灯状态
MOV P2,#15H
MOV33H,#15H ;;;存储交通灯状态
DS_NE:
DEC 31H ;;;东西方向通行时间减一
MOVA,31H ;;;把通行剩余时间送入显示存储单元
;;;;;;;;东西方向通行时间剩余4秒钟黄灯闪烁(程序注释与南北方向类似 略)
DS_20:
CJNEA,#4,DS_21
JB EWF,DS_21
MOV P0,#51H
MOV 32H,#51H
DS_21:
CJNE A,#3,DS_22
JB EWF,DS_22
MOV P0,#41H
MOV 32H, #41H
DS_22:
CJNEA,#2,DS_23
JB EWF,DS_23
MOV P0,#51H
MOV 32H, #51H
DS_23:
CJNE A,#1,DS_24
JB EWF,DS_24
MOVP0,#41H
MOV32H, #41H
;-----------------------------
DS_24:
JNZDS_R ;;;东西方向时间没有结束,返回
CPL EWF ;;;对通行状态取反
JNBEWF,DS_2 ;;;东西方向通行时间到来,跳转
MOV 31H,#80 ;;;东西方向通行结束,重新显示时间
MOV P0,#89H ;;;点亮相应的交通灯
MOV 32H, #89H
MOVP2,#29H
MOV 33H,#29H
AJMP DS_R
DS_1:
MOV30H,#80 ;;;南北通行时间结束,重新对显示存储单元赋值
MOV P0,#89H ;;;执行转弯状态1
MOV 32H,#89H
MOV P2,#26H
MOV 33H, #26H
AJMP DS_NE
DS_2:
MOV31H,41H ;;;东西方向开始通行,赋值予显示存储单元
MOV P0,#61H ;;;点亮相应的交通灯
MOV 32H,#61H
MOV P2,#15H
MOV33H, #15H
DS_R:
SETB TR0
POP PSW ;;;恢复现场
POP ACC
RETI
;/////////////紧急中断处理程序
URZD:
PUSH ACC ;;;保护现场
PUSH PSW
CLR IE0 ;;;清除中断标志位
CLRTR0 ;;;关定时器
CPLURF ;;;紧急事件标志位
JB URF,UR_CON;;;紧急结束;跳转
MOVP0,#49H ;;;各路口灯全显示红灯亮
MOV P2,#15H
AJMPUR_R
UR_CON:
SETB TR0 ;;;恢复正常交通
MOV A,32H
MOV P0,A
MOVA,33H
MOVP2,A
UR_R:
POPPSW ;;;恢复现场
POP ACC
RETI
;////////////查表指令
TAB:
DB3FH, 06H, 5BH,4FH, 66H,6DH
DB7DH, 07H,7FH, 6FH
;//////////延时5ms与1ms
D5MS:
MOV R7,#5
D1MS:
MOV R7,#10
MOV R6,#50
L1:
DJNZR6,$
DJNZR7,L1
RET
END
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