单片机原理及应用课程设计

-1-课程设计报告题目十字路口交通灯控制系统设计课程名称单片机原理及接口技术院部名称龙蟠学院专业电气工程及其自动化班级M09电气工程及其自动化II班学生姓名李泓昆学号0921116041课程设计地点C314课程设计学时16指导教师姜玉东金陵科技学院教务处制成绩-I-目录1绪论..................................................12课程设计目的和要求......................................22.1课程设计目的.........................................22.2课程设计要求.........................................22.3课程设计实验设备、环境................................23课程设计思路...........................................33.1基本要求.............................................33.2系统方案设计.........................................34系统硬件设计...........................................54.1设计方案.............................................54.2系统工作原理.........................................84.3系统工作电路总图......................................95系统软件设计..........................................105.1主程序框图..........................................115.2中断程序框图........................................126课程设计结果及分析.....................................137课程设计总结..........................................188参考文献..............................................19附录程序清单..........................................20-1-1绪论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。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。目前，有一种“自动控制”控制交通灯的方法。利用事先编制好的程序输入单片机，再利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。22课程设计目的和要求2.1课程设计目的《单片机原理及应用课程设计》的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。2.2课程设计要求1、认真查阅资料；2、遵守课程设计时间安排；3、认真保质保量完成设计要求；4、认真书写报告。2.3课程设计实验设备、环境伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统、微型计算机等。33课程设计思路3.1基本要求设计一个单片机控制的十字路口交通灯控制系统。系统功能要求：此十字路口交通灯控制系统，分东西道和南北道，设南北道为A道，东西道为B道。规定：首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始25s倒计时，以7段数码管显示时间。25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2s时，南北路口黄灯亮。完成1次这样的循环需要30s。30s结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。若有紧急车辆要求通过时，此系统应能禁止普通车辆，而让紧急车辆通过。3.2系统方案设计根据总的设计方案，由于单片机应用系统具有硬软件结合的特点，可以对硬件功能模块的调试往往需要在相应软件的支持下才能进行，通常在总体方案设计时，就须提出各硬件功能模块的调试方法。1、本设计以单片机为控制核心，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、状态显示、特种车辆检测和倒计时模块等。a.单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。b.行车状态指示采用LED发光管，排列成十字路口形状，可有三种颜色指示通行、禁止与准备，形象更加直观。c.特种车辆处理，当有特种车辆到来时，可手动采取措施（通行与禁止），非常可靠。d.当到深夜里时，又应对交通灯采取一定的措施，即黄灯一直闪烁，数码管显示“-”。2、交通灯方案设计：基于上面的基本要求设计了十字路口交通灯控制系统方案，具体方案如下：A、B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A、B两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案设计见图3-1和表3.1。4图3-1方案设计框图如上图所示：设东西道为A道，南北道为B道。详细规定：首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始30s倒计时，以7段数码管显示时间。25s倒计时结束后开始5s倒计时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2s时，南北路口黄灯亮。完成1次这样的循环需要30s。30s结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30s倒计时，依次循环。表3.1指示灯控制方案及时间显示过程P1.7空P1.6空P1.5空P1.4空P1.3空P1.2绿灯P1.1黄灯P1.0红灯控制码状态说明时间显示0000010004HA线放行，B线禁止25秒0000001002HA线警告，B线禁止5秒0000000101HA线禁止，B线放行25秒0000001002HA线放行，B线禁止5秒A西A东54系统硬件设计十字路口交通灯控制系统设计硬件总框图如图2所示：图4-1硬件系统总框图4.1设计方案AT89C51芯片一片,74LS04一片,共阳极的七段数码管两个,红、黄、绿发光二极管各4个,开关键盘、连线若干、电容和晶振等。4.1.1单片机最小系统原理本设计采用8位AT89C51单片机，已接时钟电路和复位电路成为最小系统。图4-2单片机最小系统89C51单片机芯片单片机最小系统显示时间交通灯64.1.2交通灯（LED发光二极管）由89C51单片机的定时器每秒钟通过P2口输送交通信号信息,显示红、绿、黄灯的燃亮情况如图4-3所示.图4-3LED发光二极管4.1.3数码显示管显示数码管由数码管1、数码管2组成，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。如图4所示：图4数码显示管74.1.4外部中断由四个按钮组成，2、3、4、分别来控制YELLOW、RED、GREEN灯，1是RESET按钮。图4-4外部中断电路4.1.589C51单片机芯片简介图4-589C51单片机引脚图89C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。P1口复位端P3口时钟端接地端接VCCP0口控制信号P2口889C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。4.2系统工作原理1、编程设置好交通灯初始时间,通过编程器写入89C51单片机系统。2、由89C51单片机的定时器每秒钟通过P1口输送交通信号信息,显示红、绿、黄灯的燃亮情况;由P0、P2口显示每个灯的燃亮时间。3、通过89C51单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值,为0就对系统进行初始化,为1系统就开始工作;通过89C51单片机的P3.2,P3.3位来控制系统东西、南北方向切换,当P3.2为0切换东西方向为绿灯,P3.3为0切换南北方向为绿灯。（a）利用P1口驱动LED——起始南北方向为绿灯，东西方向为红灯。（b）利用P0口驱动数码管——从30秒递减显示到0秒，循环下去。（c）利用P2.0、P2.1口和数码管的位选通端连接——动态显示数码管。（d）利用P3.2口和按键连接——当有紧急车辆要求通过时，按键能改变通行方向。94.3系统工作电路总图图4-6系统工作总图105系统软件设计系统软件的设置主要包含延迟时间设计、显示程序设计以及中断切换程序设计。单片机应用系统软件设计一般应从软件总框图的设计开始，总框图主要应用于表现单片机应用系统软件功能模块的划分以及各软件功能模块之间的关系，接下来的软件设计则是各软件功能模块的编程实现。对较为复杂的软件功能模块，还需要画出更详细的框图或流程图，作为编写源程序的依据编写。115.1主程序框图图5-1主程序流程图开始初始化东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮延时25秒南北路口的绿灯闪烁延时3秒南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮南北路口黄灯亮延时2秒延时25秒南北路口的绿灯闪烁延时3秒南北路口黄灯亮延时2秒125.2中断程序框图图5-2子程序流程图开始中断初始化调用中断判断是否中断中断状态返回显示不调用136课程设计结果及分析本次设计分为两部分：一是交通灯的正常工作；二是紧急情况的通行。设计结果如下所示：1、按下复位键时，数码管以及LED灯全部亮，左边数码管灯接P1口；右边数码管接P0口，须接上拉电阻，若不接上拉电阻，则数码管可能无法驱动，；LED接P1口。如图6-1：图6-1复位情况2、数码管显示，当正