單片機交通燈課程設(shè)計報告

1 課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告 課程名稱 單片機課程設(shè)計 系 部 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 自動化 08101 班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 學(xué) 號 完成時間 2011 6 23 報告成績 評閱意見 評閱教師 日期 2 目目 錄錄 1 設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo) 1 1 1 設(shè)計任務(wù) 1 1 2 性能指標(biāo) 2 2 設(shè)計方案設(shè)計方案 2 2 1 任務(wù)分析 2 2 2 方案設(shè)計 2 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 4 3 1 單片機的最小系統(tǒng) 4 3 2 電源電路 4 3 3 數(shù)碼管顯示時間電路設(shè)計 5 3 4 信號燈控制電路設(shè)計 5 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 6 4 1 主程序設(shè)計 6 5 調(diào)試及性能分析調(diào)試及性能分析 8 5 1 調(diào)試分析 8 5 1 1 軟件調(diào)試 8 5 1 2 系統(tǒng)功能調(diào)試 8 6 心得體會心得體會 9 參考文獻參考文獻 10 致謝致謝 10 附錄附錄 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 11 附錄附錄 2 系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)仿真圖 12 附錄附錄 3 程序清單程序清單 13 1 1 設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo) 1 1 設(shè)計任務(wù) 東西 南北兩干道交與一個十字路口 各干道有一組紅 黃 綠三色的指示 燈 指示車輛和行人安全通行 紅燈 亮禁止通行 綠燈亮允許通行 黃燈 亮提示人們注意紅 綠燈的狀態(tài)即將切 換 切黃燈燃亮?xí)r間為東西南北兩干 道的公共停車時間 設(shè)東西道比南北道 的車流量大 指示燈燃亮的方案如下 表所示 60S5S80S5S 東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮紅燈亮 南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮 南 北 東 西 2 1 2 性能指標(biāo) 1 當(dāng)東西方向為紅燈 此道車輛禁止通行 東西道行人可通過 南北道為綠 燈 此道車輛通過 行人禁止通行 通行時間為 60 秒 2 黃燈閃爍 5 秒 警示車輛和行人紅 綠燈狀態(tài)即將切換 3 當(dāng)東西方向為綠燈 此道車輛通行 南北方向為紅燈 南北道車輛禁止通 行 行人通行 時間為 80 秒 東西方向車輛打通行時間長 4 這樣如上表的時間和紅 綠 黃出現(xiàn)的順序依次處出現(xiàn)這樣行人和車輛就 能安全暢通的通行 5 此表可根據(jù)車輛動態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值 2 設(shè)計方案設(shè)計方案 2 12 1 任務(wù)分析任務(wù)分析 模擬交通燈控制器就是使用單片機來控制一些 LED 和數(shù)碼管 模擬真實交通燈 的功能 紅 黃 綠交替閃亮 利用數(shù)碼管倒計數(shù)顯示間隔等 用于管理十字 路口的車輛及行人交通 計時牌顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間等 2 22 2 方案設(shè)計方案設(shè)計 3 1 硬件圖 硬件圖 根據(jù)設(shè)計的要求可知 系統(tǒng)的硬件原理框圖如下圖所示 鍵 盤 LED數(shù)碼管顯示 三色燈顯示 復(fù)位電路 單片機 晶振電路 系統(tǒng)硬件框圖 單片機可選用 AT89C51 它與 8051 系列單片機全兼容 但其內(nèi)部帶有 4KB 的 FLASH ROM 設(shè)計時無需外接程序存儲器 為設(shè)計和調(diào)試帶來極大的方便 南北向和東西向各采用 4 個數(shù)碼管計時 同時需要對該方向的指示燈的點亮?xí)r 間進行倒計時 鍵盤系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)置不同的鍵的個數(shù) 可以選擇 線式鍵盤或矩陣式鍵盤 若單片機的 I O 口不夠用時 可以考慮擴展 8255 或 8 155 滿足系統(tǒng)的要求 2 2 軟件方案軟件方案 根據(jù)設(shè)計要求 程序框圖如圖 1 所示 軟件可由匯編語言完成 也可由 C 語 言完成 這里就采用匯編語言 軟件設(shè)計可以分為以下幾個功能模塊 主程序主程序 初始化及鍵盤監(jiān)控 計時程序模塊 計時程序模塊 為定時器的中斷服務(wù)子程序 完成 0 1 秒 或其他時間 和 1 秒的時間定時 顯示程序模塊顯示程序模塊 完成 60 個發(fā)光二極管 實際上只需驅(qū)動 30 個 和 8 個 LED 數(shù)碼管的顯示驅(qū)動 開始 初始化 判斷當(dāng)前狀態(tài) 調(diào)用正常 運行子程序 調(diào)用緊急 狀態(tài)子程序 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 1 單片機的最小系統(tǒng) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C52 單片機它是硬件電路的核心部分 時鐘電路晶 振使用 12MHz 復(fù)位電路采取按鍵復(fù)位方式 具體連接圖 3 1 和圖 3 2 單片機系統(tǒng)的時鐘電路 單片機系統(tǒng)的復(fù)位電路 3 2 電源電路設(shè)計 電源用 5V 直流變壓器直接供電 5 3 3 數(shù)碼管顯示電路 顯示電路采用 8 個共陰數(shù)碼管 P1 口作為數(shù)碼管的輸入 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 分 別作為東西南北四路數(shù)碼管的位選端 數(shù)碼管顯示電路 3 4 信號燈控制電路 應(yīng)急電路 6 4 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4 14 1 主程序設(shè)計主程序設(shè)計 1 主程序流程圖主程序流程圖 調(diào)南北通行子程序 調(diào)南北黃燈閃爍子程 調(diào)東西通行子程 調(diào)東西黃燈閃爍子程 是否有中斷按鍵按 下 中斷處理 中斷初始化 中斷返回 到子程序處 YES 開 始 NO 7 2 緊急中斷子程序流程圖緊急中斷子程序流程圖 斷點入棧保護 狀態(tài)參數(shù)設(shè)置 送狀態(tài)字至端口 狀態(tài)響應(yīng) 斷點返回 開 始開 始 3 3 循環(huán)流程控制思路 循環(huán)流程控制思路 東西綠燈東西綠燈 南北紅燈南北紅燈 東西黃燈閃東西黃燈閃 南北紅燈亮南北紅燈亮 東西紅燈東西紅燈 南北綠燈南北綠燈 東西紅燈亮東西紅燈亮 南北黃燈閃南北黃燈閃 8 5 調(diào)試及性能分析調(diào)試及性能分析 5 1 調(diào)試分析 5 1 1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試主要是利用 proteus 仿真軟件完成電路的搭建 運行以發(fā)現(xiàn)設(shè)計中 的錯誤及時改正 5 1 2 系統(tǒng)功能調(diào)試系統(tǒng)功能調(diào)試 通過軟件仿真顯示 系統(tǒng)基本能完成要求 但鍵盤沒有正確的做出來 沒 有鍵盤電路 緊急情況也可以通過一個按鈕來采取相關(guān)的動作 仿真結(jié)果請見 附表 9 6 心得體會心得體會 兩個星期的單片機課程設(shè)計很快就結(jié)束了 在本次課程設(shè)計中 我通過動 手實踐操作 進一步學(xué)習(xí)和掌握了單片機原理的有關(guān)知識 特別是在計算機編 程方面 這讓我加深了對單片機原理及應(yīng)用技術(shù)的認識 進一步鞏固了單片機 知識 掌握了簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 制作 調(diào)試的方法 對于交通燈 這個題目 由于本學(xué)期學(xué)習(xí)單片機課程和 PLC 課程時 都接觸過類似相關(guān)的實 驗 所以感覺蠻親近 只是使用匯編語言我確實還不夠熟練 在整個課程設(shè)計 中我查閱了大量的資料 以及得到了很多同學(xué)的指導(dǎo)和幫忙 本次單片機課程設(shè)計重點是通過實踐操作和理論相結(jié)合 提高實際解決問 題能力 在這一周多的的時間里我了解了很多有關(guān)單片機的知識 使自己的知 識得到豐富和充實 單片機是我們自動化專業(yè)重要課程之一 要做好一個課程 設(shè)計 就必須做到 1 在設(shè)計程序之前 對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng) 的了解 知道該單片機內(nèi)有哪些資源 2 要有一個清晰的思路和一個完整的的 軟件流程圖 3 在設(shè)計程序時 不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好 反復(fù)修改 不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路 4 要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣 一個程序的完 美與否不僅僅是實現(xiàn)功能 而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路 這樣也為資料 的保存和交流提供了方便 5 在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的 但我們 們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來 并分析清楚 這樣下次再碰到同樣的問題 時就能很好的解決了 課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲 從中學(xué)到的知識會讓我受益終 身 在設(shè)計的過程中我發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處 如對以前所學(xué)過的知識理解 得不夠深刻 掌握得不夠牢固 通過查閱大量有關(guān)資料 并跟同學(xué)互相討論 交流經(jīng)驗和自學(xué) 使自己學(xué)到了不少東西 雖然經(jīng)歷了不少艱辛 但收獲同樣 巨大 通過這次課程設(shè)計 使我對以前學(xué)過的知識進行了鞏固 加深了理解 提 高了應(yīng)用能力和發(fā)現(xiàn) 分析 解決問題的能力 經(jīng)歷了從最初的設(shè)計到最后完 成設(shè)計的整個過程 使我進一步增強了對本專業(yè)的認識和興趣 對于我們工科 來說 對以后就業(yè)工作來說 肯定也會有很好的幫助的 10 參考文獻 1 曾屹 單片微型機原理與應(yīng)用 中南大學(xué)出版社 2009 6 2 張一斌 余建坤 單片機原理課程設(shè)計 中南大學(xué)出版社 2009 9 3 鄧紅 張越 單片機實驗與應(yīng)用設(shè)計教程 冶金工業(yè)出版社 2004 5 4 李剛 林凌 姜葦 51 系列單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用技巧 北京航空航天大學(xué) 出版社 2004 1 致謝致謝 這次單片機課程設(shè)計是本學(xué)期的一次重要學(xué)習(xí)任務(wù) 從中學(xué)到了很多 讓 我真正滲入到了專業(yè)學(xué)習(xí) 我能有這樣的機會并且獲益匪淺 感謝于身邊每一 位給予我支持和幫助的人 感謝父母的養(yǎng)育之恩 是您們讓我走進了美麗的大學(xué)校園 讓我經(jīng)歷著人 生美好的時光 并從中汲取營養(yǎng) 不斷地成長 感謝湖南文理學(xué)院 感謝電氣與信息工程學(xué)院 校園的良好環(huán)境培養(yǎng)了一 批又一批的學(xué)子 身為電信學(xué)子 我驕傲 我自信 感謝美麗的校園 感謝本次課程設(shè)計的指導(dǎo)老師張曉虎老師 您的課題指點為之后課題的成 功完成指引了方向 奠定了基礎(chǔ) 感謝我的室友們還有班級的其他同學(xué) 當(dāng)我的課題設(shè)計遇到困難時 是你 們幫助我解決和查閱資料 設(shè)計過程中我遇到了很多大大小小的問題 你們給 了我最直接最快捷的指導(dǎo)和幫助 我真誠地感謝每一位關(guān)心 幫助過我的同學(xué) 老師 朋友 不論是過去 現(xiàn)在或?qū)?11 附錄附錄 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 12 附錄附錄 2 系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)仿真圖 13 附錄附錄 3 程序清單程序清單 程序?qū)崿F(xiàn)功能 西南北路口直行與轉(zhuǎn)彎交替通行 數(shù)碼管顯示直行通行倒計時 紅綠黃燈顯示包括人行道 在內(nèi)的道路交通狀態(tài) 某一方向道路擁擠時 可以人工控制調(diào)節(jié)東西南北方向通行時間 緊急情況時 各路口交通燈顯示紅燈 數(shù)碼管保持數(shù)據(jù)不變 工作寄存器及存儲單元分配 1 工作寄存器 R2 設(shè)置為定時器定時中斷次數(shù) R6 R7 用于延時程序中的寄存器 2 片內(nèi)存儲單元 30H 31H 作為兩組數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)存儲單元 32H 33H 作為交通燈初始狀態(tài)存儲單元 40H 41H 作為交通燈顯示數(shù)據(jù)存儲單元 3 標(biāo)志位 00H 南北通行標(biāo)志位 01H 東西通行標(biāo)志位 02H 緊急事件標(biāo)志位 SNF EQU 00H 南北通行標(biāo)志位 EWF EQU 01H 東西通行標(biāo)志位 URF EQU 02H 緊急事件標(biāo)志位 ORG 0000H LJMP MAIN 上電轉(zhuǎn)主程序 ORG 000BH 定時中斷入口 LJMP DSZD ORG 0003H 緊急中斷入口 LJMP URZD ORG 0030H MAIN LCALL INIT 調(diào)用初始化子程序 LOOP LCALL DIS 循環(huán)執(zhí)行顯示子程序 AJMP LOOP 初始化程序 INIT SETB SNF SETB EWF SETB URF MOV R2 20 定時器中斷 20 次為 1s MOV TMOD 01H 初始化定時器 MOV TL0 0B0H MOV TH0 3CH SETB EA 開定時中斷與緊急中斷 14 SETB ET0 SETB TR0 SETB EX0 SETB IT0 設(shè)置中斷程控方式 MOV DPTR TAB 數(shù)值首地址放入 DPTR 中 MOV 40H 40 東南西北通行時間設(shè)置 MOV 41H 40 MOV 30H 40 通行時間初始化 MOV 31H 60 MOV P0 4CH 初始化時南北通行并把交通燈狀態(tài)分別放在 32H 和 33H 中 MOV 32H 4CH MOV P2 15H MOV 33H 15H RET 顯示子程序 DIS MOV P3 0DFH 選中南北方向的十位數(shù)碼管 MOV A 30H 把顯示數(shù)據(jù)送人數(shù)碼管顯示 MOV B 10 DIV AB MOVC A A DPTR MOV P1 A LCALL D1MS MOV P3 0EFH 選中南北方向的個位數(shù)碼管 MOV A B 送入數(shù)碼管顯示 MOVC A A DPTR MOV P1 A LCALL D1MS MOV P3 7FH 選中第東西方向的十位數(shù)碼管 MOV A 31H 送入數(shù)碼管顯示 MOV B 10 DIV AB MOVC A A DPTR MOV P1 A LCALL D1MS MOV P3 0BFH 選中第東西方向的個位數(shù)碼管 MOV A B MOVC A A DPTR MOV P1 A LCALL D1MS SETB P3 0 SETB P3 1 JNB P3 0 DIS S 查詢是否第一個按鍵按下 15 JNB P3 1 DIS E 查詢是否第二個按鍵按下 AJMP DIS R 沒有鍵按下則返回 DIS S LCALL D5MS 按鍵去抖 JNB P3 0 DIS SN AJMP DIS R DIS SN MOV 40H 50 對通行時間從新分配 南北通行時間加長 MOV 41H 30 AJMP DIS R DIS E LCALL D5MS 按鍵去抖 JNB P3 1 DIS EW AJMP DIS R DIS EW MOV 40H 30 東西通行時間加長 MOV 41H 50 DIS R RET 定時中斷處理程序 DS C LJMP DS R 接力跳轉(zhuǎn) DSZD PUSH ACC 保護現(xiàn)場 PUSH PSW CLR TR0 關(guān)定時器及中斷標(biāo)志位并重新賦值 CLR TF0 MOV TL0 0B0H MOV TH0 3CH DJNZ R2 DS C 判斷 1m 時間是否到達 MOV R2 20 到達重新賦值 DEC 30H 南北方向通行時間減一 MOV A 30H 把減一后的時間送入顯示存儲單元 南北通行到達最后 4 秒時黃燈閃爍 DS 10 CJNE A 4 DS 11 如果通行時間剩余 4 秒 JNB SNF DS 11 判斷是否是南北通行 MOV P0 8AH MOV 32H 8AH 把交通燈狀態(tài)存入存儲單元 后面類似 DS 11 CJNE A 3 DS 12 不是剩余 3 秒 返回 JNB SNF DS 12 不是南北通行時間 返回 MOV P0 88H MOV 32H 88H DS 12 CJNE A 2 DS 13 JNB SNF DS 13 MOV P0 8AH MOV 32H 8AH DS 13 CJNE A 1 DS 14 JNB SNF DS 14 MOV P0 88H MOV 32H 88H 16 DS 14 JNZ DS NE 通行時間沒有結(jié)束轉(zhuǎn)向改變東西方向的數(shù)碼管 CPL SNF 如果通行時間結(jié)束則對標(biāo)志位取反 JNB SNF DS 1 判斷是否南北通行 MOV 30H 40H 是 點亮相應(yīng)的交通燈 MOV P0 4CH MOV 32H 4CH 存儲交通燈狀態(tài) MOV P2 15H MOV 33H 15H 存儲交通燈狀態(tài) DS NE DEC 31H 東西方向通行時間減一 MOV A 31H 把通行剩余時間送入顯示存儲單元 東西方向通行時間剩余 4 秒鐘黃燈閃爍 程序注釋與南北方向類似 略 DS 20 CJNE A 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 CJNE A 2 DS 23 JB EWF DS 23 MOV P0 51H MOV 32H 51H DS 23 CJNE A 1 DS 24 JB EWF DS 24 MOV P0 41H MOV 32H 41H DS 24 JNZ DS R 東西方向時間沒有結(jié)束 返回 CPL EWF 對通行狀態(tài)取反 JNB EWF DS 2 東西方向通行時間到來 跳