單片機交通燈課程設計報告(含電路圖源程序

1、摘 要11.引言22.總體設計方案22.1.設計思路22.1.1.設計目的22.1.2.設計任務和內容32.1.3.方案比較、設計與論證32.1.4.芯片簡介52.2.設計方框圖83.設計原理分析83.1.交通燈顯示時序的理論分析與計算83.2.交通燈顯示時間的理論分析與計算103.3.電路模塊113.3.1.LED數(shù)碼管顯示模塊113.3.2.LED紅綠燈顯示模塊133.3.3.復位電路153.3.4.晶振電路164.結束語165.參考文獻166.附錄176.1.附錄1：程序清單176.2.附錄2：電路設計總圖226.3附錄3：實物圖231. 總體設計方案1.1. 設計思路1.1.1. 設計

2、目的（1）加強對單片機和匯編語言的認識，充分掌握和理解設計各部分的工作原理、設計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。（2）用單片機模擬實現(xiàn)具體應用，使個人設計能夠真正使用。（3）把理論知識與實踐相結合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。（4）提高利用已學知識分析和解決問題的能力。（5）提高實踐動手能力。1.1.2. 設計任務和內容1.1.2.1. 設計任務單片機采用用AT89S52芯片，使用發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個路口的交通燈，用8段數(shù)碼管對轉換時間進行倒時（東西路口15秒，南北路口25秒，黃燈時間5秒）。1.1.2.2. 設計內容（1）設計并繪制硬件電路圖（2）制作PCB并焊接

3、好元器件（3）編寫程序并將調試好的程序固化到單片機中1.1.3. 方案比較、設計與論證1.1.3.1. 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源，采用單片機控制模塊提供電源。此方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。綜上所述，我們選擇第二種方案。1.1.3.2. 復位方案復位方式有兩種：按鍵復位與軟件復位。由考慮到程序的簡潔，避免冗長，本設計采用按鍵復位，在芯片的復位端口外接復位電路，通過按鍵對單片機輸入一個高電平脈沖，達到復位的目的。1.1.3.3. 輸入方案方案一：采用89S52擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該

4、方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復雜。方案二： 直接在IO口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用2個按鍵，分別是K1、K2。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二1.1.3.4. 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖

5、形等。方案三：采用數(shù)碼管與點陣LED 相結合的方法因為設計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。設計方框圖整個設計以AT89S52單片機為核心，由數(shù)碼管顯示，LED數(shù)碼管顯示,復位電路組成。硬件模塊入圖2-1。AT89S52單片機數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管顯示晶振電路復位電路1.1.3.5. 交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和

6、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，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。指示燈燃亮的方案如表2。25S5S25S5S東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮表2說明： （1）當東西方向為紅燈，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。時間為25秒。（2）黃燈5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為25秒。 （4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢

7、通的通行。1.1.4. 芯片簡介1AT89S52單片機簡介其引DIP封裝的腳圖如下：主要性能 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、 三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針 、掉電標識符 。功能特性描述 At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè)8

8、0C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中

9、斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0具有內部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p

10、1 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能 P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MIS

11、O（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。 在flash編程和校驗時，P2口也接

12、收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)P3.5 T1

13、(定時/計數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROG當訪問外部程存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄

14、存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如

15、EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。復位晶振源1.2. 設計方框圖AT89S52LED倒計時顯示各路口紅綠燈燈2. 設計原理分析2.1. 交通燈顯示時序的理論分析與計算對于一個交通路口來說，能在最短的時間內達到最大的車流量，就算是達到了最佳的性能，我們稱在單位時間內多能達到的最大車流為車流量，用公式：車流量= 車流 / 時間 來表示。先設定一些標號如圖21 所示。說明：此圖為直方圖，上邊為北路口燈，右邊為東路口燈，下邊為南路口燈，左邊為西路口燈。 圖22 所

16、示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖，分別設定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四的狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行（見圖23）。圖21請注意圖21b和圖21d，它們在一個時間段中四個方向都可以通車，這種狀態(tài)能在一定的時間內達到較大的車流量，效率特別高。依據(jù)上述的車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個路口燈的邏輯表，由于相向的燈的狀態(tài)圖是一樣的，所以只需寫出相鄰路口的燈的邏輯表；根據(jù)圖23 可以看出，相鄰路口的燈它們的狀態(tài)在相位上相差180。因此最終只需寫出一組S1、S2、S3、S4的邏輯狀態(tài)表。如表21 所示。表21表中的“”代表是紅燈亮（也代表邏輯上的0），“”是代表綠燈亮（也代表邏輯上的1），依上表，就可以向相

17、應的端口送邏輯值。2.2. 交通燈顯示時間的理論分析與計算東西和南北方向的放行時間的長短是依據(jù)路口的各個方向平時的車流量來設定，并且S1、S2、S3、S4各個狀態(tài)保持的時間之有嚴格的對應關系，其公式如下示。T-S1+T-S2=T-S3T-S2=T-S4T-S1=T-S3我們可以依據(jù)上述的標準來改變車輛的放行時間。按照一般的規(guī)則，一個十字路口可分為主干道和次干道，主干道的放行時間大于次干道的放行時間，我們設定值時也應以此為參考2.3. 電路模塊2.3.1. LED數(shù)碼管顯示模塊（1） 靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示方式是指當顯示器顯示某一字符時，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED

18、數(shù)碼管顯示器都需要一個8位的輸出口進行控制。由于單片機本身提供的I/O口有限，實際使用中，通常通過擴展I/O口的形式解決輸出口數(shù)量不足的問題。 靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運行過程中，在需要更新顯示內容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個LED數(shù)碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。 （2）動態(tài)顯示方式：動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅

19、對位選選中的數(shù)碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。通過調整電流和時間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個8位I/O口進行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段碼輸出）。數(shù)碼管顯示子程序：DISP: MOV A,R2 MOV B,#10 DIV AB MOV 60H,A MOV 61H,B MOV A,R3 MOV B,#10 DIV AB MOV 62H,A MOV 63H,B MOV 40H,#04H MOV R5,#0FEH M

20、OV R0,#60HLLP: MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV P0,A MOV A,R5 MOV P2,A LCALL DELAY1 MOV P2, #0FFH ;令顯示器熄滅，以免產(chǎn)生殘影 RL A MOV R5,A INC R0 DJNZ 40H,LLP RETDELAY1: ;延時子程序 MOV R4,#12DL2: MOV R7,#12 DJNZ R7,$ DJNZ R4,DL2 RETTABLE:DB 3FH,24H,5dH,75H,66H DB 73H,7bH,25H,7fH,77H END2.3.2. LED紅綠燈顯示模塊本實

21、驗有四種狀態(tài)：狀態(tài)1， 東西綠燈亮，南北紅燈亮，此時P1.0口P1.7口的高低電平為#0BBH。子程序：ST1: MOV P1,#0EBH ;第一個狀態(tài)，主干道亮綠燈、支干道亮紅燈； CJNE R1,#0FFH,TZ1 MOV R1,#00H DEC 20H DEC 23HTZ1: MOV R2,20H MOV R3,23H LCALL DISP ;調用顯示子程序。 MOV A,20H CJNE A,#00H,ST1 MOV 20H,#25狀態(tài)2， 東西黃燈亮，南北紅燈亮，此時P1.0口P1.7口的高低電平為#0BDH。子程序：ST2: MOV P1,#0EDH ;第二個狀態(tài)，主干道亮黃燈、支

22、干道亮紅燈； CJNE R1,#0FFH,TZ2 MOV R1,#00H DEC 21H DEC 23HTZ2: MOV R2,21H MOV R3,23H LCALL DISP ;調用顯示子程序。 MOV A,21H CJNE A,#00H,ST2 MOV 21H,#05狀態(tài)3， 東西紅燈亮，南北綠燈亮，此時P1.0口P1.7口的高低電平為#0DEH。子程序：ST3: MOV P1,#0BEH ;第三個狀態(tài)，主干道亮紅燈、支干道亮綠燈； CJNE R1,#0FFH,TZ3 MOV R1,#00H DEC 24H DEC 22HTZ3: MOV R2,24H MOV R3,22H LCALL

23、DISP ;調用顯示子程序。 MOV A,22H CJNE A,#00H,ST3 MOV 22H,#15狀態(tài)4， 東西紅燈亮，南北黃燈亮，此時P1.0口P1.7口的高低電平為#0EEH。再采用顯示子程序與延時子程序可使LED顯示燈按照要求點亮。子程序：ST4: MOV P1,#0DEH ;第四個狀態(tài)，主干道 亮紅燈、支干道亮黃燈； CJNE R1,#0FFH,TZ4 MOV R1,#00H DEC 24H DEC 21HTZ4: MOV R2,24H MOV R3,21H LCALL DISP ;調用顯示子程序。 MOV A,21H CJNE A,#00H,ST4 MOV 21H,#05 MO

24、V 24H,#20 LJMP ST1程序初始化狀態(tài)1(S1)狀態(tài)2 (S2)狀態(tài)3（S3）狀態(tài)4（S4）2.3.3. 復位電路復位方式有多種，本設計采用按鍵復位。接線圖如圖程序3.1復位電路，框圖在設定的定時時間內，89S52必須在RST引腳產(chǎn)生一個由高到低的電平變化，以清內部定時器. 2.3.4. 晶振電路晶振電路原理圖如3-2：3-2晶振模塊原理圖選取原則：傳統(tǒng)做法，但能夠實現(xiàn)所需，即最簡單也最是實用。電容選取30pF，晶振為30MHz。3. 結束語通過這次課程設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編

25、程設計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步。本次課程設計的過程是艱辛的，不過收獲卻是很大的。在設計過程中，會出現(xiàn)了一些問題，但都是常見的小問題，如：代碼中雙引號的使用并不是在英語書寫狀態(tài)下，輸入字母出錯等，在調試時出現(xiàn)異常，不過這些都是經(jīng)常性錯誤，經(jīng)過調試修改都一一解決，程序順利完成，并實現(xiàn)了其功能。綜合課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更進一步的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關書籍、資料以及和周圍同學交流。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可

26、以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。但是在我們設計和調試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如紅燈和綠燈的切換還不夠迅速，紅綠燈規(guī)則不效率還不是很高等等，這需要在實踐中進一步完善。當然，通過這次課程設計，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，在以后的學習中，我會不斷的完善自我。附錄3.1. 附錄1：程序清單 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTT0 ORG 0013H LJMP INTT1 ORG 001BH LJMP TT1 ORG 0100HTT1: MOV TH1,#0D8H ;定時器1，定時10us MOV TL1,#0F0H DJNZ R6,EXIT MO

27、V R6,#100 ;定時器定時100次 MOV R1,#0FFHEXIT: RETIINTT0:MOV P1,#0BEH ;外部中斷0， JB P3.4,$ RETIINTT1:MOV P1,#0BBH ;外部中斷1， JB P3.4,$ RETI ORG 1000HMAIN: MOV R6,#100 ;主程序； MOV R1,#00H MOV TMOD,#10H ;初始化 MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H MOV IE,#8DH MOV 20H,#25 MOV 21H,#5 MOV 22H,#15 MOV 23H,#30 MOV 24H,#20 SETB TR1ST1: MOV P1,#0EBH ;第一個狀態(tài)，主干道亮綠燈、支干道亮紅燈； CJNE R1,#0FFH,TZ1 MOV R1,#00H DEC 20H DEC 23HTZ1: MOV R2,20H MOV R3,23H LCALL DISP ;調用顯示子程序。 MOV A,20H CJNE A,#00H,ST1 MOV 20H,#25ST2: MOV P1,#0EDH ;第二個狀態(tài)，主干道亮黃燈、支干道亮紅燈； CJNE R1,#0FFH,TZ2 MOV R1,#00H DE