交通燈課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

1、鄭州華信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目： 姓 名： 院 （系）： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 時(shí)間： 年 月 日至 年 月 日目 錄1 前言 2 1.1課程設(shè)計(jì)目的 2 1.2任務(wù)和要求 22 硬件電路的描述和設(shè)計(jì) 3 2.1單片機(jī)的簡(jiǎn)述 3 2.2電源電路 3 2.3芯片的選擇與簡(jiǎn)單介紹 4 2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng) 4 2.5 顯示電路 5 2.6 信號(hào)燈電路 5 2.7電路原理圖 63 軟件設(shè)計(jì)流程及描述 7 3.1設(shè)計(jì)方案思想 7 3.2設(shè)計(jì)要求流程圖 7 3.3主程序流程圖 84 仿真效果 9 4.1仿真軟件 9 4.2系統(tǒng)仿真效果圖9 4.3仿真結(jié)果分析115 源程序代碼 1

2、16 參考文獻(xiàn) 177電路原理圖及元器件表 18 71電路原理 18 72元器件表 188心得體會(huì) 201序言1.1課程設(shè)計(jì)目的1.鞏固和加深課堂所學(xué)知識(shí)；2.學(xué)習(xí)掌握一般的軟硬件的設(shè)計(jì)方法和查閱、運(yùn)用資料的能力；3.通過(guò)對(duì)交通燈實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，掌握MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及并行I/O口的綜合應(yīng)用和編程方法，掌握七段數(shù)碼管的顯示原理和方法。1.2任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)如AT89C51并接數(shù)碼管及發(fā)光二極管來(lái)模擬交通燈的變化規(guī)律，8個(gè)數(shù)碼管用來(lái)顯示秒值，東西南北各兩個(gè)，12個(gè)發(fā)光二極管，東西南北各三個(gè)，分為紅綠黃三種顏色。設(shè)計(jì)思路，首先東西方向綠燈亮

3、，南北方向紅燈亮，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)20s，在7段數(shù)碼管上顯示時(shí)間。當(dāng)20s倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，開(kāi)始3s倒計(jì)時(shí)，并且東西方向綠燈開(kāi)始閃爍，南北方向紅燈亮。當(dāng)3s倒計(jì)時(shí)結(jié)束后再開(kāi)始2s倒計(jì)時(shí)，并且東西方向黃燈亮，南北方向還是紅燈亮。當(dāng)2s倒計(jì)時(shí)結(jié)束后開(kāi)始20s的倒計(jì)時(shí)，此時(shí)是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。接下來(lái)就是南北方向綠燈閃爍3s，再南北方向黃燈閃爍2s，接著又開(kāi)始循環(huán)。要求設(shè)計(jì)出電氣原理圖、要求設(shè)計(jì)出程序流程圖、要求設(shè)計(jì)出程序。2硬件電路的描述和設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)的簡(jiǎn)述單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入輸

4、出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)體積小、功能全、性?xún)r(jià)比等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色，在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、家用電器等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。如果說(shuō)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課，那么單片機(jī)以其系統(tǒng)硬件構(gòu)架完整、價(jià)格低廉、學(xué)生能動(dòng)手等特點(diǎn)，成為工科學(xué)生硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課。2.2電源電路 穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電源電路圖如圖2.2所示。220V電壓經(jīng)過(guò)降壓后得到12V交流電，經(jīng)二極管整流成

5、脈動(dòng)直流電，經(jīng)過(guò)電容濾波后再又經(jīng)過(guò)LM7805穩(wěn)壓得到5V的直流電供系統(tǒng)工作，后面的發(fā)光二極管是起一個(gè)電源指示的作用，470UF的電容是起一個(gè)再次濾波的作用。 圖2.2 電源電路2.3芯片的選擇與簡(jiǎn)單介紹此設(shè)計(jì)主控芯片采用AT89C51（如圖2.3）芯片。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)，亦稱(chēng)單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、圖2.3 A

6、T89C51芯片輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2.4所示是以89C51為核心，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，成本相對(duì)較低，非常符合本設(shè)計(jì)的所有要求。89C51單片機(jī)系列是MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是當(dāng)前8位單片機(jī)的典型代表，采用CHMOS工藝，即互補(bǔ)金屬氧物的HMOS工藝。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，具有HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)，還具有C MOS低功耗的特點(diǎn)。時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過(guò)XTAL1、X TAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用

7、的為12MHz 的晶振，一個(gè)機(jī)器周期為1us，C1、C2為30pF。 2.5 顯示電路因?yàn)橄到y(tǒng)要求南北和東西方向的信號(hào)燈時(shí)間不一樣，所以就利用單片機(jī)的P0口送出數(shù)據(jù)的段碼，位選信號(hào)用 P2口送出，用動(dòng)態(tài) 圖2.4 單片機(jī)最小系統(tǒng) 掃描的方法顯示東西、南北的倒計(jì)時(shí)間。數(shù)碼管使用共陰數(shù)碼管，需要接上470歐上拉電阻以提供足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是約10毫安。顯示電路組件如圖2.5所示： 圖2.5 顯示電路2.6 信號(hào)燈電路本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的P2口來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制各種信號(hào)燈的燃亮和燃亮?xí)r間，在實(shí)際中，交通燈的信號(hào)燈需要用高電壓控制，在這里我們只是模擬一下它的控制信號(hào)，所以我們就只用單

8、片機(jī)的信號(hào)引腳直接來(lái)控制發(fā)光二極管,如圖2.6所示。圖2.6 信號(hào)燈電路 2.7電路原理圖電路原理如圖2.6，此圖主要由一塊主芯片AT89C51、四個(gè)7SEG-MPX2-CC、十二個(gè)發(fā)光二極管（分別為四個(gè)LED RED、四個(gè)LED YELLOW、四個(gè)LED GREEN）、一塊RESPACK-8組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時(shí)間設(shè)置、LED信息顯示功能，是交通實(shí)現(xiàn)有效控制。詳圖見(jiàn)下一頁(yè)：3 軟件設(shè)計(jì)流程及描述3.1設(shè)計(jì)方案思想先了解交通燈的變化規(guī)律，假設(shè)這個(gè)十字路口為東西南北走向。轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西綠燈通行，南北紅燈禁行。過(guò)20s轉(zhuǎn)狀態(tài)2，南北仍然紅燈，東西綠燈閃爍3s后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s。再轉(zhuǎn)

9、狀態(tài)3，南北變?yōu)榫G燈通行，東西變?yōu)榧t燈禁行。過(guò)20s轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西仍然紅燈，南北綠燈閃爍3s轉(zhuǎn)黃燈亮2s。最后回到狀態(tài)1，不斷循環(huán)。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車(chē)流量通過(guò)單片機(jī)芯片的P1口控制紅、黃、綠燈的燃亮與熄滅；P0口外接數(shù)碼管來(lái)顯示各個(gè)信號(hào)燈的時(shí)間。3.2設(shè)計(jì)要求流程圖 設(shè)計(jì)流程圖如圖3.2： 東西綠燈亮南北紅燈亮東西紅燈亮南北黃燈亮東西紅燈亮南北綠燈閃東西紅燈亮南北綠燈亮東西黃燈亮南北紅燈亮東西綠燈閃南北紅燈亮圖3.2 設(shè)計(jì)流程圖以上設(shè)計(jì)流程圖，在編制主程序流程圖和編寫(xiě)程序源代碼的時(shí)候，以此作為參考。程序開(kāi)始時(shí)狀態(tài)一為東西綠燈亮南北紅

10、燈亮，延時(shí)并倒計(jì)時(shí)；然后進(jìn)入第二個(gè)狀態(tài)東西綠燈閃南北紅燈亮，延時(shí)倒計(jì)時(shí)結(jié)束后再改變狀態(tài)，第三個(gè)狀態(tài)為東西黃燈亮南北紅燈亮，延時(shí)。第四個(gè)狀態(tài)東西變?yōu)榧t燈，南北變?yōu)榫G燈，這是東西禁行，南北通行。第五個(gè)狀態(tài)東西依然紅燈亮，南北綠燈閃爍，倒計(jì)時(shí)。第六狀態(tài)東西不變還是紅燈，南北黃燈亮。依次按照設(shè)計(jì)流程圖進(jìn)行下去，一個(gè)周期結(jié)束后馬上進(jìn)入現(xiàn)已周期，依次循環(huán)。3.3主程序流程圖主程序流程圖如圖3.3所示：開(kāi) 始關(guān)閉T0設(shè)置時(shí)間初值初值送緩沖單元初值遞減初值減到0？返 回拆分程序調(diào)用顯示子程序 N Y拆分程序 圖3.3 主程序流程圖4 仿真效果4.1仿真軟件利用wave軟件進(jìn)行編程，利用proteus軟件設(shè)計(jì)原

11、理圖并接線。4.2系統(tǒng)仿真效果圖圖4.2（a）、（b）為用proteus軟件模擬交通燈的部分狀態(tài)仿真圖。圖4.2（a）是在仿真電源接通之前的效果圖，此時(shí)處于初始狀態(tài)。當(dāng)接通電源的瞬間，東西方向從20s倒計(jì)時(shí)并且綠燈亮，南北方向從25s倒計(jì)時(shí)并且紅燈亮。圖4.2（a） 仿真效果圖圖4.2（b）為東西方向從20s倒計(jì)時(shí)至9秒時(shí)，南北方向從25s倒計(jì)時(shí)至14秒的狀態(tài)圖。并且在倒計(jì)時(shí)的同時(shí)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。圖4.2（b） 仿真效果圖4.2仿真結(jié)果分析從仿真的過(guò)程來(lái)看，在接通電源時(shí)仿真能夠正常運(yùn)行。紅燈、黃燈、綠燈狀態(tài)能夠符合要求轉(zhuǎn)換。仿真開(kāi)始東西方向?yàn)榫G燈倒計(jì)時(shí)20s，南北方向紅燈25s

12、，當(dāng)東西方向20s倒計(jì)時(shí)結(jié)束馬上轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈倒計(jì)時(shí)3s，南北方向仍然是紅燈倒計(jì)時(shí)，東西方向3s綠燈倒計(jì)時(shí)結(jié)束后轉(zhuǎn)變?yōu)辄S燈倒計(jì)時(shí)2s。在東西方向黃燈倒計(jì)時(shí)2s結(jié)束的同時(shí)，南北方向也剛好結(jié)束了紅燈25s的倒計(jì)時(shí)，然后南北方向馬上轉(zhuǎn)變?yōu)?0s的綠燈倒計(jì)時(shí)，東西方向轉(zhuǎn)變?yōu)?5s的紅燈倒計(jì)時(shí)，循環(huán)下去。此程序仿真可以準(zhǔn)確顯示每個(gè)狀態(tài)所剩余的時(shí)間，可以自主的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。完成一個(gè)周期后此系統(tǒng)都將會(huì)進(jìn)入下一個(gè)周期的開(kāi)始，實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制交通燈的變換，符合課程設(shè)計(jì)的要求。5源程序代碼源程序代碼： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH AJMP TIME0 ORG 0040HMAI

13、N: MOV SP, #70H MOV 40H, #14H ；東西綠燈顯示時(shí)間20S MOV 41H, #14H ；南北綠燈顯示時(shí)間20S MOV 42H, #02H ；黃燈顯示時(shí)間2S MOV 39H, #03H ；綠燈閃爍時(shí)間3SSTART: MOV A, 41H ADD A, 42H ADD A, 39H MOV 43H, A ；東西紅燈時(shí)間 MOV A, 40H ADD A, 42H ADD A, 39H MOV 50H, A ；南北紅燈時(shí)間 MOV TMOD, #01H ；開(kāi)始正常工作狀態(tài) MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H ；定時(shí)50ms SETB EA ；開(kāi)

14、始計(jì)時(shí) SETB ET0 ；開(kāi)T0中斷 SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器T0STATUS1: MOV P1, #84H ；東西綠燈亮20秒，南北紅燈亮 MOV 44H, 40H MOV 45H, 50H J11: MOV R4, #14H J10: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J10 DEC 44H DEC 45H MOV A, 44H JNZ J11 STATUS2: MOV P1, #84H ；東西綠顯示3秒，南北紅燈亮 MOV R3, 39H J21: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J20: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J20

15、 MOV P1, #04H MOV R4, #0AH J23: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J23 MOV P1, #84H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J21 STATUS3: MOV P1, #44H ；東西黃燈顯示2秒，南北紅燈亮 MOV R3, 42H MOV 44H, R3 J31: MOV R4, #14H J30: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J30 DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J31 STATUS11: MOV P1, #30H ；南北綠燈亮20秒，東西紅燈亮 MOV

16、44H, 43H MOV 45H, 41H J111: MOV R4, #14H J110: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J110 DEC 44H DEC 45H MOV A, 45H JNZ J111 STATUS22: MOV P1, #30H ；南北綠閃爍3秒，東西紅燈亮 MOV R3, 39H J222: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J220: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J220 MOV P1, #20H MOV R4, #0AH J221: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J221 MOV P1,

17、#30H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J222 STATUS23: MOV P1, #28H ；南北黃2秒，東西紅燈亮 MOV R3, 42H J232: MOV 44H, R3 MOV R4, #0AH J230: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J230 MOV P1, #20H MOV R4, #0AH J231: LCALL DISP MOV A, R4 JNZ J231 MOV P1, #28H LCALL DISP DEC 44H DEC 45H DJNZ R3, J232 AJMP STATUS1DISP: MOV A

18、, 44H MOV B, #0AH DIV AB MOV 46H, A ；46H，47H存儲(chǔ)東西方向顯示的十位、個(gè)位數(shù) MOV 47H, B MOV A, 46H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 46H, A MOV A, 47H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 47H, A MOV A, 45H MOV B, #0AH DIV AB MOV 48H, A ；48H，49H存儲(chǔ)南北方向顯示的十位、個(gè)位數(shù) MOV 49H, B MOV A, 48H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV 48H,

19、 A MOV A, 49H MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR ；依次送字形碼，字位信號(hào) MOV 49H, A MOV P0, 46H MOV P2, #11110111B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 47H MOV P2, #11111011B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 48H MOV P2, #11111101B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH MOV P0, 49H MOV P2, #11111110B LCALL DELAY MOV P2, #0FFH RETD

20、ELAY: MOV R7, #06H ；延時(shí)12us程序HERE: DJNZ R7, HERE RET TIME0: CLR TR0 ；定時(shí)器溢出中斷服務(wù)程序 PUSH Acc PUSH PSW DEC R4 MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 POP PSW POP Acc RETI TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;共陰極數(shù)碼管字形碼 END6參考文獻(xiàn)【1】樓然苗等單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M北京航空航天大學(xué)出版社，2007.【2】何立民等單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程M

21、北京航空航天大學(xué)出版社，2004.【3】張毅剛、彭喜源、譚曉昀、曲春波MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.【4】房小翠單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)M北京國(guó)防工業(yè)出版社，2003.【5】丁鎮(zhèn)生.傳感及遙控遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20037電路原理圖及元器件表71電路原理如下圖，72元器件表此圖主要由一塊主芯片AT89C51、四個(gè)7SEG-MPX2-CC、十二個(gè)發(fā)光二極管（分別為四個(gè)LED RED、四個(gè)LED YELLOW、四個(gè)LED GREEN）、一塊RESPACK-8組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時(shí)間設(shè)置、LED信息顯示功能，是交通實(shí)現(xiàn)名稱(chēng)AT89C517SE

22、G-MPX2-CCLED REDLED YELLOWLED GREENRESPACK-8數(shù)目1444418心得體會(huì)作為一名電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我覺(jué)得做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過(guò)的大學(xué)時(shí)間里， 我們大多數(shù)接觸的是基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專(zhuān)業(yè)課的理論知識(shí)，如何去鍛煉我們的實(shí)踐能力？如何把我們所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去呢？我想做類(lèi)似的課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序

23、時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)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；在設(shè)計(jì)課程過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的， 但我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問(wèn)題。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但是從中學(xué)學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問(wèn)題和實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。設(shè)計(jì)過(guò)程，好比是我們的成長(zhǎng)的歷程，常有一些不如意，難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。 通過(guò)這次交通燈的課程設(shè)計(jì)，使