硬件系統(tǒng)-單片機系統(tǒng)課程設(shè)計方案之交通模擬燈

-PAGE19-硬件系統(tǒng)課程設(shè)計報告題目：交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計學院：信息工程學院專業(yè)：計算機092班學生姓名:易小艷熊晶學號：0510指導(dǎo)教師：董麗鳳201目錄TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc327969988"一、設(shè)計目的 4HYPERLINK\l”_Toc327969989”二、設(shè)計任務(wù)和要求 4HYPERLINK\l”_Toc327969990"2.1設(shè)計任務(wù) 4HYPERLINK\l”_Toc327969991"2。2設(shè)計要求 4HYPERLINK\l”_Toc327969992”三、總體設(shè)計及原理分析 4HYPERLINK\l”_Toc327969993"3。1總體設(shè)計圖 5_Toc327969995”四、硬件設(shè)計及其分配 6_Toc327969998”4。3硬件圖 115.1、主程序框圖 12HYPERLINK\l”_Toc327970001"5.2.中斷服務(wù)程序框圖 12HYPERLINK\l”_Toc327970002"六、程序 12HYPERLINK\l”_Toc327970003”七、調(diào)試運行 15HYPERLINK\l”_Toc327970004”7.1keil調(diào)試 157。2Proteus中加載。Hex文件并運行 16HYPERLINK\l”_Toc327970006”7。3系統(tǒng)整體運行具體操作 16八、仿真截圖 17九、設(shè)計心得體會 18HYPERLINK\l”_Toc327970009"十、參考文獻 19前言本設(shè)計是單片機控制的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注.人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況,越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。當前,國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動"紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈"三部分組成?，F(xiàn)在我們利用“自動控制”控制交通燈的方法.將事先編制好的程序輸入單片機,利用單片機的定時、查詢、中斷功能;能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)狀況，采用查詢的方式,根據(jù)具體情況,自動給予時間通行，其中利用中斷方式來處理特殊情況。這樣既方便駕駛員、路人，同時還可以緊急處理一些緊急實況。同樣具有紅、黃、綠燈的顯示功能，為駕駛員、路人“照明".一、設(shè)計目的1、通過單片機課程設(shè)計，熟練掌握匯編語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。2、通過交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握定時/計數(shù)器及中斷的使用方法，和簡單程序的編寫，最終提高我們的邏輯抽象能力。二、設(shè)計任務(wù)和要求2。1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個能夠控制十二盞交通信號燈的模擬系統(tǒng)2.2設(shè)計要求利用單片機的定時器定時，令十字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅，并用LED燈顯示倒計時間.1、東西綠燈亮，南北紅燈亮2、黃燈亮3、東西紅燈亮,南北綠燈亮三、總體設(shè)計及原理分析3。1總體設(shè)計圖人行道人行道人行道人行道人行道人行道人行道圖3-1總體設(shè)計圖3。2設(shè)計步驟1）、首先了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律.假設(shè)一個十字路口如上圖所以，為東南西北走向。初始狀態(tài)0：為東西綠燈亮,南北紅燈亮；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1：東西綠燈亮黃燈亮,南北紅燈亮黃燈亮；過后轉(zhuǎn)狀態(tài)2：東西紅燈亮,南北綠燈亮；再轉(zhuǎn)狀態(tài)3：東西紅燈亮黃燈亮，南北綠燈亮黃燈亮.一段時間后，又循環(huán)至狀態(tài)0。中間可通過中斷按鈕產(chǎn)生中斷,跳入中斷程序執(zhí)行中斷。列出交通信號燈的狀態(tài)表如下：（其中,1代表燈亮，0代表燈滅）表3—1交通信號燈的狀態(tài)表狀態(tài)北西南東綠黃紅綠黃紅綠黃紅綠黃紅00011000011001011110011110210000110000131100111100112）、對于交通信號燈來說，應(yīng)該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了,因此，采用單片機內(nèi)部的I/O口上的P1口中的6個引腳即可來控制6個信號燈。3）、通過編寫程序,實現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規(guī)律進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換.4）、通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增添其倒計時間的顯示功能,實現(xiàn)其功能的擴展。5)．通過脈沖中斷編寫中斷程序，可實現(xiàn)中斷.四、硬件設(shè)計及其分配4.1AT89C51簡介：主要用到的硬件有AT89C51的P1口、P3口，LED數(shù)碼，、LED發(fā)光二級管，定時器T0。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次.該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS—51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖片見下圖：圖4-1AT89C51引腳圖1）．主要特性：

·與MCS—51兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器

壽命:1000寫/擦循環(huán)

數(shù)據(jù)保留時間:10年

·全靜態(tài)工作：0Hz—24Hz

·三級程序存儲器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數(shù)器

·5個中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2）．管腳說明：

VCC：供電電壓。

GND:接地。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入.并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位.在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容.P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號.

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL）這是由于上拉的緣故。

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3口管腳備選功能

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2/INT0（外部中斷0）

P3。3/INT1(外部中斷1）

P3。4T0(記時器0外部輸入）

P3。5T1（記時器1外部輸入）

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）

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

RST：復(fù)位輸入.當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

ALE/PROG:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖.在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的.然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖.如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H—FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）.

XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3）．振蕩器特性：

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用.如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4）．芯片擦除:

整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行.

此外,AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4.2硬件分配：1、P1口：做為輸出口，與發(fā)光二極管相連接，其狀態(tài)及對應(yīng)的十六進制值如下：表4—1方向狀態(tài)無南北東西十六進制值說明P1。7P1。6P1。5P1。4P1。3P1.2P1。1P1.000010000122H東西綠南北紅10011001133H東西綠黃全亮2000011000CH東西紅南北綠3000111101EH東西紅黃全亮2、P3口中的P3。0(RXD)和P3。1(TXD)作特殊用途,數(shù)據(jù)（倒計時時間)從RXD端輸入,TXD端輸出.3、LED發(fā)光二極管用來顯示燈亮情況。4、定時/計數(shù)器T0用來產(chǎn)生1秒的定時5．Led顯示器十位與p0相連接,個位與p2連接用來顯示時間，下面是LED顯示接口及原理.1）LED是發(fā)光二極管的英文縮寫，LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，它在單片機中的應(yīng)用非常普遍。通常所說的LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，其排列形狀如圖所示。此外,顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管以dp表示，用于小數(shù)點表示。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。LED顯示中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法:2)共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極.使用時公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平的則不亮。3）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極.使用時公共陰極接地。這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不亮。4）控制數(shù)碼管驅(qū)動級的控制電路有靜態(tài)式和動態(tài)式兩類：5）靜態(tài)驅(qū)動：它是指每個數(shù)碼管都要用一個譯碼器譯碼驅(qū)動。6）動態(tài)驅(qū)動：它是所的數(shù)碼管使用一個專門的譯碼驅(qū)動器，使各位數(shù)碼管逐個輪流顯示，它的掃描速度極快，因此顯示效果與靜態(tài)驅(qū)動相同。7）采用動態(tài)數(shù)碼管顯示，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，因為某一時刻只有一個數(shù)碼管工作，就是所謂的分時顯示，顯示所需要的硬件電路可分時復(fù)用。共陰極共陽極符號與引腳圖4-2為共陽極與共陰極的代碼表表4-2十六進制數(shù)字形代碼表字型共陽極代碼共陰極代碼字型共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H滅FFH00H880H7FH4。3硬件圖圖5—1交通燈系統(tǒng)硬件圖五、程序框圖5.1、主程序框圖圖6—1主程序框圖5.2。中斷服務(wù)程序框圖設(shè)置中斷返回地址設(shè)置中斷返回地址中斷響應(yīng)返回圖6-2中斷服務(wù)程序框圖六、程序#include<reg52.h>#defineport1P0#defineport2P2sbitgreen1=P1^0;sbitred1=P1^1;sbityellow1=P1^2；sbitgreen2=P1^3;sbitred2=P1^4;sbityellow2=P1^5；unsignedcharflag=0;unsignedcharmun=25;unsignedcharcodetab［]={0x3F，0x06，0x5B,0x4F，0x66,0x6D，0x7D，0x07，0x7F，0x6F｝;voidinit_timer0(void）{ TMOD=0x01; TH0=(65536—50000）/256； TL0=(65536—50000）%256； ET0=1； EA=1; TR0=1;｝voiddisplay（unsignedcharx）｛ unsignedcharm,n; m=x/10; n=x％10； port1=tab［m]; port2=tab[n]；｝voidinit（void）｛ P1=0x00; init_timer0（）;}voidmain（）｛ init(）; while(1） {do { display（mun）； green1=1； red1=0； green2=0; red2=1； } while（mun!=5）； do { if（mun==5） { yellow1=1; yellow2=1; ｝ display（mun); } while（mun!=0)； if(mun==0） ｛ mun=25； yellow1=0; yellow2=0； } do { display（mun）; green1=0; red1=1； green2=1； red2=0； } while(mun!=5）； do { if(mun==5） ｛ yellow1=1; yellow2=1； }; display（mun); ｝while（mun！=0)； if(mun==0) { mun=25; yellow1=0; yellow2=0； } ｝｝voidtimer(void）interrupt1using1{ TH0=(65536-50000)/256； TL0=（65536—50000)%256； flag++； if（flag==20） ｛ flag=0； mun-—; }}：七、調(diào)試運行7.1keil調(diào)試Keil進入調(diào)試狀態(tài)后,可通過全速運行、停止、單步執(zhí)行、斷點控制程序的運行.調(diào)試命令可在Debug菜單下找到。將程序停止在所設(shè)置的觀察點處,選中所要觀察的變量，按右鍵將其加載到Watch1或Watch2窗口進行變量值的觀察，從而檢查程序是否有邏輯錯誤。(watch觀察窗口可以通過，View菜單下Watch&CallStackWindow打開）可通過全速運行檢驗程序運行的情況，判斷是否滿足設(shè)計要求。Keil編譯生成的“交通燈.hex"文件，如下圖：圖8-1keil調(diào)試生成。hex文件7.2Proteus中加載.Hex文件并運行調(diào)試程序無誤后，在Proteus原理圖中的單片機上雙擊，出現(xiàn)圖8-1對話框,在Program-〉File中選擇工程文件夾中由Keil編譯生成的“交通燈.hex”文件(程序二進制代碼)，如圖8—1,再完成對單片機程序的加載，如圖8—2。圖8-2Proteus中加載。Hex文件完成程序加載后，則在不使用Keil調(diào)試下,點擊Proteus的Debug菜單中的“執(zhí)行"，程序運行結(jié)果如圖9—1所示。7.3系統(tǒng)整體運行具體操作1、接硬件圖接線，為了確保東西南北紅黃綠燈能夠?qū)?yīng)顯示，實驗時，對P1口的接線做了調(diào)整。即，P1.0接綠燈，P1.1接黃燈,P1.2接紅燈，P1。3接綠燈,P1.4接黃燈,P1.5接L3紅燈2、從0100H單元開始連續(xù)運行，觀察六個LED燈是否與交通顯示情況對應(yīng),如果有偏差,則單步運行或斷點運行，進行調(diào)試,直至滿足設(shè)計要求.3、調(diào)試完燈的顯示后,從0100H開始連續(xù)運行，觀察數(shù)碼管顯示的是否正常，如果不正常，則運用單步運行或斷點運行進行分析和調(diào)試，直至滿足要求.4、整體運行，觀察燈顯示和時間顯示是否都符合要求,如果不符合,則再調(diào)試。直至滿足要求。八、仿真截圖圖9—1仿真運行圖圖9—2中斷處理仿真圖九、設(shè)計心得體會兩周的單片機課程設(shè)計很快就結(jié)束了,在課程設(shè)計的這段時間里，我們不僅學到了許多新的知識，而且加深了我對以前學習的理論知識的掌握。以前我們學的東西僅限于課本，對實實在在的應(yīng)用還比較模糊，這次課程設(shè)計有利于同學們學習目的的明確性和主動性。通過這次課程設(shè)計