專業(yè)課程設計方案報告

1關鍵內(nèi)容單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)簡稱單片機，又稱微控制器(MicrocontrollerUnit)或嵌埋式控制器(EmbededController)，是將計算機基礎部件微型化，使之集成于一塊芯片上微機。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中止控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。單片機含有體積小、功耗低、功效強、性價比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點。新型單片機可負擔數(shù)據(jù)和數(shù)值分析、信號處理、機器人智能控制，和圖象處理等復雜任務。現(xiàn)在，單片機已在自動化裝置、智能化儀表、過程控制和家用電器等領域得到日益廣泛應用。單片機交通燈系統(tǒng)研制，首先能夠改善交通堵塞問題，疏導車流，提升道路利用率；其次能夠節(jié)省交通警力，提升效率。2需求分析十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠就是交通信號燈自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方法很多，傳統(tǒng)交通信號燈控制系統(tǒng)通常由數(shù)字電路組成，電路復雜，體積大成本高。采取單片機控制交通信號，不僅能夠簡化電路結構，降低成本，減小體積，而且依據(jù)主、支干道車流量發(fā)生改變實際情況，經(jīng)過撥盤開關能夠很方便地進行主、支干道通車時間設定。本設計是模擬交通燈控制系統(tǒng)設計一個交通燈控制電路，含有實用性強、操作簡單特點。

3設計思想系統(tǒng)硬件設計部分采取AT89S52單片機為關鍵器件，加以復位電路，時序電路組成最小系統(tǒng)，并經(jīng)過驅(qū)動電路、數(shù)碼管及晶體管組成顯示部分。紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，紅綠燈信號經(jīng)過P0口輸出，顯示時間直接經(jīng)過單片機P2口和選擇端送至雙位數(shù)碼管，經(jīng)過掃描程序?qū)崿F(xiàn)東西和南北方向數(shù)據(jù)顯示，同時能設置紅、綠燈點亮時間。4實現(xiàn)方法交通控制系統(tǒng)關鍵控制A、B兩車道交通，以AT89S52單片機為關鍵芯片，經(jīng)過控制三色LED亮滅來控制各車道通行，采取0.5S延時子程序反復調(diào)用來實現(xiàn)多種定時時間。該電路含有電路簡單，設計方便，顯示亮度高，耗電較少，也很可靠等特點?？傮w設計框圖圖1所表示：圖1硬件模塊圖整個過程步驟圖圖2所表示紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示。初始化初始化東西綠燈放行，東西綠燈放行，倒計時40-0秒南北紅燈嚴禁，倒計時45-0秒倒計時倒計時5秒，東西黃燈閃爍，南北紅燈嚴禁南北綠燈放行，南北綠燈放行，倒計時20-0秒東西紅燈嚴禁，倒計時25-0秒倒計時倒計時5秒，南北黃燈閃爍，東西紅燈嚴禁圖2交通燈步驟圖5芯片介紹圖3單片機AT89S52AT89S52是51系列單片機一個型號，它是ATMEL企業(yè)生產(chǎn)。AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes可反復擦寫Flash只讀程序存放器和256bytes隨機存取數(shù)據(jù)存放器（RAM），器件采取ATMEL企業(yè)高密度、非易失性存放技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存放單元，功效強大AT89S52單片機可為您提供很多較復雜系統(tǒng)控制應用場所。AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中止口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52能夠根據(jù)常規(guī)方法進行編程,但不能夠在線編程(S系列才支持在線編程)。其將通用微處理器和Flash存放器結合在一起，尤其是可反復擦寫Flash存放器可有效地降低開發(fā)成本。兼容MCS51指令系統(tǒng)·8k可反復擦寫(>1000次）FlashROM·32個雙向I/O口·256x8bit內(nèi)部RAM ·3個16位可編程定時/計數(shù)器中止·時鐘頻率0-24MHz·2個串行中止·可編程UART串行通道·2個外部中止源·共6個中止源·2個讀寫中止口線·3級加密位·低功耗空閑和掉電模式·軟件設置睡眠和喚醒功效AT89S52P為40腳雙列直插封裝8位通用微處理器，采取工業(yè)標準C51內(nèi)核，在內(nèi)部功效及管腳排布上和通用8xc52相同，其關鍵用于會聚調(diào)整時功效控制。功效包含對會聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功效部件初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR接收解碼及和主板CPU通信等。關鍵管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成復位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源正負端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功效用途由軟件定義，在本設計中，P0端口（32~39腳）被定義為N1功效控制端口，分別和N1對應功效管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功效端口，連接主板CPU對應功效端，用于目前制式檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入控制功效。6實現(xiàn)過程1）晶振電路模塊晶振電路由一個晶體振蕩器12MHZ和兩個30pF瓷片電容組成。用于產(chǎn)生單片機工作所需要時鐘信號，而時序所研究是指令實施中各信號之間相互關系。單片機本身就如一個復雜同時時序電路，為了確保同時工作方法實現(xiàn)，電路應在唯一時鐘信號控制下嚴格地工作。其電路圖4所表示：圖4晶振電路圖2）復位電路模塊復位電路是使單片機CPU或系統(tǒng)中其它部件處于某一確定初始狀態(tài)，并以后狀態(tài)開始工作，除了進入系統(tǒng)正常初始化之外，當因為程序運行犯錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位電路以重新開啟。本設計采取是按鍵復位電路。其電路圖5所表示：圖5復位電路圖3）主控制系統(tǒng)模塊主控制器采取AT89S52，是ATMEL企業(yè)生產(chǎn)一款性能穩(wěn)定8位單片機。AT89S52含有1個8KBFLASH程序存放器，1個512字節(jié)RAM，4個8位雙向可位尋址I/O端口，3個16位定時/計數(shù)器及1個串行口和6個向量二級中止結構。單片機P0口分別用于控制南北及東西通行燈，P2口和P3^4-P3^7口用于4組2位LED計時器控制，其主控電路圖6所表示：圖6主控電路圖4）交通燈輸出控制模塊道口交通燈指示采取高亮度紅、黃、綠發(fā)光二極管進行提醒。其圖圖7所表示圖7交通指示燈線路圖當R=220歐時，按公式A=(5-1.8)/R計算，電路中電流大小應為A=14.545mA.因為每個路口通行雙向指示處理相同，所以每個端口應含有3A吸收電流能力。5）時間顯示電路模塊雙位7段LED發(fā)光數(shù)碼管共有10個引腳，各管腳所對應數(shù)碼管發(fā)光段圖8所表示圖8雙位數(shù)碼管引腳對應圖道口通行剩下時間采取高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，采取共陽極數(shù)碼管，如用單片機吸收電流驅(qū)動，列掃描驅(qū)動使用三極管，按每段6mA電流計算，全顯示字形“8”時，每個數(shù)碼需6mA*8=48mA，因為時間顯示每個道口相同，共需要電流192mA，所以設計中也采取了中功率三極管8550.其顯示電路圖9所表示：數(shù)碼管10號及5號管腳分別接三極管C端，其它管腳按圖中次序依次接單片機P2.0-P2.7端口圖9時間顯示電路模塊7調(diào)試電路調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基礎測試儀器（萬用表、示波器等），檢驗系統(tǒng)硬件中存在故障。其調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩步進行。靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)未工作時一個硬件檢測。第一步：目測。檢驗外部多種元件或是電路是否有斷點。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問連接點，再檢測多種電源和地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測全部插座或是器件電源端是否符合要求值。第四步：是聯(lián)機檢驗。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)工作情況下發(fā)覺和排除系統(tǒng)硬件中存在器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等一個硬件檢驗。動態(tài)調(diào)試通常方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功效將系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，和該元件無關器件全部從系統(tǒng)中去掉，這么能夠?qū)⒐收戏秶薅ㄔ谀硞€局部電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功效及各電路間可能存在相互聯(lián)絡進行調(diào)試。由分到合調(diào)試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)各器件根據(jù)距離單片機邏輯距離進行由近及分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采取去掉無關元件方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。軟件調(diào)試軟件調(diào)試是經(jīng)過對擁護程序C編程、連接、實施發(fā)覺程序中存在語法錯誤和邏輯錯誤并加以排除糾正過程。運行程序后，編輯，查看程序是否有邏輯錯誤。調(diào)試過程中碰到問題1）在調(diào)試過程中出現(xiàn)數(shù)碼管不亮情況，經(jīng)過查詢資料和問詢同學，得出出現(xiàn)此種情況是因為單片機驅(qū)動電流太小，故增加三極管起到放大電流作用。2）數(shù)碼管多個引腳經(jīng)過跳線和單片機多個端口分別連接，要注意次序正確，且不一樣跳線之間不能短接，不然會影響電路實現(xiàn)。3）經(jīng)過數(shù)次測試和修正，最終實現(xiàn)了預期功效。8總結此次課程設計讓我對以前學到理論知識得到了一次實際驗證，對自己已經(jīng)有知識有了更深入了解和認識，使我在單片機基礎原理，單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，和在常見編程設計思緒掌握上向前邁了一大步。在此，因為能力有限，在課程設計中碰到了很多難題，我經(jīng)過查閱相關書籍，和同學相互交流探討使問題得到了處理。經(jīng)過這次單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論認識，還學會了培養(yǎng)自己創(chuàng)新精神，從而不停戰(zhàn)勝自己，超越自己。9參考文件[1]何利民。MCS-51系列單片機應用統(tǒng)計。北京：北京航空航天大學出版社。1999、6[2]周堅，單片機C語言輕松入門。北京：北京航空航天大學出版社。、1[3]樓然苗，李光飛，單片機課程設計指導。北京：北京航空航天大學出版社。、1[4]楊居義。單片機課程設計指導。北京：清華大學出版社。附錄#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definetime50000#defineon0#defineoff1sbitRED_ZHU=P0^0;//南北紅燈sbitYELLOW_ZHU=P0^1;//南北黃燈sbitGREEN_ZHU=P0^2;//南北綠燈sbitRED_ZHI=P0^3;//東西紅燈sbitYELLOW_ZHI=P0^4;//東西黃燈sbitGREEN_ZHI=P0^5;//東西綠燈sbitP23=P3^5;sbitP22=P3^4;//東西方向數(shù)碼管位選sbitP21=P3^7;sbitP20=P3^6;//南北方向數(shù)碼管位選sbitint0_key=P3^2;sbitint1_key=P3^3;voiddisplay1(uchar,uchar);voiddisplay2(uchar,uchar);voiddelayms(uintk);uchartemp1,temp2,temp3,temp4,temp5,temp6;/*===============倒計時=========================*/ucharN=50,Y=45,Z=50,M=75,G=80,U=80;ucharC50ms,t0;ucharseg=1;ucharflag=0,led_data_temp;voidInitialT1(void){ TMOD=0x10;//定時器0,1工作在方法1 TH1=(65536-time)/256;//相當于(65536-time)/256; TL1=(65536-time)%256;//初值為time(50ms) TR1=1;//開定時器1中止 ET1=1;//許可定時器1中止 ET0=1; TH0=(65536-time)/256; TL0=(65536-time)%256; EX0=1;//許可外部中止0 IE0=1;//開啟外部中止0 PX0=1; EX1=1; IE1=1; EA=1;//開總中止}voidint0(void)interrupt0 //外中止0{ flag=0; led_data_temp=P0; t0=20; if(!int0_key) { delayms(10); if(!int0_key) { while(!int0_key); TH0=(65536-time)/256; TL0=(65536-time)%256; TR1=0; TR0=1; EX0=0; EX1=0; C50ms=0; } }}voidint1(void)interrupt2 //外部中止1{ t0=15; flag=1; led_data_temp=P0; if(((RED_ZHU==0)&&(GREEN_ZHI==0))||((YELLOW_ZHI==0)&&(RED_ZHU==0))) { P0=0xff; GREEN_ZHU=0; RED_ZHI=0; } else//if((RED_ZHI==0)&&(GREEN_ZHU==0)) { P0=0xff; GREEN_ZHI=0; RED_ZHU=0; } if(!int1_key) { delayms(10); if(!int1_key) { while(!int1_key); TH0=(65536-time)/256; TL0=(65536-time)%256; TR1=0; TR0=1; EX0=0; EX1=0; C50ms=0; } }}voidISRT0(void)interrupt1//定時器0中止服務子程序{ temp1=N,temp2=Y,temp3=Z,temp4=M,temp5=G,temp6=U; TH0=(65536-time)/256; TL0=(65536-time)%256;//重裝初值time YELLOW_ZHU=1; //假如在黃5S時進行熄滅黃燈 YELLOW_ZHI=1; if(!flag) { P0=0xf6; } C50ms++; if(C50ms>19) { t0--; C50ms=0; } if(t0==0) { P0=led_data_temp; N=temp1,Y=temp2,Z=temp3,M=temp4,G=temp5,U=temp6; TR0=0;//嚴禁定時器1中止 TR1=1;//開定時器1中 EX1=1; //EX0=1; C50ms=0; return; }}voidISRT1(void)interrupt3//定時器1中止服務子程序{ TH1=(65536-time)/256; TL1=(65536-time)%256;//重裝初值time C50ms++; if(C50ms>19) { N--; M--; Y--; Z--; G--; U--; C50ms=0; }}/*=================延時=======================*/voidDelay10uS(ucharsecond){ uinti; while((second--)!=0) { for(i=0;i<5;i++) {} }}voiddelayms(uintk){uinti,j;for(i=0;i<k;i++)for(j=0;j<120;j++);}/*==================數(shù)碼管控制========================*/ucharcodediscode[]= {0xC0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共陽數(shù)碼管0-9代碼voiddisplay1(ucharnum1,ucharnum2)//控制南數(shù)碼管顯示{ P2=discode[num1];P21=on;Delay10uS(10);P21=off;//低位 P2=discode[num2];P20=on;Delay10uS(10);P20=off;//高位}voiddisplay2(ucharnum3,ucharnum4)//控制東西數(shù)碼管顯示{ P2=discode[num3];P23=on;Delay10uS(10);P23=off;//低位 P2=discode[num4];P22=on;Delay10uS(10);P22=off;//高位}/*===================主函數(shù)=================================*/main(){/*=============初始狀態(tài)：東西南北全部紅燈==================*/RED_ZHU=on;RED_ZHI=on; delayms(1000); RED_ZHU=off; RED_ZHI=off; InitialT1(); while(1) { //初始化計時器 /*=============狀態(tài)1：南北綠燈(45s)東西紅燈(40s)==================*//*=============狀態(tài)2：南北黃燈(5s)東西紅燈(5s)=================*/ RED_ZHI=on; GREEN_ZHU=on; while(N!=0) { if(TR0==1) { display2(t0/10,t0%10);//當t0=20時東西、南北紅燈(20s) display1(t0/10,t0%10);//當t0=15時東西、南北紅、綠燈交換點亮 } else { if(N==5) { while(Z!=0) { if(TR0==1) { display2(t0/10,t0%10); display1(t0/10,t0%10); } else { display1(N/10,N%10);//東西紅燈(5s) display2(Z/10,Z%10);//南北黃燈(5s) GREEN_ZHU=off; YELLOW_ZHU=on; } } } else { display1(N/10,N%10);//東西紅燈(45s) display2(Y/10,Y%10);//南北綠燈(40s