基于proteus的智能交通燈的仿真設計(利用proteus軟件進行了軟硬件的的仿真)

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文檔簡介

1、　　摘要　　本智能交通燈系統(tǒng)的設計主要是利用單片機和C語言完成共同來完成。首先，系統(tǒng)采用紅、黃、綠兩組共六個LED發(fā)光二極管模擬十字路口東西和南北兩個方向的交通信號燈，配有7SEG-MPX6-CC（六位八段共陰極數(shù)碼管）數(shù)碼構成倒計時牌，其的控制核心為AT89C51芯片。其次，系統(tǒng)具有處理緊急情況的功能，可以使東西和南北雙向紅燈，禁止普

2、通車輛通行。最后，系統(tǒng)利用Proteus軟件進行了軟、硬件的的仿真。　　關鍵詞： AT89C51單片機倒計時牌中斷數(shù)碼管　　目錄　　畢業(yè)設計任務書.........................................................

3、..........................................................I　　中文摘要…………………………………………………………..……….….…………. .II　　1 引言……………….………………………………………………….….……………….1　　1.1設計目的及

4、意義……………......................…………….…………….…………..…1　　1.2設計的內容…………........................…………….…………….……………………1　　2 設計原理…………….………..….…………………………….………………………..2　　2.

5、1總體設計方案………………………………………………………………………..2　　2.2硬件設計原理…………………………….…………………………...……………..2　　2.2.1硬件原理圖………………………….……………………………………...….. 2　　2.2.2主要模塊電路………………………………………………

6、………………… 3　　2.2.2.1控制核心——AT89C51單片機芯片…………………………………………3　　2.2.2.2 LED數(shù)碼管顯示……………………………………………………………6　　2.2.2.3六路交通燈的模擬…………………………………………………………8

7、　2.2.2.4其它電路……………………………………………………………………8　　2.3 軟件設計原理………………………………………………………………...……9　　2.3.1軟件流程圖……………………………………….…………………………......9　　2.3.1.1主流程圖 ……………………………………………

8、……………………9　　2.3.1.2主要子程序流程圖………………………………………………………10　　2.3.2軟件源程序……………………………………………………………………11　　3 基于Proteus的仿真調試及排故…………….……..….……………………………11

9、　3.1 Proteus的仿真軟件的介紹………………………………………………………11　　3.2 主要調試過程…………………………….………………………….………..…11　　3.2.1硬件測試………………………………………………………………………12 　　3.2.2軟件調試…………………………………………………

10、……………………12　　3.2.3連調……………………………………………………………………………12　　3.3調試時出現(xiàn)的問題及解決方法………………………….………………………...12　　4 結論……………………………….……………………………...……………………14

11、　　致謝.………………….……………………..…….…………...………………………15　　附錄………………………………..…………….…..…...…………………….……….16　　附錄1 硬件連接圖………………………………………………………………………..…………16　　附錄2 源程序……………………

12、.……..………………………………………………17附錄3 共陰極LED數(shù)碼管字段碼表……………………………………………………21　　參考文獻…………………………………………………………………………………22　　1 引言　　1.1 設計目的及意義<

13、;p>　　交通是一個城市經濟的命脈，它不但體現(xiàn)了一個城市的發(fā)展活力，也直接與老百姓的生活息息相關。所謂說的“路通財通”就是說明了一個良好的交通環(huán)境的重要性。而交通燈在這個交通環(huán)境中起著一個重要的角色，智能的交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故。同時，也能為當?shù)厝嗣窆?jié)省大量出行時間，創(chuàng)造出更多的社會價值。因而，交通燈不僅能為道路交通順暢提供保障，而且對當?shù)亟洕财鹬豢晒懒康淖饔谩Ｒ蚨?，本次畢業(yè)設計選取智能交通燈的設計。&

14、lt;/p>　　1.2設計內容　　本設計主要是利用單片機和C語言完成對智能交通燈的設計。故論文主要從以下幾方面對本次畢業(yè)設計做出說明：　　第一部分為引言，主要分析本設計的意義和目的，并對本論文的基本內容做了簡要說明。　　第二部分為設計原理說明，主要

15、從硬件和軟件設計原理兩個方面對智能交通燈的設計作了詳細說明。　　第三部分為調試仿真排故部分，利用Proteus完成對硬件電路和軟件程序的仿真調試，并對其中出現(xiàn)的問題及解決方法做了詳細介紹。 　　第四部分為本文結論，說明了本次設的實現(xiàn)情況以及設計后的一些體會。　　2 設計原理

16、;　　2.1總體設計方案　　系統(tǒng)的整體設計方案的框圖如圖2-1所示，其中控制核心為AT89C51。 　　圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖　　本系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，采用7SEG-MPX6-CC（六位八段共陰極數(shù)碼管）顯示倒計

17、時。同時，系統(tǒng)利用AT89C51的P1口直接控制六路交通燈模擬顯示。系統(tǒng)通過軟件控制程序不僅能實交通燈正確燃亮、倒計時牌的正常顯示，并且還完成擴展功能的實現(xiàn)，即當有緊急或特殊情況時，南北和東西雙向同時禁止通行，并倒計時顯示。　　2.2 硬件設計原理　　2.2.1 硬件原理圖　　智能交通燈系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2-

18、2所示。　　D0a~g　　D1DP　　D5　　緊急鍵　　圖2-2 硬

19、件原理圖　　2.2.2主要模塊電路　　2.2.2.1 控制核心——AT89C51單片機芯片　　AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，其系統(tǒng)內具有：① 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器，單片機可反復擦除只讀存儲器100次；②128B的數(shù)據(jù)存儲器（RAM,可再外擴64K

20、B）；③ 4個可編程并行I/O口（32根I/O口線）和2個全雙工異步（UART）串行口；④兩個16位定時器/計數(shù)器；⑤六個中斷源構成的中斷系統(tǒng)；⑥具有 4.25～5.0V 的電壓工作范圍和 0～24MHz的工作頻率。該芯片使用ATMEL高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51 指令集和輸出管腳兼容，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

21、精簡版本。AT89C51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。其中，AT89C51芯片的管腳如圖2-3所示：　　圖2-3 AT89C51芯片管腳圖　　（1）AT89C51各管腳的作用功能　　P0口：P0口是一個8位集電極開路的雙向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

22、“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。　　P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1口輸出緩沖器能驅動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口管腳還具有第二功能，具體功能如表2

23、-1所示。　　表2-1 具有第二功能的P1口引腳　　P2 口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2口輸出緩沖器能驅動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

24、器時，P2 口送出高八位地址。　　P3 口：是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3口輸出緩沖器能驅動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AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表2-2所示。

25、　表2-2 具有第二功能的P1口引腳　　VCC：電源電壓　　GND：地　　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使單片機復位。　　ALE／PROG：當訪問外部程序

26、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)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1／6 輸出固定的正脈沖信號，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F1ash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M0VX

27、和M0VC指令ALE才會被激活。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AT89S51 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。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。　　EA／VPP：外部訪問允許。欲使C

28、PU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EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。　　XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。　　XTAL2：振

29、蕩器反相放大器的輸出端。　　2.2.2.2 LED數(shù)碼管顯示　　LED數(shù)碼管引腳及原理　　LED數(shù)碼管為7個發(fā)光二極管構成的一個“8”字排列，根據(jù)其公共端接法不同可分為共陰極和共陽極兩種。本設計采用共陰極接法（將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起，形成公共陰極的數(shù)碼管，公共端com接低低平，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為

30、高電平時，相應的字段就點亮，當某一字段發(fā)光二級管的陰極為低電平時，相應的字段就不點亮）。其原理圖及管腳圖如圖2-4所示。共陰極字段碼表見附錄3。　　7SEG-MPX6-CA六位八段共陰極數(shù)碼管管腳圖 　　圖2-4六位八段共陰極數(shù)碼管　　（b）共陰極接法圖 　　圖

31、2-5 七段數(shù)碼管引腳圖　　LED顯示原理　　本設計在南北及東西方向有兩個方向故采用一個六位八段共陰極數(shù)碼管（動態(tài)顯示）顯示。其中左邊兩位為南北方向的十位和個位顯示倒計時，右邊兩位為東西方向的十位和個位顯示倒計時，中間兩位為了觀察清楚期間空出來。所謂動態(tài)顯示就是用P2口作位選口、P1口作字段口，即三個LED數(shù)碼管的字

32、段a——g連接在P1口上，四個LED數(shù)碼管陽極端由P1口控制。其動態(tài)顯示原理為：P1口送出一個想要顯示的字符，P2口送出位控信息允許的那一個LED數(shù)碼管方可被點亮；依此類推，四個管子是分別被依次點亮一次后，從頭再做一次周而復始，由于人的視覺暫留特性，從視覺的角度看三個管子好像為同時點亮。） 　　2.2.2.3六路交通燈的模擬　　P1.0～P1.5用于連接

33、發(fā)光二極管，另外由于51管腳輸出電流太大，所以必須加0.2K排阻用于限流。　　系統(tǒng)利用兩組紅、黃、綠LED發(fā)光二極管模擬十字路口東西和南北兩個方向的交通信號燈。各燈亮滅狀態(tài)分別由AT89C51的P1口P1.0～P1.5六根線上的輸出電平組合來控制，具體為 P1.0接南北向的綠燈,P1.1接南北向黃燈,P1.2接南北向紅燈,P1.3接東西向綠燈,P1.4接東西向黃燈,P1.5接東西向紅燈。當對應輸

34、出線上為低電平時，點亮對應燈，其電平組合見表2-3.　　1代表燈亮，0代表燈滅　　表2-3 P1口電平組合　　2.2.2.4其它電路　　（1）晶體振蕩電路　　其振蕩電路如圖2-6所示</

35、p>　　C4 30pF　　X2　　19 XTAL1　　18 XTAL2

36、;　　C1 30pF　　圖2-6晶體振蕩電路　?。?）復位電路　　通過復位開關，系統(tǒng)進行復位，其電路如圖2-7所示　　9 RST&

37、lt;b>　　復位　　C2 1uF　　R10 1K　　圖2-7復位電路　　2.3 軟件設計原理<p

38、>　　2.3.1軟件流程圖 　　2.3.1.1主流程圖 　　N　　Y　　圖2-8 主程序圖 　　2.3.1.2主要子程序流程圖

39、　　圖2-10 動態(tài)顯示子程序圖　　圖2-9 中斷服務子程序圖　　圖2-11 紅綠燈顯示子程序圖　　2.3.2軟件源程序（見附錄2）　　3、基于Proteus的仿真調試及排故　　3.1 Proteus的仿真

40、軟件的介紹　　Proteus ISIS 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真和分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路。該軟件具有以下特點：　　實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路相結合。Proteus具有模擬電路仿真、單片機及外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試

41、器、鍵盤和LED系統(tǒng)仿真的功能；還有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。　　支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。Proteus目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列（本設計就采用8051系列）、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、Z80系列、HC11系列、ARM7以及各種外圍芯片。　　提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全

42、速、單步、設置斷點等調試功能，可以同時觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在Proteus仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；Proteus同時還支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如Keil C51集成開發(fā)環(huán)境（包括Keil u Vision2、Keil u Vision3等）。　　具有強大的原理圖繪制功能。　　3.2主要調試過程 &

43、lt;p>　　調試過程主要有三部分：第一部分先要硬件連接調試；第二部分是軟件調試；第三部分是軟件和硬件聯(lián)調，實現(xiàn)智能交通燈的控制。具體步驟為：　　第一步：在Proteus軟件庫中，查找相關元器件，并按附錄1中所示的電路圖接線，并認真檢查接線是否有誤。　　第二步：軟件測試硬件電路各部分，是否連接正確。　　第三

44、步：編寫源程序，對軟件程序進行測試和修改。　　第四部：軟硬件連調，根據(jù)問題修改軟件。　　注：第二步完成后，說明硬件電路完全正確，到第四步時不需要在進行硬件檢測和修改。　　3.2.1 硬件測試 　　首先按照附錄1所示接線圖連接實際電路，認真檢查接線，確保接線正確。然后利用軟

45、件測試倒計時顯示電路部分和交通等模擬部分連接是否正確。若倒計時現(xiàn)實的數(shù)碼管，能按測試軟件要求正常顯示相應數(shù)碼，則該部分硬件電路無誤；若六路LED發(fā)光二極管能按照P1口輸出的電平組合去亮滅，則該部分硬件電路無誤。　　3.2.2 軟件調試。　　在Keil中將附錄2中源程序輸入編程環(huán)境，并建立新的文件名，將文件名改為*.c的格式放在一個新建的文件夾里，編譯查找

46、無錯誤后，最后生成hex文件（hex文件也在這個新建的文件夾里）。　　3.2.3 連調　　點擊51單片機，將hex文件加載到protues電路里，接通電源仿真，觀察現(xiàn)象。　　3.3 調試時出現(xiàn)的問題及解決方法　　問題一：數(shù)碼管的LED

47、燈均沒有按預想的情況顯示數(shù)字，而是燈全部未被點亮。　　原因：單品機的P0口沒有接上拉電阻。（因為單片機的P0口輸出是一個集電極開路的三極管，若要想驅動數(shù)碼管，需加以上拉電阻。）　　解決方法：給單片機的P0口接上10K的上拉電阻。　　問題二：數(shù)碼管沒有顯示一個正確的0~9數(shù)字。<p&g

48、t;　　原因：軟件和硬件使用的數(shù)碼管不一致（在程序中應用的是六位八段共陰極的數(shù)碼管，但是在電路圖中卻用的是7SEG-MPX6-CA（六位八段共陽極的數(shù)碼管））。　　解決方法：將軟件和硬件所用的數(shù)碼管（7SEG-MPX6-CC（六位八段共陰極的數(shù)碼管））對應一致。　　問題三：當?shù)褂嫊r正常進行時按下復位鍵，電路沒有任何變化（像預期的倒計時從45s重新開始倒計

49、時，而是繼續(xù)之前的正常的情況繼續(xù)倒計時）；在按下緊急鍵后，再按下復位鍵時，電路也沒有任何變化。　　原因：復位電路的電阻R10阻值10k太大，導致當按鍵被按下時未向單片機復位端送入高電平。　　解決方法：將R1的阻值調小至1k。　　問題四：東西和南北方向的倒計時顯示是斷斷續(xù)續(xù)的（個位和十位的位碼不是同時送到的），及當

50、倒計時上顯示34s時，3和4 不是同時顯示在數(shù)碼管上的，而是3顯示完之后，4才顯示。　　原因：軟件動態(tài)顯示子程序部分四個數(shù)碼管上的延遲時間太長（delay(70)）,超過了人眼所能辨別的視覺范圍1/24s。　　解決方法：將延遲時間改小為delay(1)。　　問題四：在程序進入正常運行時，南北方向紅燈倒計時45s；

51、東西方向綠燈倒計時42s,黃燈倒計時3s。但是，在東西方向上當黃燈點亮時，綠燈沒有滅。　　原因：在軟件設計時，當?shù)谝粋€狀態(tài)結束，第二個狀態(tài)開始時，在點亮第二個狀態(tài)的燈時，沒有熄滅第一個狀態(tài)的燈。　　解決方法：在進入第二個狀態(tài)時，在點亮東西方向黃燈之前先將第一個狀態(tài)東西方向的綠燈滅掉。　　4、結論

52、　　經過了為期兩個月的的畢業(yè)設計設計我首先感覺到的是身心非常的疲憊，但我無怨無悔，因為當我查閱了大量的參考資料和得到老師和同學的幫助后我發(fā)覺學到許多在課堂上和書本上所學不到的東西?；仡櫞髮W期間的學習，在大二第二學期的《單片機C語言編程與實踐》課程中，我曾對51系列單片機有過一定的學習，而此次實踐則強化了我的這一課程理論及相關的技術操作。并且，本設計也很好的實現(xiàn)了智能交通的功能

53、，只是有一小部分還不是很完美，在中端服務部分，雖然自己的設計思路是正確的，但是由于自己的能力有限沒能很好的設計出中端的倒計時控制，只能人工控制緊急情況下車輛所要通行的時間。我心里非常的地高興，通過我這段時期內付出辛勞的成果，也為我大學期間的學習畫上一個圓滿的句號。我相信，這對我馬上進入社會參加工作是很有幫助的。　　致謝

54、;　　在這次為期兩個月的畢業(yè)設計中，我要感謝那些幫助過我的人，特別是我的老師和我們班的同學，他們總在我遇到困難時耐心的幫我直到我搞懂。讓我能順利完成我的畢業(yè)設計。要不是他們，我將無法想象我這兩個月的生活將如何解決我遇到難題。再次向他們表示感謝。　　附錄　　附錄 1硬件接線圖

55、;　　附錄 2 源程序 　　#include<regx51.h>　　#define uint unsigned int　　#define uchar unsigned char //宏定義　　//--------------------

56、---------LED控制-----------------------------------// 　　uchar code SEG7[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //定義字段碼　　uchar code ACT[6]={0xfe,0xfd,0xfb,

57、0xf7,0xef,0xdf}; //定義位選碼　　uchar dongxi,nanbei,f;　　//--------------------------------初始化----------------------------------//　　void init(void)</p&g

58、t;　　{　　EX0=1; // 開啟外部中斷0　　IT0=1; // 定義觸發(fā)方式（邊沿觸發(fā)）　　EA=1; // 開啟總中斷　　}&

59、lt;/p>　　//------------------------------1ms延時子程序-------------------------// 　　void delay(uint k)　　{　　uint i;</b&

60、gt;　　while(k--)　　for(i=0;i<121;i++);　　}　　//----------------------------------動態(tài)顯示子程序----------------------//</p

61、>　　void display(void)　　{　　for(f=0;f<150;f++)　　{ 　　{

62、　　P2=ACT[0];P0=SEG7[dongxi/10];delay(1); //顯示LED上南北方向的十位 P2=ACT[1];P0=SEG7[dongxi%10];delay(1); //顯示LED上南北方向的個位　　P2=ACT[4];P0=SEG7[nanbei/10

63、];delay(1); //顯示LED上東西方向的十位　　P2=ACT[5];P0=SEG7[nanbei%10];delay(1); //顯示LED上東西方向的個位　　}　　}&l

64、t;b>　　}　　//-----------------------------東西方向紅綠燈及倒計時顯示---------------------------//　　void dong_xi(void)　　{

65、;　　for(dongxi=45;dongxi>3;dongxi--) //倒計時45s　　{ 　　nanbei=dongxi;　　P1_5=1; 　　P1_1=1; <p

66、>　　P1_2=0; 　　P1_3=0; //南北紅燈亮，禁止通行；東西綠燈亮，通行　　display(); 　　} 　　for(dongxi=3;dongxi>0;dongxi--) //倒計時

67、3s　　{ 　　nanbei=dongxi;　　P1_3=1; 　　P1_2=0; 　　P1_4=0;//南北紅燈亮，禁止通行；東西黃燈亮，等待

68、　　display(); 　　} 　　}　　//-----------------------------------南北方向紅綠燈及倒計時顯示-------------------------//</p&

69、gt;　　void nan_bei(void)　　{ 　　for(nanbei=45;nanbei>3;nanbei--)　　{ 　　dongxi=nanbei;

70、　　P1_2=1;　　P1_4=1;　　P1_5=0;　　P1_0=0; //東西紅燈亮，禁止通行；南北綠燈亮，通行<

71、p>　　display(); 　　} 　　for(nanbei=3;nanbei>0;nanbei--)　　{ 　　dongxi=nanbei;<

72、p>　　P1_0=1;　　P1_5=0;　　P1_1=0; //東西紅燈亮，禁止通行；南北黃燈亮，等待　　display(); 　　}

73、　　}　　//----------------------------------------主函數(shù)-----------------------//　　void main(void)　　{<

74、;/p>　　while(1) 　　{ 　　init();　　dong_xi();　　nan_bei();&

75、lt;p>　　}　　}　　//----------------------中斷服務子程序----------------------------//　　void int0(void)interrupt 0 using 0</p

76、>　　{　　while(1)　　{　　P1_0=1;　　P1_1=1;&l

77、t;/b>　　P1_3=1;　　P1_4=1;　　P1_2=0;　　P1_5=0; //南北東西同時紅燈亮，緊急情況通行

78、　　nanbei=dongxi=0;　　display();　　}　　}　　附錄 3 共陰極LED數(shù)碼管字段碼表

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基于proteus的智能交通燈的仿真設計(利用proteus軟件進行了軟硬件的的仿真)

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