單片機課程設計報告--基于單片機的數(shù)字交通燈

1、<p><b>　　單片機課程設計報告</b></p><p>　　設計題目： 基于單片機的數(shù)字交通燈 </p><p>　　系 別： 信息工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級：電子信息1班 </p><p>　　學生姓名： </p>

2、;<p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　設計要求及設計方法</b></p><p>　　設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下

3、圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復始，即如圖2.1所示</p><p><b>　　圖1 交通狀態(tài)</b></p><p>　　通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：</p><p>　　◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20

4、秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。</p><p>　　◆東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。</p><p>　　◆南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。</p><p>　　◆南北方向綠燈滅，同時黃

5、燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。</p><p>　　下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下：</p><p>　　表1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)</p><p>　　東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠

6、燈狀態(tài)如表1所示。說明：0表示滅，1表示亮。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成及工作原理</b></p><p>　　單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎上，加入了緊急情況處理與時間調整功能。</p><p>

7、;　　據(jù)此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設置模塊產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。</p><p>　　單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中隨時調用急停按鍵和時間調節(jié)中斷。</p><p>　　單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求</p&g

8、t;<p>　　本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的</p><p>　　信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，通行時間調整和緊急處理等功能。</p><p><b>　?。?）倒計時顯示</b></p><p>　　倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。

9、駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。</p><p><b>　?。?）時間的設置</b></p><p>　　本設計中可通過鍵盤對時間進行手動設置，增加

10、了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費I／0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機I／0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I／0口足夠，可直接采用獨立式。</p><p>

11、<b>　　（3）緊急處理</b></p><p>　　交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關系著公共財產安全，個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵，就可達到想此目的。</p><p><b>　　主要引腳功能</b></p>

12、<p><b>　　VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：接地</b></p><p>　　·P0口：P0口是一組8位雙向I／0口。P0口即可作地址／數(shù)據(jù)總線使用，又可以作為通用的I/O口使用。當CPU訪問片外存儲器時，P0口分時先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，P0口就不能再作

13、I/O口使用了。在訪問期間激活要使用上拉電阻。</p><p>　　·P1口：Pl 是一個帶內部上拉電阻的8準位雙向I／O口，P1作為通用的I/O口使用。</p><p>　　·P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位準雙向I／O 口，P2即可作為通用的I/O口使用，也可以作為片外存儲器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲器單元地址。</p&g

14、t;<p>　　·P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位準雙向I／0 口。P3 口除了作為通用的I/O口使用之外，每個引腳還具有第二功能，具體分配如表2</p><p>　　表2 具有第二功能的P3口引腳</p><p>　　·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。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平

15、，設置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。</p><p>　　·ALE／PROG：當訪問外部程序存儲器或數(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

16、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。</p><p>　　·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A

17、T89S51 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。</p><p>　　·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EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內部程

18、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Vcc。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件電路構成</b></p><p>　　本系統(tǒng)以單片機為核心，系統(tǒng)硬件電路由狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。

19、</p><p>　　其中P0用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，REST引腳接上復位電路，P2.6與P2.7對數(shù)碼管進行片選，P3.2即INT0緊急情況處理按鍵，P3.3即INT1接時間調整中斷按鍵。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作原理</b></p><p>　　系統(tǒng)上電或手

20、動復位之后，系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯P0口，在此同時用軟件方法計時1秒，到達1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。</p><p>　　時間到達一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應狀態(tài)碼值以及時間值，</p><p>　　當然，還要開啟兩個外部中斷，其一為緊急情況處理中斷，一旦信號有效，即K

21、3鍵為低電平時進入中斷服務子程序，東西南北路口的紅燈全亮禁止全部通行，再按一下Ｋ３鍵，中斷結束返回。其二為通行時間調整中斷，若K4按鍵有效，進入相應的中斷子程序，對時間進行調整，此后再按K4鍵則中斷結束返回。</p><p><b>　　電路設計</b></p><p><b>　　1.原理圖</b></p><p>　　

22、2. PCB上元器件的布線圖</p><p><b>　　四、制作與調試</b></p><p>　　1、PCB上元器件的布線圖</p><p><b>　　圖8 信號燈的連接</b></p><p><b>　　圖7 LED連接圖</b></p><p&g

23、t;<b>　　數(shù)碼管 連接圖</b></p><p><b>　　2、元件清單</b></p><p><b>　　3.調試過程</b></p><p><b>　　單片機調試:</b></p><p>　　首先，了解硬件接口以及功能，以便于配置IO端口

24、；第二，根據(jù)硬件設計以及功能需要，編寫單片機程序；第三，編譯程序，把程序燒寫到單片機中，或者鏈接debug調試器，在線對單片機進行仿真；第四，在線仿真可以支持單步調試和斷點調試，測試單片機的軟件功能；第五，如果出現(xiàn)問題，首先分析是軟件邏輯的問題，還是硬件方面的問題，以便于對癥下藥；最后，將軟件寫入單片機的flash中，將單片機加密，防止其他人竊取單片機內部代碼。</p><p><b>　　五

25、、設計總結</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的努力工作，終于完成了自己的單片機課程設計。雖說忙碌了點，但我覺得這樣的生活充實且有成就感，當然，也獲益匪淺。</p><p>　　在焊接過程中，我學會應先合理的布局，并認真檢查每個元器件，確保無誤后再焊接。還有，不能急于求成，要焊接一個模塊，檢查一個模塊，免得整個版子焊完后再在一大堆線中檢查，這樣不僅效率低且耗時。自然，我也學會

26、如何去發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的一些方法。</p><p>　　至于軟件設計與調試，我覺得它主要考驗你的思維邏輯能力及你對指令的熟悉程度。可以說再整個軟件設計過程中，我不僅學會了延時的兩種方法，即軟件延時和硬件延時，還掌握數(shù)碼管的兩種顯示方式（即動態(tài)顯示與靜態(tài)顯示）及其如何選擇。當然，通過幾次反復調試過程，使得我對匯編指令有了更深刻的理解。</p><p>　　在整個課程設計過程我還掌握了一下幾

27、點：</p><p>　?。?）掌握了電子系統(tǒng)設計的流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。</p><p>　?。?）理解了最單片機的各部分組成及特性。</p><p>　?。?）熟練使用了各種計算機輔助設計工具完成設計，充分掌握了這些工具的使用。</p><p>　　（4）學會了利用Keil uVision3對匯編語言進行編譯過程.更進

28、一步加深了對PROTEUS軟件的學習。</p><p>　　還有，我還發(fā)現(xiàn)自身一些毛病。一，前期準備工作做的不夠好，想的還算多，可就是沒落實。先說選題，就表現(xiàn)自己有畏難情緒，其實當時找到好幾個題目，但交通燈最熟悉，所以就選了它。就這，還沒做的很理想，還有好些功能可以加上去，像通過測流量來自動調整通行時間，加個監(jiān)控電路，看門狗電路等。二，行動起來不是很賣力，雖說動手還算早，但每天的進展卻不大，可以說做與玩相伴而行。

29、</p><p>　　通過本次的課程設計，充分意識到自己所學的東西還是非常有限的，不過通過設計，還是學到了一些書本上沒有學到的東西，為自己以后的學習起了很大的幫助。就我個人而言，很深刻地體會到一點，那就是我們在設計過程中一定要有一個整體的清晰的思路，知道自己的設計的對象的基本功能和核心器件的適用及其作用，只要把握住這些主要方面，一些小問題都將圍繞著這些主要問題而逐步得到解決。同時我也懂得，在整個設計過程中，生活中