電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文21623

1、單片機(jī)課程設(shè)計報告題目：基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)班級：2006級電科微電班 摘要:近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。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？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機(jī)at89c51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅綠燈循環(huán)點亮，紅綠燈交替時5秒黃燈亮并關(guān)閉

2、數(shù)碼顯示管（交通燈信號通過p1口輸出，顯示時間直接通過p0口輸出至雙位數(shù)碼管）；可通過按鍵重設(shè)通行時間（本系統(tǒng)設(shè)了兩個按鍵，一個加鍵，另一個減鍵，所加時間通過編程設(shè)定）并通過雙位數(shù)碼管顯示（本系統(tǒng)必須復(fù)位后才能加減設(shè)置時間，在按完ok開始鍵之后不能再設(shè)置時間）。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 交通燈 重設(shè)通行時間引言當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣

3、場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈

4、延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。本課程設(shè)計的目的和意義本課程設(shè)計是在學(xué)完單片機(jī)原理及課程之后綜合利

5、用所學(xué)單片機(jī)知識完成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并在實驗室實現(xiàn)。該課程設(shè)計的主要任務(wù)是通過解決一、兩個實際問題，鞏固和加深“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程中所學(xué)的理論知識和實驗?zāi)芰?，基本掌握單片機(jī)應(yīng)用電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰?，加深對單片機(jī)軟硬知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。*目錄*一、設(shè)計要求二、設(shè)計內(nèi)容三、單片機(jī)概述四、交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖五、交通信號燈模擬控制系統(tǒng)原理圖六、交通信號燈模擬控制系統(tǒng)主程序七、運(yùn)行步驟八、檢測與調(diào)試九、課程設(shè)計體會十、參考文獻(xiàn)十一、說明一、設(shè)計要求：交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計利用單片機(jī)的定時器定時

6、，令十字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅，并且用led數(shù)碼管顯示時間（其中黃燈亮?xí)r數(shù)碼管關(guān)閉。用8051做輸出口，控制六個發(fā)光二極管燃滅，模擬交通燈管理。二、設(shè)計內(nèi)容：因為本課程設(shè)計是交通燈的控制設(shè)計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北綠燈。此時可以設(shè)置紅綠燈時間，按下ok開始鍵之后，過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西和南北的黃燈亮，并關(guān)閉數(shù)碼管顯示（設(shè)有延時程序）之后再轉(zhuǎn)狀態(tài)2，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西和南北黃燈亮，最后循環(huán)至狀態(tài)0（主要：但此時不能設(shè)置紅綠燈時間）。三、單片機(jī)概述： 單片機(jī)微型計算機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分

7、支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和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，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3，3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。l msc-51芯片簡介mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器

8、(rom)、數(shù)據(jù)存儲器(ram)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(cpu)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(ram)8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定

9、義的字型表。圖1程序存儲器(rom)：8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(rom)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。

10、時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12mhz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mcs-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。 圖2mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直

11、接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖3 圖3pin9:reset/vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)

12、。8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖4。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。圖4pin30:ale/當(dāng)訪問外部程序器時，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ale端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ale會跳過一個脈沖。如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在

13、p0和p2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。pin31:ea/vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的8031,ea端必須接地。在編程時，ea/vpp腳還需加上21v的編程電壓。四、交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖1、主程序流程圖：開始程序初使化 調(diào)用顯示主程序 東西綠燈亮，南北紅燈亮，進(jìn)入倒計時，打開數(shù)碼管顯示 東西和南北黃燈

14、亮，進(jìn)入倒計時，打開數(shù)碼管顯示 東西紅燈亮，南北綠燈亮，進(jìn)入倒計時，打開數(shù)碼管顯示 圖52、中斷服務(wù)程序流程圖：外部中斷0： 外部中斷1 ：按鍵按下按鍵按下 轉(zhuǎn)去中斷服務(wù)子程序轉(zhuǎn)去中斷服務(wù)子程序設(shè)置個位計數(shù)值設(shè)置十位計數(shù)值 中斷返回中斷返回 圖6 圖7 計數(shù)器t0外部中斷：確定按鍵按下轉(zhuǎn)去中斷服務(wù)子程序分別進(jìn)行三組燈的組合狀態(tài)的時間倒計數(shù)并進(jìn)入此三種狀態(tài)的一下死循環(huán) 中斷返回 圖83、交通燈工作換燈流程：r0=#0ffh南北紅燈亮，東西綠燈亮 否 是 是東西和南北黃燈亮5sr0=#0ffh南北綠燈亮，東西紅燈亮 否 五、交通信號燈模擬控制系統(tǒng)原理圖1、單片機(jī)系統(tǒng)原理圖： 圖10 六、交通信號燈

15、模擬控制系統(tǒng)源程序org 0000hajmp mainorg 0003hajmp inc1org 000bhajmp startorg 0013hajmp dec1org 0100hmain: mov dptr,#tab mov r0,#24 ;設(shè)置數(shù)碼管起始數(shù)24 mov 20h,#20 ;在20h地址里存放20次定時循環(huán)，構(gòu)成1s的延時 mov p1,#0ffh ;初始化p1口ok: mov tmod,#05h ;設(shè)置t0為外部計數(shù)器方式01 mov th0,#0ffh mov tl0,#0ffh setb ea ;開中斷部分 setb ex0 setb ex1 setb it0 setb

16、 it1 setb et0 setb tr0 movc a,a+dptr ;開始時數(shù)碼管的顯示led: cjne r0,#0ffh,red ;循環(huán)顯示亮燈，里面只單純考慮一個方向交通燈的情況來代表南北和東西走向的紅綠燈關(guān)系 setb p3.0 ;當(dāng)r0減為#0ff時關(guān)掉兩個數(shù)碼管，關(guān)掉定時器t0，打開黃燈走過延時5秒程序之后跳到綠燈 setb p3.5 ;跳到綠燈后賦予初值r0，判斷r0是否減為#0ffh，如果等于#0ffh，跳到紅燈之后循環(huán) clr et0 clr tr0yellow: mov r2,#00010010b mov a,r2 mov p1,a clr p3.1del: mov

17、r6,#100 ; 黃燈5秒延時del1: mov r5,#200del2: mov r4,#125del3: djnz r4,del3 djnz r5,del2 djnz r6,del1green: clr p3.0 clr p3.5 setb et0 setb tr0 mov a,r1 mov r0,a mov r2,#00001100b clr p3.1 jmp led2loop: mov a,r1 mov r0,ared: mov a,r1 mov r0,r1mov r2,#00100001bled1: mov b,#10待添加的隱藏文字內(nèi)容3 mov a,r0 div ab movc

18、 a,a+dptr mov p1,a clr p3.0 setb p3.0 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,a clr p3.5 setb p3.5 mov a,r2 mov p1,a clr p3.1 setb p3.1 jmp ledled2: mov a,r0 jz loop mov b,#10 mov a,r0 div ab movc a,a+dptr mov p1,a clr p3.0 setb p3.0 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,a clr p3.5 setb p3.5 mov a,r2 mov p1,a clr p3.1

19、setb p3.1 jmp led2start: clr ex0 ;如果t0口發(fā)現(xiàn)1個外部負(fù)跳變脈沖，則關(guān)掉外部中斷int0,int1取消加減置數(shù) clr ex1 ;把t0口改成定時器方式1，進(jìn)入倒計時開始 clr it0 clr it1 mov tmod,#01h mov th0,3ch mov tl0,0b0h djnz 20h,return mov 20h,#20 dec r0return: retiinc1: inc r0 mov a,r0 ；把r0儲存起來以備綠燈可以和紅燈相同的時間 mov r1,a clr ex0 clr it0xd_1: mov 21h,#100 ;消抖程序1，

20、設(shè)置25ms延遲xd1: mov 22h,#125xd2: djnz 22h,xd2 djnz 21h,xd1 setb ex0 setb it0 reti dec1: dec r0 mov a,r0 ；把r0儲存起來以備綠燈可以和紅燈相同的時間 mov r1,a clr ex1 clr it1xd_2: mov 23h,#100 ;消抖程序2，設(shè)置25ms延遲xd3: mov 24h,#125xd4: djnz 24h,xd4 djnz 23h,xd3 setb ex1 setb it1 reti tab : db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6f

21、h ;0 1 2 3 4 5 6 7 8 9;共陰極end七、運(yùn)行步驟給單片機(jī)（交通燈系統(tǒng)）上電（或者已上電按復(fù)位鍵）。 以連續(xù)方式從0100h開始執(zhí)行程序，初始態(tài)0為南北路口的紅燈亮東西路口的綠燈亮，并設(shè)置了初始時間24秒，數(shù)碼管顯示24秒。 此時可以設(shè)置紅綠燈時間（add鍵加，dec鍵減每次各一，注意本設(shè)置紅燈與綠燈為同一初始時間）。 按下ok開始鍵系統(tǒng)關(guān)閉設(shè)置紅綠燈時間功能進(jìn)入倒計時，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行，經(jīng)過一段時間，轉(zhuǎn)為狀態(tài)1東西和南北路口黃燈亮經(jīng)過5秒延時并關(guān)閉數(shù)碼管顯示，進(jìn)入狀態(tài)2南北路口綠燈亮東西路口紅燈亮經(jīng)過倒計時之后返回初始0狀態(tài)實現(xiàn)循環(huán)。（注意此時不能設(shè)置紅綠燈時間）八、檢測與調(diào)試 ： 1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機(jī)檢查。因為只有用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的