課程設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)

1、摘 要對(duì)電子信息工程專業(yè)來(lái)說(shuō)，如何把自己學(xué)到的知識(shí)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，提高自己的動(dòng)手能力變得尤為重要。本次課程設(shè)計(jì)是制作基于單片機(jī)的可控制交通燈。一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。本課程設(shè)計(jì)是以at89s51芯片作為主要芯片，同時(shí)結(jié)合部分外圍電路，使用dxp軟件作為輔助，把設(shè)計(jì)電路焊接在銅板上。本系統(tǒng)實(shí)習(xí)目標(biāo)：每個(gè)路口綠燈亮20秒，黃燈亮5秒，然后紅燈亮25秒，如果按下緊急按鍵，則全部路口亮紅燈，倒計(jì)時(shí)停止。按下恢復(fù)健則回到原來(lái)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；at89s51；交通燈abstractfor electronic and information engineering,

2、 how to put their acquired knowledge into reality, to improve their practical ability becomes particularly important. this course is designed to create a controllable trafficlight system which base mcu(at89s51). a good controllable trafficlight system can be a technological innovation of road conges

3、tion, illegal control and other issues.to at89s51 as the main part, combined with part of the peripheral circuits, the use of dxp software as a supplement to weld the copper on the circuit design. function of the system: green light for 20 seconds , the yellow light for 5 seconds, and then the red l

4、ight 25 seconds in each intersection, if you press the emergency button, the whole intersection red light will turn on, the countdown stops. press restore button is back to its original state.key words: mcu; at89s51; traffic light目 錄引言 31 概述 31.1 課題引入 31.2 課題描述 31.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 32 基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 32.1 主要

5、元器件介紹32.1.1 at89s51芯片介紹32.1.2 部分電路功能82.2 方案分析 92.3 電路設(shè)計(jì) 92.4 軟件設(shè)計(jì)103 結(jié)論14謝辭 15參考文獻(xiàn) 16 引言隨著社會(huì)科技、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人才競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，如何成為具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才已經(jīng)成為當(dāng)今大學(xué)生的的當(dāng)務(wù)之急。這也對(duì)高校教育教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)和要求。對(duì)電子信息工程專業(yè)來(lái)說(shuō)，如何把自己學(xué)到的知識(shí)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，提高自己的動(dòng)手能力變得尤為重要。課程設(shè)計(jì)正是為此而應(yīng)運(yùn)而生。由學(xué)生自己選題、查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在教師指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。目的是全方位地鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究的能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，激發(fā)他們從事物理學(xué)研究的興

6、趣和熱情，為以后從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。1 概述 本次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)。1.1課題引入 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(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用at89s51單片機(jī)為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能通過(guò)51芯片的p0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；p1口控制紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈亮警示。1.2課題描述 基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)具有許多的實(shí)現(xiàn)方案，但考慮到各方面的因素，特別是性價(jià)比與實(shí)驗(yàn)可行性這兩方面的因素，還有學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與儀器。為此我結(jié)合自身在學(xué)校多年學(xué)

7、到的電子電路知識(shí)，選擇使用at89s51芯片作為基礎(chǔ)，結(jié)合部分外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)以at89s51芯片作為主要部分，同時(shí)結(jié)合部分外圍電路，使用dxp軟件作為輔助，把設(shè)計(jì)電路焊接在銅板上。輸入直流電壓vcc為5v，通過(guò)51芯片的p0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；p1口控制紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈亮警示。要求電路焊接良好，布局合理。2 基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 主要元器件介紹2.1.1 at89s51芯片介紹為了更好的了解基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)是怎么么產(chǎn)生的，在此之前有必要先了實(shí)驗(yàn)電路中唯一一片芯片的構(gòu)造與參數(shù)。at89s51單片機(jī)

8、包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)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(shuō)明：中央處理器中央處理器(cpu)是整個(gè)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(gè)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(chǔ)器(ram)at89s51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)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(wèn)，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(gè)，可存放讀寫(xiě)

9、的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。圖1 at89s51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖程序存儲(chǔ)器(rom)at89s51共有4096個(gè)8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：at89s51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)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：at89s51共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：at89s51內(nèi)置一個(gè)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，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)：at89s51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩

10、個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇時(shí)鐘電路：at89s51內(nèi)置最高頻率達(dá)12mhz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但at89s51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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。at89s51單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式下圖是at89s51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖所示。圖2 at89s51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖at89s51的引腳說(shuō)明：at89s51單片機(jī)中采用40pi

11、n封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明，如圖所示。圖3 引腳功能pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)at89s51通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)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(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)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(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0

12、-r7）的狀態(tài)，at89s51的初始態(tài)。at89s51的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)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4 復(fù)位電路 時(shí)鐘方式pin30:ale/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ale會(huì)跳過(guò)一個(gè)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(wèn)外部程

13、序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，at89s51單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)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(chǔ)器指令。在編程時(shí)，ea/vpp腳還需加上21v的編程電壓。單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位

14、電路。給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖所示。圖5 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖 復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，rst腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的rc值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)rst腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合rc的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般教科書(shū)推薦c取10u，r取8.2k。當(dāng)然也有其他取法的，原則就是要讓rc組合可以在rst腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平。如何具體定量計(jì)算，可以參考電路分析相關(guān)書(shū)籍。晶振電路：型的晶振取11.0592mhz（為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19

15、200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合）/12mhz（產(chǎn)生精確的us級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作）。2.1.2部分電路功能圖6 晶振電路圖圖7 復(fù)位電路圖圖8 信號(hào)控制燈電路 led及顯示接口圖發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱led，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)pn結(jié)，具有單向?qū)щ娦?當(dāng)在發(fā)光二極管pn結(jié)上加正向電壓時(shí)，pn結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使p區(qū)的空穴注入到n區(qū)，n區(qū)的電子注入到p區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光。在普通二極管里，半導(dǎo)體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。發(fā)光二極管是由一個(gè)塑性燈泡覆蓋集中燈光在一

16、個(gè)特定方向。由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。 發(fā)光二極管的外形有：圓形、長(zhǎng)方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。 常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。使用led作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和led所需工作電流來(lái)選擇。發(fā)光二極管的壓降一led的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流if10ma，或者1020 ma長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮led溫升不明顯。2.2 方案分析 基于單片機(jī)的可控交通燈

17、系統(tǒng) 首先是制作一個(gè)at89s51的最小系統(tǒng)。用p0口和p2口控制數(shù)碼管的顯示，數(shù)碼管使用共陽(yáng)數(shù)碼管。用p1口輸出的信號(hào)控制紅黃綠三種燈的亮與滅。外部中斷int0與int1連接按鍵，設(shè)置為低電平使能。利用芯片的硬件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，利用芯片的中斷模塊實(shí)現(xiàn)控制。2.3 電路設(shè)計(jì)根據(jù)以上方案分析，使用dxp軟件畫(huà)出的電路原理圖如下圖。圖9 基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)原理圖在原理圖的基礎(chǔ)上，我繪制了pcb圖。為了方便電源的輸入，還有方便觀察效果，我把二極管模擬十字路口擺放，at89s51作為核心芯片放在中間，其余的原件順著原理圖安放，原則是方便電路的布線。圖10 基于單片機(jī)的可控交通燈系統(tǒng)pcb圖2

18、.4軟件設(shè)計(jì)流程圖： 開(kāi)始初始化a紅燈，b綠燈time20sa紅燈b黃燈,綠燈time5sa綠燈，b紅燈time 20sa黃燈,綠燈b紅燈time 5s圖11 程序流程圖本次課設(shè)采用keil軟件進(jìn)行編程，編程過(guò)程中需要注意輸入輸入字符的格式，應(yīng)該為英文、半角，否則編譯會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。keil軟件應(yīng)用簡(jiǎn)單，操作方便。程序編譯完成之后就需要用專門的燒軟件講hex文件寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)部。我使用easy51來(lái)燒寫(xiě)hex文件。編寫(xiě)程序之前最好寫(xiě)一個(gè)程序的流程圖，使自己在編程過(guò)程中有很好的思路。內(nèi)部程序：#includeunsigned int num=0,time=25;volatile unsigned in

19、t emergency=0;unsigned char ge,shi;unsigned int code table10=0x10,0xf3,0xc4,0xc2,0xa3,0x8a,0x88,0xd3,0x00,0x82;void delay(unsigned int);void display();main()tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; ea=1; /*中斷使能*/ et0=1;/*定時(shí)器t0中斷使能*/ tr0=1;/*定時(shí)器t0啟動(dòng)*/ ex0=1; ex1=1; it0=0; it1=0; while

20、(1)while(time!=5) /*不等于5秒時(shí)*/ p1=0xde; /*a紅燈，b綠燈*/ if(num=20) time-; num=0; while(emergency)p1=0x36;display(); display(); while(time!=0) /*不等于2秒時(shí)*/ if(num=20) p1=0xce;/*a紅燈，b綠燈與黃燈*/num=0; time-; while(emergency)p1=0x36;display(); display(); time=25; while(time!=5)/*不等于5秒時(shí)*/ p1=0xf3;/*a綠燈，b紅燈*/ if(num

21、=20) num=0; time-; while(emergency)p1=0x36;display(); display(); while(time!=0)/*不等于0秒時(shí)*/ p1=0xf1;/*a綠燈與黃燈，b紅燈*/ if(num=20) num=0; time-; while(emergency)p1=0x36;display(); display(); time=25; void display() shi=time/10; ge=time%10; p2=0x01; p0=tableshi; delay(5); p2=0x02; p0=tablege; delay(5);void

22、delay(unsigned int z)unsigned int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void exter0() interrupt 0 emergency=0;void exter1() interrupt 2emergency=1;void time0() interrupt 1 num+; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; 圖12 實(shí)物圖3 結(jié)論幾個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，雖然有些疲勞和困倦，但帶給我很多的收獲。各種電路知識(shí)已經(jīng)學(xué)了幾個(gè)學(xué)期，有許多知識(shí)都存在似懂非懂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通

23、過(guò)實(shí)際的動(dòng)手操作，已經(jīng)減少了許多。對(duì)這些知識(shí)也有了更深的理解和很好的掌握。也有很多理論上說(shuō)得過(guò)去的電路原理，但到了實(shí)際操作，卻是行不通的。這種困惑，有許多已經(jīng)通過(guò)實(shí)際操作解決了，并能夠深刻認(rèn)識(shí)，但也有很多沒(méi)有明白。在這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了要把錯(cuò)誤總結(jié)，有許多錯(cuò)誤或者陷阱是平時(shí)自己陷進(jìn)去的，因此很深刻，但也有些錯(cuò)誤或者陷阱是自己還沒(méi)有接觸或者犯過(guò)的，這就應(yīng)該看多些別人的總結(jié)，使自己不犯這些錯(cuò)誤。不讓自己掉進(jìn)這些陷阱。這樣長(zhǎng)期總結(jié)，會(huì)對(duì)自己有很大的幫助。通過(guò)設(shè)計(jì)、焊接和制作一個(gè)電子電路系統(tǒng)讓我了解一個(gè)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制作過(guò)程，鍛煉我的焊接技術(shù)和調(diào)測(cè)電路的能力，培養(yǎng)我運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，特別是在電路的調(diào)測(cè)階段,經(jīng)常在