LED模擬交通燈課程設(shè)計單片機交通燈

1、課 程 設(shè) 計 課 程 科研實踐 題 目 led模擬交通燈 二級學(xué)院 延陵學(xué)院 班 級 09電y2 姓 名 袁 惠 學(xué) 號 09121037 指導(dǎo)教師 范力旻 設(shè)計時間 2012.12.31-1.11 常州工學(xué)院單片機原理及應(yīng)用科研實踐任務(wù)書二級學(xué)院：延陵學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：09電y2學(xué)生姓名袁 惠于志鵬指導(dǎo)老師 范力旻職 稱副教授 課題名稱led模擬交通燈 課題工作內(nèi)容“l(fā)ed模擬交通燈”的硬件電路主要由單片機控制電路、led電路、電源穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路組成，主要實現(xiàn)：單片機采用st89c52，使發(fā)光二極管（紅，黃，綠）代表各個路口的交通燈1、東西路口綠燈亮，南北路口紅燈亮

2、。延時4秒，黃燈閃爍2、南北路口綠燈亮，東西路口紅燈亮。延時4秒，黃燈閃爍。 指標(biāo)要求1、東西路口綠燈亮，南北路口紅燈亮。延時4秒，黃燈閃爍2、南北路口綠燈亮，東西路口紅燈亮。延時4秒，黃燈閃爍。 進程安排第一天：下達任務(wù)、理解課題要求、收集和消化相關(guān)資料； 第二天：方案論證和制定，元器件采購； 第三四天：硬件制作、調(diào)試 第五八天：軟件設(shè)計、調(diào)試 第九天：根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，撰寫設(shè)計報告 第十天：作品演示、答辯考核主要參考文獻單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 張齊著 電子工業(yè)出版社 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 范力旻 電子工業(yè)出版社 例說8051 謝亮、陳敵北、 張義和 人民郵電出版社 單片機c語言應(yīng)用100例 王

3、東鋒 王會良 電子工業(yè)出版社 51系列單片機設(shè)計實例 樓然苗 李光飛 北航出版社 地點秋白樓起止日期2012.12.31-1.11 目錄第一章 概述41.1、課題介紹41.2、目的和意義5第二章硬件設(shè)計62.1、最小系統(tǒng)62.1.1、單片機62.1.2、晶振72.1.3、復(fù)位電路72.2、電源電路92.3、顯示電路9第三章 軟件設(shè)計11第四章 調(diào)試與仿真124.1、軟件仿真124.2、硬件調(diào)試12第五章 小結(jié)14第六章參考文獻15第七章附錄161、元器件清單162、原理圖173、程序184、實物圖20第一章 概述當(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)

4、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，藍兩色的機械扳手式信號燈，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

5、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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機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

6、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入交叉路口。1.1、課題介紹交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(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。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(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應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)采用單片機s

7、t89s52為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。本設(shè)計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示以及倒計時時間。本設(shè)計系統(tǒng)由單片機控制電路、led電路、電源穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路等幾大部分組成。系統(tǒng)能較好的模擬實現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的狀況。軟件上主要編寫了主程序，led數(shù)碼管顯示程序，中斷程序延時程序等。經(jīng)過整機調(diào)試，實現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬。1.2、目的和意義綠燈是通行信號，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

8、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入交叉路口。交通燈的發(fā)展是交通日漸繁華的必然產(chǎn)物，交通燈控制系統(tǒng)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，使城市交通得以有效管理?，F(xiàn)如今交通燈已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，是維護交通秩序的重要工具，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。第二章 硬件設(shè)計2.1、最小系統(tǒng)2.1.1、單片機本次設(shè)計使用的單片機芯片型號為：stc89c52，管腳圖見圖2-1-1。stc89c52的工作特性如下：1. 增強型 8051

9、單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2. 工作電壓：5.5v3.3v（5v 單片機）/3.8v2.0v（3v 單片機） 3. 工作頻率范圍：040mhz，相當(dāng)于普通 8051 的 080mhz，實際工 作頻率可達 48mhz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8k 字節(jié) 5. 片上集成 512 字節(jié) ram 6. 通用 i/o 口 （32 個） 復(fù)位后為： ， p1/p2/p3/p4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， p0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 i/o 口用時，需加上拉電阻。 7. isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在

10、應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8. 具有 eeprom 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 t0、t1、t211. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，power down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（uart） ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 uart 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級） 14. pdip 封裝 圖2-1-1 stc89c52管腳圖2.1.2、晶振本次設(shè)計采

11、用的是12mhz的晶振，電路圖2-1-2如下圖所示： 圖2-1-2晶振電路兩只電容在20pf100pf之間取值，其取值在60pf70pf時振蕩器頻率穩(wěn)定性較高，按照一般經(jīng)驗，外接晶體時兩個電容的取值為22pf；外接陶瓷振蕩器是兩電容的典型值是47pf。2.1.3、復(fù)位電路在時鐘電路工作后，只要在單片機的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)服務(wù)。為保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使rst引腳保持4ms以上的高電平，只要rst保持高電平，stc89c52單片機就會循環(huán)復(fù)位；當(dāng)rst從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，單片機就從0000h地址開始執(zhí)行

12、程序，在單片機復(fù)位的有效期間，ale、psen引腳輸出高電平。本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位：圖2-1-3復(fù)位電路1手動復(fù)位：按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)能夠復(fù)位。2上電復(fù)位：系統(tǒng)上電時，隨著vcc電壓由0v增加到5v，電容c的上極板電位隨之增加。按電壓隨著電流方向逐漸降低的原則，電流的出現(xiàn)會在r2端形成一個大于0的電位。由于電容充電逐漸飽和，所以電流會逐漸減小。該電位的大小和持續(xù)時間將影響系統(tǒng)能否上電復(fù)位。當(dāng)單片機rst管腳上有兩個機器周期是高電平時，系統(tǒng)就會被復(fù)位。因為，。所以，對于用12mhz晶振的系統(tǒng)來說，使其復(fù)位的時間t應(yīng)滿足條件：不考慮流入rst引腳的電流計算rst處的電位，該電路就是一階

13、rc電路。電容兩端暫態(tài)電流和電壓的關(guān)系如下：因為，；所以。設(shè)rst處電壓為，那么，所以。當(dāng)時，t=0.357rc。當(dāng)且僅當(dāng)時，系統(tǒng)才會復(fù)位，即滿足條件。所以采用，。復(fù)位時間，符合要求。2.2、電源電路1.直流5v電源電壓產(chǎn)生的過程：本系統(tǒng)中將直流9v經(jīng)過穩(wěn)壓器使輸出電壓為直流5v。具體電路如圖2-3所示。圖2-2電源電路ic采用集成穩(wěn)壓器7805，c3和c4為輸入端的濾波電容，c5和c6為輸出端的濾波電容。在電源整流電路中，濾波電容用來濾除交流成分，使得直流更平滑。2.3、顯示電路發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低。通過調(diào)制led的電流來調(diào)制光輸出;光輸出響應(yīng)速度比較快

14、（1100兆赫）。應(yīng)用led可用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等，所以在光電系統(tǒng)中的應(yīng)用極為普遍。在本設(shè)計中5v的電源，不能直接輸入到led，電流太大就會將led燒毀，所以我們要限制電流，就得串聯(lián)電阻。一般led發(fā)光二極管的工作電流在十幾ma到幾十ma。通常情況下大約是20ma。所以限流電阻應(yīng)為。因此選用220的限流電阻。本次設(shè)計，共用紅燈，黃燈，綠燈各四個。東西路口2個紅燈接單片機p0.0口，2個黃燈接p0.1口，2個綠燈接p0.2口；南北路口2個紅燈接單片機p0.3口，2個黃燈接p0.4口，2個綠燈接p0.5口；圖2-3 顯示電路第三章 軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件流程如下：系

15、統(tǒng)通電，實現(xiàn)初始化；東西路口綠燈亮，南北路口紅燈亮，延時4秒；東西路口綠燈亮，南北路口黃燈閃爍，閃爍5次；南北路口綠燈亮，東西路口紅燈亮，延時4秒；南北路口綠燈亮，東西路口黃燈閃爍5次；開始系統(tǒng)初始化東西亮綠燈，南北亮紅燈東西亮綠燈，南北黃燈閃爍顯示）南北亮綠燈，東西黃燈閃爍南北亮綠燈，東西亮紅燈中斷處理子程序處 理返 回圖3-1 軟件流程圖第四章 調(diào)試與仿真4.1、軟件仿真仿真步驟：a. 正確安裝keil和proteus軟件。b. 在keil工程菜單中選擇target1屬性，在調(diào)試中u使用proteus，具體設(shè)置見圖4-1。圖4-1-1 調(diào)試設(shè)置c. 根據(jù)硬件電路原理圖在proteus中畫出

16、仿真電路，如圖4-2。圖4-1-2仿真電路圖4.2、硬件調(diào)試調(diào)試步驟：1. 根據(jù)硬件原理圖將元器件放在單片機開發(fā)板合適位置。2. 根據(jù)原理圖正確連接器件。3. 用萬用表檢測器件間是否虛焊，是否聯(lián)通。4. 將程序載入單片機，運行檢測。5. 顯示結(jié)果不對時再次檢測程序的寫入是否真確。6. 若顯示結(jié)果還是不對，再次檢查電路是否正確連接或者虛焊。第五章 小結(jié)經(jīng)過兩周的努力工作，終于完成了自己的單片機課程設(shè)計。雖說忙碌了點，但我覺得這樣的生活充實且有成就感，當(dāng)然，也獲益匪淺。在焊接過程中，我學(xué)會應(yīng)先合理的布局，并認(rèn)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

17、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(xué)會如何去發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的一些方法。在整個課程設(shè)計過程我還掌握了一下幾點：（1）掌握了電子系統(tǒng)設(shè)計的流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。（2）理解了最單片機的各部分組成及特性。（3）熟練使用了各種計算機輔助設(shè)計工具完成設(shè)計，充分掌握了這些工具的使用。通過本次的課程設(shè)計，充分意識到自己所學(xué)的東西還是非常有限的，不過通過設(shè)計，還是學(xué)到了一些書本上沒有學(xué)到的東西，為自己以后的學(xué)習(xí)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(shè)計過程中一定要有一個整體的清晰的思路，知道自己的設(shè)計的對象的基本功能和核心器件的適用

18、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(shè)計過程中，生活中也一樣，一定要意志堅定，克服自己的畏難情緒,這樣才能將事情做好，才能干出一番成就。 我覺得類似這種課程設(shè)計的實踐真的不錯，通過這些項目練習(xí)，我自學(xué)能力，解決實際問題的能力得到提高，可以說是對綜合素質(zhì)全面提升。第六章 參考文獻單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 張齊著 電子工業(yè)出版社 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 范力旻 電子工業(yè)出版社 例說8051 謝亮、陳敵北、 張義和 人民郵電出版社 單片機c語言應(yīng)用100例 王東鋒 王會良 電子工業(yè)出版社 51系列單片機設(shè)計實例 樓然苗 李光飛 北航出版社

19、第七章 附錄1、元器件清單序號名稱型號數(shù)量1單片機stc89c5212底座textodl13三端穩(wěn)壓器l7805cv14電解電容220uf15電解電容100uf16瓷片電容0.01uf27電解電容10uf18晶振12mhz19瓷片電容22pf210電阻1k111電阻2201212電阻10k113按鈕114紅色發(fā)光二極管415黃色發(fā)光二極管416綠色發(fā)光二極管417干電池9v118電池扣12、原理圖3、程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit red_a=p00;sbit yellow_a=p01;sbit green_a=p02;sbit red_b=p03;s