基于AT89S52單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)

1、 1 交通燈的設(shè)計(jì)目的及方案介紹1設(shè)計(jì)課題的目的 通過單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)，加深和鞏固單片機(jī)知識(shí)，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決日常生活及工業(yè)控制的能力，提高針對(duì)知識(shí)的需要，選擇和查閱其他資料書籍、靈活運(yùn)用其中知識(shí)及自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、制版、調(diào)試的全方面能力，通過對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較，熟悉單片機(jī)運(yùn)用于系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的提高。1.2設(shè)計(jì)要求及說明 設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的十字路口交通燈。該交通燈上電或按鍵復(fù)位后能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符“p.”， 進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。按開始鍵則開始工作，按

2、結(jié)束鍵則返回“p.”狀態(tài)。要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，甲車道為主車道，每次通車時(shí)間為60秒，乙車道為次車道，每次通車時(shí)間為30秒，要求黃燈亮3秒，并且1秒閃爍一次。有應(yīng)急車輛出現(xiàn)時(shí)，紅燈全亮，應(yīng)急車輛通車時(shí)間10秒，同時(shí)禁止其他車輛通過。1.3方案介紹及工作原理1.3.1 方案介紹系統(tǒng)整體框圖如圖1.1所示：1.3.2 工作原理 該系統(tǒng)采用的是使用現(xiàn)有單片機(jī)最小的硬件電路和p3口控制交通燈，p2口控制數(shù)碼管各位，p0口控制數(shù)碼管各段，p1.0、p1.1口線控制數(shù)碼管各位和p1.2口接收緊急信號(hào)電路集合而成，構(gòu)成交通燈的總體電路，即交通燈。通過對(duì)單片機(jī)編寫對(duì)應(yīng)的程序,控制各個(gè)

3、部分，達(dá)到預(yù)期的效果。2 交通燈的硬件設(shè)計(jì)及pcb圖2.1 交通燈原理圖電路原理圖如附錄一，電路原理圖由各功能模塊組成。2.2 交通燈各模塊功能2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)由cpu，復(fù)位電路，振蕩電路三部分構(gòu)成，cpu采用的是atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容的at89s52芯片。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz

4、靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash at89s52 。復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過rst引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。而復(fù)位電路又可以分為上電復(fù)位，按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位這三種，在這次設(shè)計(jì)中，選用的是按鍵電平復(fù)位電路。其功能為：上電的同時(shí)，rc回路開始充電，rst引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要rst段保持10ms以上的高電平，就能夠使單片機(jī)有效的復(fù)位。振蕩電路

5、是從at89s52的xtal1和xtal2接入時(shí)鐘信號(hào)的。由外接晶振及電容c1，c2所構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)為減小干擾，晶振和電容應(yīng)該盡可能的與單片機(jī)近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠。其功能為：產(chǎn)生振蕩脈沖，為單片機(jī)運(yùn)行提供時(shí)序。 上拉電阻是為了拉高電壓，增強(qiáng)io口的驅(qū)動(dòng)能力。2.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是led（發(fā)光二極管顯示器）、led（液晶顯示器）。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉，因此，得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)要顯示數(shù)字倒計(jì)時(shí)，用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。將led顯示器各位數(shù)碼

6、管的所有段控端相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由p0的8個(gè)口線控制，形成段選線多路復(fù)用，而各位數(shù)碼管的共陽(yáng)極分別由p2口的其中四個(gè)口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。共陽(yáng)極數(shù)碼管字形代碼表如表2.1所示。表2.1 共陽(yáng)極數(shù)碼管字形代碼表字型共陽(yáng)代碼字型共陽(yáng)代碼0c0h682h1f9h7f8h2a4h880h3b0h990h499hp.0ch592h滅ffh2.2.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)是采用pnp三極管驅(qū)動(dòng)，有效增強(qiáng)數(shù)碼管顯示的亮度。當(dāng)給p2口線與三極管的發(fā)射極相連，用于連接數(shù)碼管位控與三極管的集電極相連，三極管的基極通過電阻與地相連，當(dāng)給p2高電平的同時(shí)，輸出高電平信號(hào)控制數(shù)碼管的顯示位顯

7、示。2.2.4 緊急按鍵電路設(shè)計(jì)緊急信號(hào)為低電平，通過設(shè)計(jì)緊急按鍵電路與p1.2口相連接，緊急信號(hào)通過p1.2輸入單片機(jī)內(nèi)部,當(dāng)緊急事件過去后，單片機(jī)回到原來(lái)的地方繼續(xù)工作。2.2.5 程序下載口電路設(shè)計(jì)atmel公司的89s5xx提供了支持isp(在線下載程序) 并口下載功能,它只需一塊八位鎖存器就可以實(shí)現(xiàn)了,原理如下：mosi:數(shù)據(jù)串行輸出 （s52p1.5腳），miso:串行數(shù)據(jù)輸入（s52 p1.6腳），sck:同步控制時(shí)鐘（s51 p1.7腳），rst接單片機(jī)復(fù)位腳，當(dāng)有足夠的高電平使s51處于復(fù)位狀態(tài)，它就會(huì)開啟讀寫程序功能。2.2.6 電源電路設(shè)計(jì)因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所需電源的模塊有單片

8、機(jī)最小系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示器，二極管交通燈，它們所需電源都為+5v，因而電源設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)一個(gè)+5v電源。為了供電方便，我們直接在插孔處引一根數(shù)據(jù)線用usb接口供電。 2.2.7 交通燈元器件清單 交通燈元件清單如表2.2。表2.2 交通燈元件清單元件名稱元件個(gè)數(shù)元件特性at89s521電阻25 4.7k3 1k1 200電容2 33pf極性電容1 22fled數(shù)碼管2 4位一體共陽(yáng)晶振1 12m發(fā)光二極管4 紅色4 綠色按鍵9 四角開關(guān)1 六角usb電源接口12.3 pcb設(shè)計(jì)圖我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)電路原理圖，以購(gòu)買的元器件的尺寸、引腳，仔細(xì)封裝各個(gè)元器件，如果不能在庫(kù)里找到的我們自己根據(jù)實(shí)際需要，自

9、己創(chuàng)建封裝。2.3.1元器件布局圖 交通燈元器件布局圖如附錄二所示2.3.2pcb圖根據(jù)電路原理圖，將每個(gè)元器件放置在適當(dāng)?shù)奈蛔?，按照pcb畫線的原則，以正確，美觀，認(rèn)真將各個(gè)元器件連接起來(lái)。pcb圖如附錄三所示。3 交通燈的軟件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)資源分配由電路原理圖可知，單片機(jī)at89s52的資源分配如下：第9腳rst接復(fù)位電路和下載口復(fù)位端；第18腳xtal1、第19腳xtal2接振蕩電路；p0口用于數(shù)碼管顯示器的段控控制；p1口接數(shù)碼管的位控控制 p3口接led燈3.2 軟件系統(tǒng)各模塊功能3.2.1 顯示p.模塊 該模塊的功能是在單片機(jī)上電或者復(fù)位后，在數(shù)碼管上顯示“p.”，此時(shí)系統(tǒng)處于

10、等待工作狀態(tài)。在按下開始按鈕后，跳出此模塊，進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。3.2.2 亮燈模塊 該模塊的功能是控制交通燈的亮與滅，在程序中，先控制主路的綠燈亮57s，再黃燈閃爍3秒，即每秒亮半秒滅半秒，同時(shí)支路上的紅燈亮60s;再控制支路上的綠燈亮27s,再黃燈閃爍3秒，即每秒亮半秒滅半秒，同時(shí)主路上的紅燈亮30s。正常情況下，隨著主程序循環(huán)。當(dāng)緊急按鈕按下后，控制兩個(gè)路口的紅燈同時(shí)亮十秒，待緊急時(shí)間過去，主動(dòng)跳出。3.2.3 顯示模塊 該模塊的功能是主路和支路上的時(shí)間顯示。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，同時(shí)在主路和支路上顯示60s的倒計(jì)時(shí)，待60s過后，同時(shí)在主路和支路上顯示30s的倒計(jì)時(shí)，正常情況下，隨著主程序

11、循環(huán)。當(dāng)按下緊急按鈕之后，同時(shí)在主路和支路上顯示10s的倒計(jì)時(shí)，之后主動(dòng)跳出。3.2.4 緊急按鈕模塊 該模塊的功能是在出現(xiàn)緊急情況下，按下緊急按鈕，送入單片機(jī)信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)，在數(shù)碼管顯示10s倒計(jì)時(shí)，同時(shí)主路和支路的紅燈都亮。待10s過后，自動(dòng)跳出。3.2.5 延時(shí)模塊 該模塊的功能是為其他各模塊提供延時(shí)。不論是數(shù)碼管顯示的延時(shí)，紅綠燈亮的延時(shí)，黃燈的閃爍，都需要此模塊來(lái)提供延時(shí)。采用延時(shí)子程序，延時(shí)50ms。3.3 程序流程框圖交通燈程序流程框圖如圖3.1所示。 圖3.1 程序流程框圖3.4 交通燈程序清單 交通燈程序清單如附錄四所示。4 交通燈設(shè)計(jì)仿真4.1 仿真原理圖仿真是我們

12、檢測(cè)我們的硬件設(shè)計(jì)和軟件與硬件的結(jié)合好壞的重要方法，也能為我們做實(shí)物提供保障。我們采用kiel結(jié)合proteus仿真，仿真電路原理圖如附錄五所示。4.2 仿真結(jié)果（1）當(dāng)開始鍵按下時(shí)，數(shù)碼管顯示“p.”。如圖4.1所示。圖4.1 “p.”顯示（2）當(dāng)按開始按鈕時(shí)，數(shù)碼顯示管和交通燈均開始正常工作。如圖4.2所示。圖4.2 正常工作顯示（3）當(dāng)緊急按鈕按下時(shí)，數(shù)碼顯示管和交通燈均按照計(jì)劃工作。如圖4.3所示。圖4.3 緊急情況下顯示5 設(shè)計(jì)體會(huì)及出現(xiàn)的問題5.1 設(shè)計(jì)體會(huì)通過這次對(duì)交通燈的設(shè)計(jì)，我們更加認(rèn)識(shí)了單片機(jī)，更加熟悉了對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用。在這次設(shè)計(jì)的過程中，從電路原理圖的設(shè)計(jì)，就透徹的理解了

13、單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理。從數(shù)碼管的選擇中，懂得了可以采用不同的元器件，只要我們運(yùn)用相應(yīng)的程序，就能達(dá)到同樣的效果。從三極管的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)了理論跟實(shí)踐存在的巨大差別。只有實(shí)踐才能檢驗(yàn)所學(xué)的理論，才能發(fā)自己對(duì)理論認(rèn)識(shí)的誤區(qū)和盲點(diǎn)。在軟件的設(shè)計(jì)過程中，收獲更大。通過此次設(shè)計(jì)程序，透徹的明白了每一個(gè)指令的應(yīng)用方法和功能，很好的統(tǒng)一復(fù)習(xí)了單片機(jī)的指令系統(tǒng)。也正是在運(yùn)用中也發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)部分指令的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和誤區(qū)，在改正錯(cuò)誤中獲得了收獲。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再一次對(duì)keil軟件進(jìn)行了一次全面的運(yùn)用，更加熟悉了keil軟件的各項(xiàng)功能。在做實(shí)物的過程中，很好的鍛煉了自己的動(dòng)手能力，同時(shí)也提高了自己發(fā)現(xiàn)問題，

14、解決問題的能力。當(dāng)最終看到自己的成果握在手中時(shí)，有一種非常美妙的成就感，也激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)興趣。增強(qiáng)了自信，培養(yǎng)了自己的各個(gè)方面的能力。5.2 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題 在本次試驗(yàn)中，由于理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，出現(xiàn)了很多問題。首先是先到倒計(jì)時(shí)的問題，我設(shè)計(jì)了1秒鐘的子程序，然后再按鍵功能1中調(diào)用它，同時(shí)在最后3秒鐘閃爍燈，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這樣根本不能實(shí)現(xiàn)燈閃爍一秒，而是兩秒，針對(duì)這個(gè)問題，我就將1秒鐘的子程序改為0.5秒，然后再程序里面兩次調(diào)用它。其次出現(xiàn)了按了一個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)了功能不能跳往另外一個(gè)鍵功能程序，我就想到了要分別在鍵功能程序里面再調(diào)用子程序，這個(gè)問題就解決了。最后在應(yīng)急的時(shí)候我只想到了在應(yīng)急里面循環(huán)，在

15、老師的提點(diǎn)下，我想到了應(yīng)急之后應(yīng)該恢復(fù)原來(lái)的交通秩序，這個(gè)就要牽扯到現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)，于是我馬上聯(lián)想到剛學(xué)完不久的中斷知識(shí)，首先我想用外部中斷，但是發(fā)現(xiàn)外部中斷的兩根口線已經(jīng)被led燈占用，然后我就想到要用定時(shí)器中斷，編好以后，發(fā)現(xiàn)又有新的問題出現(xiàn)了。6 鳴謝 附錄一原理圖 附錄二 程序清單 附錄三仿真電路圖 附錄四pcb圖附錄二;*;設(shè)計(jì)者：xx;設(shè)計(jì)日期：2010年12月24日;*;堆棧棧底:7fh;*;led數(shù)碼管設(shè)置：;p0.0-p0.7接段控線，分別接a,b,c,d,e,f,g,dp.;p2.0-p2.7接位控線，分別接（從右至左）led1-led8;顯示緩沖區(qū)：led1-led8分

16、別對(duì)應(yīng)78h-7fh;*;獨(dú)立式鍵盤：;八個(gè)按鍵s0-s7分別接p1.0-p1.7;*;led流水燈設(shè)置：;八個(gè)led燈led1-led8分別接p3.0-p3.7;*;項(xiàng)目名稱：交通燈;keya (s0鍵鍵功能程序);keyb (s1鍵鍵功能程序);keyc (s2鍵鍵功能程序);*;常數(shù)表格;kkk(系統(tǒng)顯示四位序號(hào)表);tab(共陽(yáng)數(shù)碼管字型代碼表);* ;子程序;delay（延時(shí)10ms子程序）;dl（延時(shí)2ms子程序）;key(鍵掃描子程序);loop0(p1.0口數(shù)據(jù)處理子程序);loop1(p1.1口數(shù)據(jù)處理子程序);loop2(p1.2口數(shù)據(jù)處理子程序);disp（數(shù)碼管顯示子程

17、序）;kk0(0.5秒顯示處理程序);*;起始程序區(qū)：org0000h ljmp main org0030h;*程序初始化*main: movsp, #7fh;堆棧初始化movr0, #20h ;對(duì)ram區(qū)清零 movr2, #96ql:movr0, #00h incr0djnzr2, ql movp2, #7fh ;送位控movp0, #0ch;送段控顯示p.;*監(jiān)控程序*key: lcall keyk;監(jiān)控程序 jb20h.0, loop0jb 20h.1, loop11jb 20h.2, loop22ljmpkeyloop11: ljmp loop1loop22: ljmp loop2;

18、*鍵功能程序*loop0: movr3, #60;甲通道顯示初值60秒 mov r5, #57;乙通道顯示初值57秒mm0:movp3, #33h;顯示交通燈，甲通道綠，乙通道紅lcall kk0;調(diào)顯示程序lcl0:lcall kk0jnb p1.0, lcl0 ;判按鍵0是否按下 jnb p1.1, loop1;判按鍵1是否按下jnb p1.2, ll0;判按鍵2是否按下ljmp lk0ll0: lcall loop2lk0:dec r5 dec r3cjne r5, #00h,mm0m1: movr3, #03;等于3時(shí)顯示乙通道黃燈處理 movr5, #03mm1: movp3, #3

19、3hlcl1:lcall kk0 jnb p1.1, loop1jnb p1.2, ll1 jnb p1.0, lcl1movp3, #077h lcall kk0ljmp lk1ll1: lcall loop2lk1:dec r3dec r5cjne r3, #00h,mm1m2: mov r3, #30 ;乙通道亮綠燈，甲通道亮紅燈 mov r5, #27mm2:movp3, #0cch ;點(diǎn)亮交通燈lcall kk0lcl2:lcall kk0jnb p1.0, lcl2 jnb p1.1, loop1jnb p1.2, ll2 ljmp lk2ll2: lcall loop2lk2:d

20、ec r3dec r5 cjne r5, #05h,mm2m3:movr3, #03 movr5, #03mm3: movp3, #0cch;等于三秒時(shí)甲通道黃燈處理lcl3:lcall kk0jnb p1.0, lcl3 jnb p1.1, loop1jnb p1.2, ll3 ljmp lk3ll3: lcall loop2lk3:mov p3, #0ddhlcall kk0dec r3dec r5cjne r3, #00h, mm3;等于三秒時(shí)乙通道黃燈處理ljmp loop0;沒有按鍵按下則在此程序循環(huán)loop1: movp3, #0ffh;按鍵1按下處理程序 lcallfuwei j

21、nb p1.0, key0jnb p1.2, loop2 ljmp loop1 ;沒有按鍵按下則在此程序循環(huán)loop2:mov 24h, r3;按鍵2按下處理程序 mov 25h, r5;將原寄存器內(nèi)容保存 movr3, #10 movr5, #10 movr7, #00hmovp3, #55hmm5:lcall kk0 lcall kk0jnb p1.1, loop1dec r3dec r5 cjne r3,#00h,mm5mov r3, 24h;返回時(shí)將原寄存器內(nèi)容還原mov r5, 25h;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)ret;緊急十秒處理后返回key0: ljmp loop0key1:ljmp key;*顯示子程序*disp: push dph;保護(hù)dptr內(nèi)容 pushdpl pushacc pushpsw clrrs0 setbrs1 movr1,#78h movr5,#08h movr2,#0fehdisp1: mova,r1 movdptr,#tab movca,a+dptr movp0,a movp2,r2 lcall dl mova,r2 rla movr2,a incr1 djnzr5, disp1disp2: poppsw popacc popdpl popdph ret;*顯示