基于AT89S52單片機的交通燈設計

1、. 1 交通燈的設計目的及方案介紹1設計課題的目的 通過單片機的課程設計，加深和鞏固單片機知識，提高綜合及靈活運用所學的知識來解決日常生活及工業(yè)控制的能力，提高針對知識的需要，選擇和查閱其他資料書籍、靈活運用其中知識及自學能力，提高組成系統(tǒng)、編程、制版、調試的全方面能力，通過對課題設計方案的分析、選擇、比較，熟悉單片機運用于系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設計的方法、內容及步驟。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設計要求及說明 設計一個具有特定功能的十字路口交通燈。該交通燈上電或按鍵復位后能自動顯示系統(tǒng)提示符“P.”， 進入準備工作狀態(tài)。按開始鍵則開始工作，

2、按結束鍵則返回“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行，甲車道為主車道，每次通車時間為60秒，乙車道為次車道，每次通車時間為30秒，要求黃燈亮3秒，并且1秒閃爍一次。有應急車輛出現(xiàn)時，紅燈全亮，應急車輛通車時間10秒，同時禁止其他車輛通過。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口接收緊急信號電路集合而成，構成交通燈的總體電路，即交通燈。通過對單片機編寫對應的程序,控制各

3、個部分，達到預期的效果。2 交通燈的硬件設計及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 單片機最小系統(tǒng)電路 單片機最小系統(tǒng)由CPU，復位電路，振蕩電路三部分構成，CPU采用的是Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容的AT89S52芯片。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 。復位電路用于產(chǎn)生復位信號，通過RST引腳送入單片機，進行復位操作。而復位電路又可以分為上電復位，按鍵電平復位和按鍵脈沖復位這三種，在這次設計中，選用的是按鍵電平復位電路。其功能為：上電的同時，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，就能夠使單片機有效的復位。振蕩電

5、路是從AT89S52的XTAL1和XTAL2接入時鐘信號的。由外接晶振及電容C1，C2所構成的并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中。在設計電路板時為減小干擾，晶振和電容應該盡可能的與單片機近些，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，為單片機運行提供時序。 上拉電阻是為了拉高電壓，增強IO口的驅動能力。2.2.2 顯示電路設計單片機應用系統(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)。它們的驅動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此，得到了廣泛應用。本次設計要顯示數(shù)字倒計時，用數(shù)碼管動態(tài)顯示。將LED顯示器各位數(shù)

6、碼管的所有段控端相應地并聯(lián)在一起，由P0的8個口線控制，形成段選線多路復用，而各位數(shù)碼管的共陽極分別由P2口的其中四個口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。共陽極數(shù)碼管字形代碼表如表2.1所示。表2.1 共陽極數(shù)碼管字形代碼表字型共陽代碼字型共陽代碼0C0H682H1F9H7F8H2A4H880H3B0H990H499HP.0CH592H滅FFH2.2.3 數(shù)碼管驅動電路設計本設計采用的數(shù)碼管驅動是采用PNP三極管驅動，有效增強數(shù)碼管顯示的亮度。當給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，當給P2高電平的同時，輸出高電平信號控制數(shù)碼管的顯示位

7、顯示。2.2.4 緊急按鍵電路設計緊急信號為低電平，通過設計緊急按鍵電路與P1.2口相連接，緊急信號通過P1.2輸入單片機內部,當緊急事件過去后，單片機回到原來的地方繼續(xù)工作。2.2.5 程序下載口電路設計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:同步控制時鐘（S51 P1.7腳），RST接單片機復位腳，當有足夠的高電平使S51處于復位狀態(tài)，它就會開啟讀寫程序功能。2.2.6 電源電路設計因為本次設計所需電源的模塊有單

8、片機最小系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示器，二極管交通燈，它們所需電源都為+5V，因而電源設計只需設計一個+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位一體共陽晶振1 12M發(fā)光二極管4 紅色4 綠色按鍵9 四角開關1 六角USB電源接口12.3 PCB設計圖我們可以根據(jù)設計電路原理圖，以購買的元器件的尺寸、引腳，仔細封裝各個元器件，如果不能在庫里找到的我們自己根據(jù)實際需要，

9、自己創(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，將每個元器件放置在適當?shù)奈蛔樱凑誔CB畫線的原則，以正確，美觀，認真將各個元器件連接起來。PCB圖如附錄三所示。3 交通燈的軟件設計3.1 單片機資源分配由電路原理圖可知，單片機AT89S52的資源分配如下：第9腳RST接復位電路和下載口復位端；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上電或者復位后，在數(shù)碼管上顯示“P.”，此時系統(tǒng)處

10、于等待工作狀態(tài)。在按下開始按鈕后，跳出此模塊，進入正常的工作狀態(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，同時主路上的紅燈亮30S。正常情況下，隨著主程序循環(huán)。當緊急按鈕按下后，控制兩個路口的紅燈同時亮十秒，待緊急時間過去，主動跳出。3.2.3 顯示模塊 該模塊的功能是主路和支路上的時間顯示。當系統(tǒng)開始運行時，同時在主路和支路上顯示60S的倒計時，待60S過后，同時在主路和支路上顯示30S的倒計時，正常情況下，隨著主程

11、序循環(huán)。當按下緊急按鈕之后，同時在主路和支路上顯示10S的倒計時，之后主動跳出。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，送入單片機信號，系統(tǒng)進入緊急狀態(tài)，在數(shù)碼管顯示10S倒計時，同時主路和支路的紅燈都亮。待10S過后，自動跳出。3.2.5 延時模塊 該模塊的功能是為其他各模塊提供延時。不論是數(shù)碼管顯示的延時，紅綠燈亮的延時，黃燈的閃爍，都需要此模塊來提供延時。采用延時子程序，延時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 交通燈設計仿真4.1 仿真原理圖仿真是我

12、們檢測我們的硬件設計和軟件與硬件的結合好壞的重要方法，也能為我們做實物提供保障。我們采用Kiel結合Proteus仿真，仿真電路原理圖如附錄五所示。4.2 仿真結果（1）當開始鍵按下時，數(shù)碼管顯示“P.”。如圖4.1所示。圖4.1 “P.”顯示（2）當按開始按鈕時，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）當緊急按鈕按下時，數(shù)碼顯示管和交通燈均按照計劃工作。如圖4.3所示。圖4.3 緊急情況下顯示5 設計體會及出現(xiàn)的問題5.1 設計體會通過這次對交通燈的設計，我們更加認識了單片機，更加熟悉了對單片機的應用。在這次設計的過程中，從電路原理圖的設計，就透徹的理解

13、了單片機最小系統(tǒng)的構成及其工作原理。從數(shù)碼管的選擇中，懂得了可以采用不同的元器件，只要我們運用相應的程序，就能達到同樣的效果。從三極管的應用中，發(fā)現(xiàn)了理論跟實踐存在的巨大差別。只有實踐才能檢驗所學的理論，才能發(fā)自己對理論認識的誤區(qū)和盲點。在軟件的設計過程中，收獲更大。通過此次設計程序，透徹的明白了每一個指令的應用方法和功能，很好的統(tǒng)一復習了單片機的指令系統(tǒng)。也正是在運用中也發(fā)現(xiàn)了自己對部分指令的錯誤認識和誤區(qū)，在改正錯誤中獲得了收獲。在實驗的基礎上，再一次對keil軟件進行了一次全面的運用，更加熟悉了keil軟件的各項功能。在做實物的過程中，很好的鍛煉了自己的動手能力，同時也提高了自己發(fā)現(xiàn)問題

14、，解決問題的能力。當最終看到自己的成果握在手中時，有一種非常美妙的成就感，也激發(fā)了自己的學習興趣。增強了自信，培養(yǎng)了自己的各個方面的能力。5.2 設計中出現(xiàn)的問題 在本次試驗中，由于理論和實踐經(jīng)驗缺乏，出現(xiàn)了很多問題。首先是先到倒計時的問題，我設計了1秒鐘的子程序，然后再按鍵功能1中調用它，同時在最后3秒鐘閃爍燈，后來發(fā)現(xiàn)這樣根本不能實現(xiàn)燈閃爍一秒，而是兩秒，針對這個問題，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用它。其次出現(xiàn)了按了一個鍵實現(xiàn)了功能不能跳往另外一個鍵功能程序，我就想到了要分別在鍵功能程序里面再調用子程序，這個問題就解決了。最后在應急的時候我只想到了在應急里面循環(huán)，

15、在老師的提點下，我想到了應急之后應該恢復原來的交通秩序，這個就要牽扯到現(xiàn)場的保護和恢復，于是我馬上聯(lián)想到剛學完不久的中斷知識，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;*;設計者：XX;設計日期：2010年12月24日;*;堆棧棧底:7FH;*;LED數(shù)碼管設置：;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

16、分別對應78H-7FH;*;獨立式鍵盤：;八個按鍵S0-S7分別接P1.0-P1.7;*;LED流水燈設置：;八個LED燈LED1-LED8分別接P3.0-P3.7;*;項目名稱：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)顯示四位序號表);TAB(共陽數(shù)碼管字型代碼表);* ;子程序;DELAY（延時10ms子程序）;DL（延時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

17、程序）;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時顯示乙通道黃燈處理 MOVR5, #03MM1: MOVP3, #

19、33HLCL1: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 ;點亮交通燈LCALL KK0LCL2:LCALL KK0JNB P1.0, LCL2 JNB P1.1, LOOP1JNB P1.2, LL2 LJMP LK2LL2: LCALL LOOP2LK2:

20、DEC R3DEC R5 CJNE R5, #05H,MM2M3:MOVR3, #03 MOVR5, #03MM3: MOVP3, #0CCH;等于三秒時甲通道黃燈處理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

21、JNB 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;返回時將原寄存器內容還原MOV R5, 25H;保護現(xiàn)場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DPTR內容 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;*顯示處