單片機(jī)課程交通燈設(shè)計報告模板

1、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)作品設(shè)計報告單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)作品設(shè)計報告 專 業(yè)： 自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 完成日期：2013 年 12 月 12 日目錄1 設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo)設(shè)計任務(wù)和性能指標(biāo).11.1 設(shè)計任務(wù).12 設(shè)計方案設(shè)計方案.12.1 任務(wù)分析.42.2 方案設(shè)計.43 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.53.1 時鐘的電路設(shè)計.53.2 復(fù)位電路設(shè)計.53.3 燈控電路設(shè)計.53.4 倒計時電路設(shè)計.63.5 按鍵控制電路設(shè)計.74 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.84.1 1 秒定時 .84.2 定時程序流程.8 4.3 交通燈的設(shè)計流程圖.9 4.4 定時器 0 與中斷

2、響應(yīng).105 仿真仿真及性能分析及性能分析.85.1 仿真結(jié)果圖.115.2 仿真結(jié)果與分析.126 心得體會心得體會.13參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).14附錄附錄 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖.15附錄附錄 2 系統(tǒng)系統(tǒng) PCB 圖圖.16附錄附錄 3 程序清單程序清單.171 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 利用單片機(jī)完成交通信號燈控制器的設(shè)計，該交通信號燈控制器由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈。如圖 5.1 所示。設(shè)東西向為主干道，南北為支干道

3、。圖 5.1 交通燈示意圖1. 基本要求（1）主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。（2）主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行 30 秒，支干道每次放行 20 秒，設(shè)立 30 秒、20 秒計時、顯示電路。（3）在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮 5 秒黃燈作為過渡。黃燈亮?xí)r，原紅燈按 1Hz 的頻率閃爍。（4）要求主支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在 099 秒內(nèi)任意設(shè)置。2. 選做（1）可設(shè)置緊急按鈕，在出現(xiàn)緊急情況時可由交警手動實現(xiàn)全路口車輛禁行而行人通行狀態(tài)，即主干道和支干道均為紅燈亮。（2

4、）實現(xiàn)綠波帶。所謂綠波帶 ，是指在一定路段，只要按照規(guī)定時速，就能一路綠燈暢行無阻。 “綠波帶”將根據(jù)道路車輛行駛的速度和路口間的距離，自動設(shè)置信號燈的點亮?xí)r間差，以保證車輛從遇到第一個綠燈開始，只要按照規(guī)定速度行駛，之后遇到的信號燈將全是綠燈。南北東西2 設(shè)計方案設(shè)計方案2.1 任務(wù)分析任務(wù)分析模擬交通燈控制器就是使用單片機(jī)來控制一些 LED 和數(shù)碼管，模擬真實交通燈的功能。紅、黃、綠交替閃亮，倒計數(shù)顯示時間等，用于管理十字路口的車輛及行人交通，計時牌顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間等。2.2 方案設(shè)計方案設(shè)計1.硬件方案根據(jù)設(shè)計的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖 5.2 所示。單單片片機(jī)機(jī)鍵鍵盤盤

5、LED顯顯示示三三色色指指示示燈燈圖 5.2 系統(tǒng)的硬件原理框圖單片機(jī)可選用 AT89C51，它與 8051 系列單片機(jī)全兼容，但其內(nèi)部帶有 4KB 的 FLASH ROM，設(shè)計時無需外接程序存儲器，為設(shè)計和調(diào)試帶來極大的方便。南北向和東西向各采用 2 個數(shù)碼管計時，同時需要對該方向的指示燈的點亮?xí)r間進(jìn)行倒計時。鍵盤系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)置不同的鍵的個數(shù)，可以選擇線式鍵盤或矩陣式鍵盤，若單片機(jī)的 IO 口不夠用時，可以考慮擴(kuò)展 8255或 8155 滿足系統(tǒng)的要求。2. 軟件方案 根據(jù)設(shè)計要求，程序框圖如圖 5.3 所示。軟件可由匯編語言完成，也可由 C語言完成。軟件設(shè)計可以分為以下幾個功能

6、模塊：主程序：初始化及鍵盤監(jiān)控。計時程序模塊：為定時器的中斷服務(wù)子程序，完成 0.1 秒（或其他時間）和 1 秒的時間定時。 顯示程序模塊：完成 12 個發(fā)光二極管（實際上只需驅(qū)動 6 個）和4 個 LED 數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。鍵盤掃描程序模塊：判斷是否有鍵按下，并求取鍵號。主程序流程圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 時鐘電路設(shè)計時鐘電路設(shè)計 如上圖所示，采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式，在XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自擊震蕩。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入片內(nèi)定時控制部件。3.2 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路設(shè)計 如上圖所示，采用上電+按鈕電平復(fù)位方式，當(dāng)按下按鈕時，R

7、ST 管腳高電平觸發(fā)。為保證復(fù)位可靠，RC 時間常數(shù)應(yīng)大于兩個機(jī)器周期，電容取33uf，電阻取200 歐。3.3 燈控制電路設(shè)計燈控制電路設(shè)計 如上圖所示，交通燈狀態(tài)顯示電路由東西南北四個方向各三個LED燈組成，分別顯示四個方向上紅、黃、綠三個狀態(tài)，用以指示十字路口各方向車輛的行駛。通過軟件編程，可使路口交通變化情況為:南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，主干道每次通行時間都設(shè)為30 秒、支干道每次通行時間為20 秒；在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5 秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；黃燈亮?xí)r每秒閃亮一次。3.4 倒計時顯示電路設(shè)計倒計時顯示電路設(shè)計如上圖所示，由

8、兩個個共陰極兩位數(shù)碼管來實現(xiàn)倒計時。由于P0 口輸出電流小，需外接上拉電阻，C1、C2 端接到P1 口的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口用單片機(jī)來控制其片選。3.5 按鍵控制電路設(shè)計按鍵控制電路設(shè)計 如上圖所示，開關(guān)控制由五個連接到單片機(jī)的控制按鈕組成。通過軟件編程，按下K3 鍵電路進(jìn)入外部中斷0 響應(yīng)，此時，可通過按鍵K1 和和K0 設(shè)置通行時間，每按一次K1 鍵南北通行時間增加一秒，而按下K0 鍵東西通行時間增加一秒，此時若按下K4 鍵東西南北的通行狀況返回到初次設(shè)的狀況（即南北通行） ，重新返回循環(huán)狀態(tài)；按下按鍵K2，這是對緊急狀況的控制，此時停止計數(shù)，東西方向和南北方向都不通

9、行，如果K4 鍵按下，返回緊急狀況的狀態(tài)，并重啟計數(shù)；按鍵K1 按下，控制南北方向通行；按鍵K0 按下，控制東西方向通行。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 1S 定時定時以在系統(tǒng)中要實現(xiàn)準(zhǔn)確的1s定時。采用89C51內(nèi)部的定時計數(shù)器T0，工作在方式1，定時時間計算公式為：z(216-計數(shù)初值)晶振周期x12或扛(2-6-計數(shù)初值)機(jī)器周期其最大定時時間為131ms，離ls還差很遠(yuǎn)。因此把秒計時用硬件和軟件計數(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)。即把定時器的定時時間定為125ms，這樣計數(shù)溢出8次就可得到h而8次計數(shù)可用軟件方法實現(xiàn)。為得到125ms定時，設(shè)計數(shù)初值為工，則有(216_X)x2=125 000從

10、上式計算得到計數(shù)初值。定時器定時采用中斷方式完成以便于通過中斷服務(wù)程序進(jìn)行溢出次數(shù)(每次125ms)的累計，計滿8次即得到ls計時。4.2 定時程序流程定時程序流程(1)To定時主程序流程定時主程序的主要功能是進(jìn)行定時器，計數(shù)器的初始化編程，然后通過反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法，等待125ms定時中斷的到來。(2)死定時中斷服務(wù)程序流程中斷服務(wù)程序的主要功能是進(jìn)行計時操作。程序先判斷計數(shù)溢出是否滿了8次。不滿8次表明還沒達(dá)到最小計時單位秒中斷返回；如滿8次則表明已達(dá)到最小計時單位秒程序繼續(xù)向下執(zhí)行進(jìn)行計時操作。 4.3 交通燈的設(shè)計流程圖交通燈的設(shè)計流程圖4.4 定時器定時器 0 及中斷響應(yīng)及中斷

11、響應(yīng)5 仿真與性能分析仿真與性能分析5.1 仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果圖5.2 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 當(dāng)交通燈上電復(fù)位后，數(shù)碼管顯示 p。當(dāng)按下開始鍵 k1 后，南北方向開始亮綠燈，東西方向亮紅燈。顯示器開始倒計時。當(dāng)按下結(jié)束鍵 k2 后，顯示器重新顯示 p，并且南北東西的方向全滅。 6 心得體會心得體會 這次單片機(jī)課程設(shè)計歷時三個星期的時間，在這三個星期里我們體驗了從設(shè)計、畫板、編程、焊板到調(diào)試的整個過程，讓我們小小的體驗了一次工程師的感覺。 起初我們先到圖書館和網(wǎng)上查閱了大量有關(guān)超聲波測距儀的資料，然后開始設(shè)計我們自己的方案，為了設(shè)計精度要求和抱著學(xué)習(xí)新知識的想法，我們選擇則了從沒接觸過的 DS18B

12、20 和 LCD1602 液晶芯片，雖然我們并沒把這兩個芯片的應(yīng)用原理研究的很透徹，但基本的應(yīng)用編程是可以實現(xiàn)的，說實話整天抱著電腦查資料、看資料是一件很痛苦的事情，一天下來眼都花了，但每學(xué)會一點新知識還是挺高興的，有的時候想要的資料查不到我們就向老師求助，他們都會毫無保留的幫助我們。 設(shè)計完電路以后我們便開始畫 PCB 板，這是我們上學(xué)期學(xué)習(xí)的一門課程，趁著這次機(jī)會也讓我們又將這部分只是復(fù)習(xí)了一下，并將其應(yīng)用于實際，終于發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)的知識和實際有點聯(lián)系了，也對其產(chǎn)生了一點興趣。不過我們學(xué)得并不全面，只能說是引路用的，所以在實際當(dāng)中我們還要再加深一下學(xué)習(xí)，這也是我們獲得新知識的一個地方。畫板時

13、需要注意的地方很多，比如封裝要根據(jù)實際器件的尺寸來設(shè)計孔的大小，間距也要符合要求，布線時線寬與線距也有一定講究，部件擺放要按一定規(guī)律等等。 這三周的時間說輕松也不輕松，說緊張卻稍帶著愉快的氣氛，整個過程應(yīng)該是充實的，時而驚喜，時而煩悶特別是最后調(diào)試階段有一塊調(diào)通了都會讓我們高興不已，當(dāng)卡在某處時也確實是讓人抓狂。總之通過這次課設(shè)，我們不但復(fù)習(xí)了過去所學(xué)，并且學(xué)到了一些新東西。更重要的是通過這一次切身實踐，才使我們真正將理論與實際結(jié)合起來，并且遇到了很多實實在在的需要我們親自解決的問題。通過解決這些問題，我們處理實際問題的能力有了很大提高，積累了我們的實踐經(jīng)驗，以便為以后打下牢固的基礎(chǔ)。而這些才

14、是我們作為一名工科學(xué)生最寶貴的財富。參考文獻(xiàn)1 郭天祥.新概念 51 單片機(jī) C 語言教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2009.2 胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京: 清華大學(xué)大學(xué)出版社,2004.1-505.3 邢國泉. LM35 溫度傳感器的溫度特性及其應(yīng)用J. 醫(yī)療設(shè)備信息.2007,11,25-28.4 薛國紅,趙修斌,盧艷娥等.零漂與增益控制對量化的影響分析J.西安：空軍工程大學(xué),2008.5 馬忠梅，劉濱等. 單片機(jī) C 語言 Windows 環(huán)境編程寶典M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社. 2003.附錄附錄 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖附錄附錄 2 系統(tǒng)系統(tǒng) PCB 圖圖附錄附

15、錄 3 程序清單程序清單#include#define unit unsigned int#define uchar unsigned charuchar codea10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;uchar code b4=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7;uchar code c4=0 xcc,0 xd4,0 x78,0 xb8;uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5;uchar i,k=0,cnt=0,j=0;sbit K0=P35;sbit K1=

16、P36;sbit K4=P37;sbit K3=P32;sbit K2=P33;void delay(uchar t);void key();void display();void settime();void init(void)TMOD=0 x01;TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;IT0=1;ET0=1;TR0=1;EA=1;EX0=1;EX1=1;P2=ck;void int0(void) interrupt 0EA=1;P2=0 xd8;for(;)settime();if(K1=0)delay(40);if(K1=0)while(!K1)settime();NBG+;if(N

17、BG=100)NBG=0;if(K0=0)delay(40);if(K0=0)while(!K0)settime();DXG+;if(DXG=100)DXG=0;if(K4=0)delay(40);if(K4=0)while(!K4)k=0;P2=ck;NB=NBG,DX=NBG+H;display();EA=1;break;void int1(void) interrupt 2EA=0;TR0=!TR0;for(;)P2=0 xdb,P0=a0;P1=0 xfe;delay(20);P1=0 xfd;delay(20);P1=0 xfb;delay(20);P1=0 xf7;delay(20);if(K4=0)delay(20);EA=1;P2=ck;TR0=!TR0;break;void time1(void) interrupt 1TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;cnt+;if(cnt=20)NB-;DX-;cnt=0;if(NB=0|DX=0)k+;if(k3)k=0;switch(k)case 0:NB=NBG,DX