大工16秋《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院單片機(jī)原理及應(yīng)用大作業(yè) 題 目： 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)中心： 浙江工商奧鵬學(xué)習(xí)中心 層 次： 高中起點?？?專 業(yè)： 機(jī)械制造與自動化 年 級： 2015年 秋 季 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 石洪武 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計目 錄摘 要11.設(shè)計任務(wù)與要求12.系統(tǒng)硬件設(shè)計23.系統(tǒng)軟件設(shè)計54. Proteus軟件仿真65.設(shè)計心得7交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要自從1858年英國人發(fā)明了原始的機(jī)械扳手交通燈之后，隨后的一百多年里，交通燈改變了交通路況，也在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了重要地位，隨著人們社會活動日益增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈更加顯示出了它的功能，使得交

2、通得到有效管制，對于交通疏導(dǎo)，提高道路導(dǎo)通能力，減少交通事故有顯著的效果。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，電子器件也隨之廣泛應(yīng)用，其中單片機(jī)也不斷深入人民的生活當(dāng)中。本模擬交通燈系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89C51作為核心元件，實現(xiàn)了通過信號燈對路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時間不合理、急車強(qiáng)通等問題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點，有廣泛的應(yīng)用前景。本模擬系統(tǒng)由單片機(jī)硬/軟件系統(tǒng)，兩位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)等組成，較好的模擬了交通路面的控制。關(guān)鍵詞：交通燈 單片機(jī) 數(shù)碼管 LED燈1.設(shè)計任務(wù)與要求東西、南北兩干道交于十字路口，各

3、干道有一組紅、綠、黃三個指示燈，指揮車輛和行人安全通行。東西方向為主干道，通行時間為40秒；南北方向為支干道，通行時間為30秒。通行時間最后3秒，綠燈滅，黃燈閃爍，黃燈閃爍完畢變更通行車道。通行時間由數(shù)字顯示器顯示，黃燈3秒閃爍不單另計時。2.系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)上面的功能要求，硬件系統(tǒng)主要有單片機(jī)模塊、指示燈模塊和倒計時顯示模塊。各模塊選擇如下：（1）單片機(jī)模塊主控芯片采用AT89C51單片機(jī)，其管腳圖如圖所示。圖1 AT89C51引腳圖AT89C51是AT89C5X系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(

4、RAM)、定時/計數(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。中央處理器(CPU)是整個單片機(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。AT89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 AT89C51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程

5、序，原始數(shù)據(jù)或表格。AT89C51有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。AT89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。AT89C51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該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。AT89C51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。AT89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時序，但AT89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。本設(shè)計中，使單片機(jī)運(yùn)

6、行在最小系統(tǒng)。時鐘電路由兩個20nF的微調(diào)電容和一個晶振組成。AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用12Hz的振蕩器，機(jī)器周期為1us。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與電源接通實現(xiàn)，如下圖2所示。 圖2 AT89C51最小系統(tǒng)（2）指示燈模塊設(shè)計電路中每個路口的控制信號燈應(yīng)有三個，即紅燈、黃燈、綠燈各一個。因此，本電路的設(shè)計中應(yīng)用到紅燈、黃燈、綠燈個四個。同一方向

7、的兩個路口的同一顏色指示燈是同時亮滅，為簡化電路，可讓這兩個燈接同一引腳。這樣可用P1口控制所有的指示燈。為簡化設(shè)計，信號燈不采用當(dāng)個的發(fā)光二極管，而采用現(xiàn)用的交通燈組件。該組件及其與單片機(jī)引腳的接法如下：東西方向南北方向指示燈紅燈綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈引腳P1.3P1.4P1.5P0.0P1.1P1.2 圖3 指示燈及其接線引腳（3）倒計時顯示模塊由于黃燈3秒閃爍時間不單另計時，四個路口的倒計時是同步的。兩位的倒計時采用兩個四位的七段數(shù)碼顯示管。傳統(tǒng)的共陽極或共陰極的數(shù)碼管其顯示輸入需要為段碼，這樣就使得電路相對復(fù)雜和繁瑣。對于相同的功能在成本相差不大的情況下，本設(shè)計中使用的自帶BCD譯碼電路

8、的LED顯示器，其主要特點是采用四線BCD碼輸入，使用時直接輸入BCD碼 即可顯示相應(yīng)的數(shù)字，使得電路大大簡化。設(shè)計時，把P0口當(dāng)做BCD碼輸出端口，連接到LED顯示器上，這樣可把BCD碼直接轉(zhuǎn)換成可顯示的數(shù)字。圖4 倒計時顯示模塊3.系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的主程序流程如下：圖5 主程序流程圖開機(jī)上電便處于正常運(yùn)行狀態(tài)，東西方向通行40秒后變?yōu)槟媳狈较蛲ㄐ?0秒，如此70秒循環(huán)一次，使得東西方向和南北方向交替通行。顯示系統(tǒng)則顯示到下一次改變通行方向所剩的時間，利于司機(jī)調(diào)整車輛狀況。每到通行方向轉(zhuǎn)換時，正在通行的方向綠燈熄滅，變?yōu)辄S燈閃爍，提醒司機(jī)注意通行方向的改變，避免不必要的危險。延時方法可以有

9、兩種，一種是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。本程序的倒計時采用軟件延時?？偝绦蛞姼戒?。4. Proteus軟件仿真在此次設(shè)計中，用Proteus對硬件部分進(jìn)行模式。在Proteus中輸入原理圖后，在單片機(jī)中載入?yún)R編程序生成的hex文件，運(yùn)行仿真，結(jié)果如下：圖6 東西方向通行仿真結(jié)果圖7 東西方向黃燈閃爍仿真結(jié)果圖8 南北方向通行仿真結(jié)果5.設(shè)計心得單片機(jī)作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在開始學(xué)習(xí)時我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些程序指令枯燥乏味，但在這次課程設(shè)計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片機(jī)的興趣也在逐漸增加。在設(shè)計中，我對單片機(jī)系統(tǒng)有了一個更深刻的認(rèn)識。同時通過此次課程設(shè)計，熟練掌握了匯編語言的編程方法，進(jìn)一步熟悉了外部中斷的使用方法。通過使用仿真軟件Proteus，深化了對軟硬件聯(lián)合調(diào)試的意義的理解，在仿真的過程中老師指點了許多存在的問題，使我大大提高了聯(lián)調(diào)的效率。最后，我覺得作為一名機(jī)械制造與自動化的學(xué)生，單片機(jī)的課程設(shè)計是很有意義的，在這個過程中可以學(xué)會如何把自己平時所學(xué)的東西應(yīng)用到實際中。雖然我對這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得有點難，但是靠著這兩個多星期的學(xué)習(xí)突擊，自己開始主動學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認(rèn)為