單片機(jī)交通信號(hào)燈

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)目錄1前言12 設(shè)計(jì)目的作用23 設(shè)計(jì)要求24 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)24.1 設(shè)計(jì)原理24.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)34.2.1 晶振電路分析34.2.2 復(fù)位電路分析44.2.3 按鍵電路的分析54.2.4 數(shù)碼管電路分析64.2.5 蜂鳴電路分析64.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)74.3.1 程序流程圖74.3.2 C 語(yǔ)言程序編碼84.3.3 數(shù)字倒計(jì)時(shí)器仿真圖105 設(shè)計(jì)心得10參考文獻(xiàn)11附錄12第 I 頁(yè) 共 I 頁(yè)1 前 言51系列單片機(jī)屬于總線型單片機(jī)，具有硬件架構(gòu)完整、功能強(qiáng)大、技術(shù)成熟、通用性強(qiáng)、可外部擴(kuò)展、配套芯片齊全、集成開發(fā)環(huán)境好、實(shí)用子程序豐富以及價(jià)格低廉等一系列優(yōu)

2、點(diǎn)，無(wú)論是實(shí)際工程應(yīng)用，還是學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及其應(yīng)用技術(shù)，51系列單片機(jī)都是理想的選擇。在社會(huì)生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)和單片機(jī)扯上關(guān)系。無(wú)論是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，還是從空中、地面到地下，凡是能想到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求，并且達(dá)到許多與人方便的操作。盡管現(xiàn)在單片機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。因此，單片機(jī)的應(yīng)用依然大有想象和拓展空間。本次設(shè)計(jì)采用的是總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，總線型結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可以減少不同之間信息傳送線的條數(shù)，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機(jī)的可靠性。采用總線結(jié)構(gòu)以后，存儲(chǔ)器、輸入輸出等外部設(shè)備都通過(guò)專門的接口電路

3、獨(dú)立的掛在總線上，因而使得單片機(jī)可擴(kuò)充能力強(qiáng)，使用方便靈活。另外，還可根據(jù)不同的需要增加存儲(chǔ)器的容量或增添外部設(shè)備，也可以根據(jù)不同的需要組成各種專用的單片機(jī)，例如專用教學(xué)機(jī)等。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等4。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須有模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過(guò)軟件（編程）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控

4、制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。本論文第一章介紹了本次倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)方案和開發(fā)意義；第二章對(duì)MCS-51單片機(jī)的部分基本原理和接口技術(shù)進(jìn)行了闡述，其中大部分都是本次設(shè)計(jì)需要用到，比如中斷原理、定時(shí)器等；最后一章介紹了本次倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)，以及Keil uVision3軟件系統(tǒng)調(diào)試的步驟和方法，以完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第 16 頁(yè) 共 12頁(yè)2 設(shè)計(jì)目的作用1、掌握單片機(jī)的工作原理；2、能夠進(jìn)行單片機(jī)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括電源模塊、復(fù)位模塊鍵盤模塊及相應(yīng)控制模塊的設(shè)計(jì)；3、掌握單片機(jī)的指令系統(tǒng)及程序的編制結(jié)構(gòu)能夠?qū)唧w設(shè)計(jì)要求編寫相應(yīng)的控制程序。4、能夠根據(jù)相應(yīng)的

5、控制要求選擇外圍器件實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。5、學(xué)習(xí)proteus仿真軟件。3 設(shè)計(jì)要求利用51單片機(jī)設(shè)計(jì)一倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)，要求能夠進(jìn)行鍵盤設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并能夠顯示剩余時(shí)間，并在計(jì)時(shí)剩余60秒時(shí)開始閃爍計(jì)時(shí)，一旦計(jì)時(shí)結(jié)束，報(bào)警提示。具體要求如下：1、設(shè)計(jì)單片機(jī)工作電源模塊及其復(fù)位電路；2、顯示模塊：包括6個(gè)LED，其中兩個(gè)顯示小時(shí)，兩個(gè)顯示分，兩個(gè)顯示秒；3、鍵盤模塊：通過(guò)鍵盤能設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并帶有開始按鈕和取消按鈕，設(shè)置完倒計(jì)時(shí)時(shí)間后按壓開始按鈕則倒計(jì)時(shí)時(shí)間，按壓取消則不進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；4、繪制控制軟件流程圖；5、編寫相應(yīng)的控制程序；6、利用proteus進(jìn)行仿真；4 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)4.1 設(shè)計(jì)原理（1）

6、LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器主要由AT89C51單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵電路、數(shù)碼管電路、蜂鳴電路組成（如圖4.1）。數(shù)碼管電路晶振電路AT89C51復(fù)位電路蜂鳴電路按鍵電路圖4.1 LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 晶振電路的分析a.晶振電路原理：晶振是通過(guò)電激勵(lì)來(lái)產(chǎn)生固定頻率的機(jī)械振動(dòng)，而振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生電流反饋給電路，電路接到反饋 后進(jìn)行信號(hào)放大，再次用放大的電信號(hào)來(lái)激勵(lì)晶振機(jī)械振動(dòng)，晶振再將振動(dòng)產(chǎn)生的電流反饋給電路，如此這般。當(dāng)電路中的激勵(lì)電信號(hào)和晶振的標(biāo)稱頻率相同時(shí)，電 路就能輸出信號(hào)強(qiáng)大，頻率穩(wěn)定的正弦波。整形電路再將正弦波變成方波送到數(shù)字電路中供其使用。b.晶振

7、電路的特點(diǎn)：晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為Crystal，晶振分為有源晶振和無(wú)源晶振兩種，其作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問(wèn)題。由于制造工藝不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好，已不容易出現(xiàn)故障，但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量。圖4.2振晶電路原理圖4.2.2 復(fù)位電路的分析a.復(fù)位電路原理系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源

8、開關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能，但解決不了電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問(wèn)題，而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時(shí)會(huì)令驅(qū)動(dòng)能力變差。左邊的電路為高電平復(fù)位有效，右邊為低電平有效， 復(fù)位按鍵為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。b.復(fù)位電路的作用：復(fù)位電路是為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.755.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)

9、位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。圖4.3復(fù)位電路原理圖4.2.3 按鍵電路的分析a.按鍵電路的原理：按鍵B1/B2/B3/B4斷開時(shí)，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3輸入為高電平；按鍵B1/B2/B3/B4閉合后，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3輸入為低電平。每按一次按鍵，就會(huì)有一次低電平，單片機(jī)就會(huì)對(duì)低電平計(jì)數(shù)，從而來(lái)調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間。由于按鈕是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，會(huì)有抖動(dòng)動(dòng)，這種抖動(dòng)對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，是完全能感應(yīng)到的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級(jí)，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)。你只按了一次按鈕，可是計(jì)算機(jī)卻已執(zhí)行了多次中斷的過(guò)程，如果執(zhí)行的次數(shù)正好是奇數(shù)次，那么

10、結(jié)果正如你所料，如果執(zhí)行的次數(shù)是偶數(shù)次，那就不對(duì)了，所以必須運(yùn)用延時(shí)程序消除按鍵的抖動(dòng)。b.按鍵電路的作用：每次復(fù)位之后，三個(gè)兩位數(shù)碼管全部都會(huì)顯示為0，而與P1.0相接的按鈕B1，每次按下一次，就會(huì)產(chǎn)生一次低電平，單片機(jī)就會(huì)計(jì)數(shù)一次，從而調(diào)節(jié)倒計(jì)時(shí)的小時(shí)時(shí)間，B2則調(diào)節(jié)分鐘，B3則調(diào)節(jié)秒鐘，與這三個(gè)按鍵分別控制數(shù)碼管的顯示倒計(jì)時(shí)的小時(shí)、分鐘、秒。與這三個(gè)按鍵不同的是，按鍵B3的作用是開始倒計(jì)時(shí)。這些按鍵的功能都是通過(guò)編程來(lái)控制的。圖4.4按鍵電路原理圖4.2.4 數(shù)碼管電路的分析a.數(shù)碼管電路的組成：1六位數(shù)碼管：分別顯示小時(shí),分鐘和秒鐘。2含有八個(gè)電阻帶電源的排阻：分別與三個(gè)數(shù)字顯示的數(shù)碼

11、管并聯(lián)，電源給數(shù)碼管提供電壓，電阻的作用是保護(hù)數(shù)碼管不被燒壞。3將PO口的八位與數(shù)碼管和排阻連載一起的導(dǎo)線，將P2口的六位分別與六位數(shù)碼管的六個(gè)位選引腳接在一起。b.數(shù)碼管電路的原理：7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡(jiǎn)單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管。圖4.5 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段LED和引腳分布4.2.5 蜂鳴

12、電路的分析a.蜂鳴電路的組成：兩個(gè)阻值為一千歐姆的電阻，一個(gè)阻值為100歐姆的電阻，一個(gè)蜂鳴器，一個(gè)三極管，一個(gè)接地，以及導(dǎo)線。b.蜂鳴電路的原理：蜂鳴電路是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在程序上，可以使用TIMER0 來(lái)定時(shí)，將TIMER0 的預(yù)分頻設(shè)置為/1，選擇TIMER0 的始終為系統(tǒng)時(shí)鐘(主振蕩器時(shí)鐘/4)，通過(guò)按鍵可以在TIMER0 的載入/計(jì)數(shù)寄存器內(nèi)調(diào)節(jié)設(shè)置時(shí)間，就能將TIMER0 的中斷設(shè)置設(shè)置為倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)需要I/O 口驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器鳴叫時(shí)，只需要在進(jìn)入TIMER0 中斷的時(shí)候?qū)υ?I/O 口的電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時(shí)候，將I/O

13、口的電平設(shè)置為低電平即可。不鳴叫時(shí)將I/O 口的輸出電平設(shè)置為低電平是為了防止漏電。圖4.6蜂鳴電路原理圖4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.3.1 LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器的程序流程圖圖4.7LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器流程圖4.3.2 LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器的C語(yǔ)言程序編碼#include sbit kh=P10;sbit km=P11;sbit ks=P12; sbit st=P13; sbit b=P37; unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; unsigne

14、d char i=0,hour=0,minute=0,second=0; void delayms(unsigned int x) unsigned char a=160; while(x-) while(a-); a=160; main() TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TMOD=1; TR0=0; ET0=1; EA=1; while(1) P0=tablehour/10; P2=0x20; delayms(1); P2=0xff; P0=tablehour%10; P2=0x10; delayms(1); P2=0xff; P

15、0=tableminute/10; P2=0x08; delayms(1); P2=0xff; P0=tableminute%10; P2=0x04; delayms(1); P2=0xff;P0=tablesecond/10; P2=0x02; delayms(1); P2=0xff; P0=tablesecond%10; P2=0x01; delayms(1); P2=0xff; if(!kh) delayms(200); hour+; if(hour23)hour=23; else if(!km) delayms(200); minute+; if(minute59) minute=59

16、; else if(!ks) delayms(200); second+; if(second59) second=59; if(!st) delayms(200); TR0=1; if(TR0=1&hour=0&minute=0&second=20) i=0; second-; if(second59) second=59;minute-; if(minute59) minute=59; hour-; if(hour23) hour=0; minute=0; second=0; TR0=0; 4.3.3 LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器仿真圖圖4.8 LED數(shù)字倒計(jì)時(shí)器仿真圖5 設(shè)計(jì)心得關(guān)于這次課程設(shè)計(jì)，

17、我們花費(fèi)了比較多的心思，既是對(duì)課程理論內(nèi)容的一次復(fù)習(xí)和鞏固，還讓我們豐富了更多與該專業(yè)相關(guān)的其他知識(shí)，比如軟件應(yīng)用等。在這次實(shí)驗(yàn)中遇到的具體的問(wèn)題：在proteus中設(shè)計(jì)好原理圖，并運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，數(shù)字倒計(jì)時(shí)器的復(fù)位功能無(wú)效，經(jīng)過(guò)與組員之間的反復(fù)討論和檢驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)所在：復(fù)位電路的線路連接錯(cuò)誤，其中兩條線路交叉，中間少一個(gè)節(jié)點(diǎn)。除了對(duì)此次設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作之外，我們還學(xué)到了很多平時(shí)難得的東西，首先是團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在這次設(shè)計(jì)當(dāng)中，難免和同學(xué)產(chǎn)生觀點(diǎn)和意見的分歧，以及分工明細(xì)、時(shí)間安排等不合理，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們體會(huì)到了團(tuán)結(jié)合作的重要性及力量之強(qiáng)大，還有讓我們處理事情更加有條理，思路更加清晰明了了，發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問(wèn)題和實(shí)踐能力的提高都將受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。從這課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣用你c語(yǔ)言編程來(lái)控制單片機(jī)，這是以前沒(méi)學(xué)到的東西，此外，還要查閱許多的資料來(lái)填補(bǔ)知識(shí)的空缺，比如說(shuō)軟件的使用等。最后老師的提問(wèn)讓我們對(duì)單片機(jī)有了更為深入、更加清晰的了解。參考文獻(xiàn)【1】李朝青 單片機(jī)原理及接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社，2005年【2】李群芳 肖看 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用。清華