單片機課程設(shè)計指導(dǎo)-紅綠燈控制

1、單片機課程設(shè)計指導(dǎo)單片機課程設(shè)計指導(dǎo)設(shè)計內(nèi)容：交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：交通燈控制系統(tǒng)湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣系湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣系2005年年3月月目目 錄錄一、設(shè)計內(nèi)容二、進度安排三、基本要求四、設(shè)計過程 1、設(shè)計要求 2、設(shè)計要點 3、硬件設(shè)計 4、軟件設(shè)計 5、調(diào)試與仿真五、設(shè)計報告六、考核方法一、設(shè)計內(nèi)容一、設(shè)計內(nèi)容 十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 利用單片機的定時器產(chǎn)生秒信號，控制十字路口的紅綠黃燈交替點亮和熄滅，并且用4只LED數(shù)碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。要求能用按鍵設(shè)置兩個方向的通行時間（綠燈點亮的時間）和暫緩?fù)ㄐ袝r間（黃燈點亮的時間），

2、系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。 回目錄二、進度安排二、進度安排 單片機課程設(shè)計共安排2周，合計60學(xué)時，具體分配如下：n實習(xí)動員及準備工作： 2學(xué)時n總體方案設(shè)計： 4學(xué)時n硬件設(shè)計： 6學(xué)時n軟件設(shè)計： 18學(xué)時n軟件調(diào)試： 6學(xué)時n硬件仿真： 6學(xué)時n撰寫設(shè)計報告： 12學(xué)時n答辯與總結(jié)： 6學(xué)時回目錄三、基本要求三、基本要求 1、課程設(shè)計的基本要求、課程設(shè)計的基本要求 單片機課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括：理論設(shè)計、調(diào)試與仿真、撰寫設(shè)計報告等。其中理論設(shè)計又包括選擇總體方案，硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計；硬件設(shè)計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設(shè)計包括模塊化層次結(jié)構(gòu)圖，程序流程圖。程

3、序設(shè)計是課程設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過調(diào)試進一步完善程序設(shè)計，使之達到課題所要求的指標，使理論設(shè)計更接近于實際產(chǎn)品。課程設(shè)計的最后要求是寫出設(shè)計總結(jié)報告，把理論設(shè)計內(nèi)容，調(diào)試的過程及性能指標的測試結(jié)果進行全面的總結(jié)，把實踐內(nèi)容上升到理論高度?；啬夸?2、課程設(shè)計的教學(xué)要求、課程設(shè)計的教學(xué)要求 單片機課程設(shè)計的教學(xué)采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學(xué)生集中到工控網(wǎng)絡(luò)機房進行實訓(xùn)，每人配備一臺PC機、一套DDZH-1型電子/單片機綜合實訓(xùn)箱、相關(guān)的軟件及電子元器件等器材設(shè)備。做到實訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴格考勤制度，在實訓(xùn)期間（兩周）累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到8次以上的學(xué)生，該課程考核按不

4、及格處理。在實訓(xùn)期間需要外出查找資料、購買電子元器件時，必須向指導(dǎo)老師請假，經(jīng)同意后方可外出。 回目錄 課程設(shè)計的任務(wù)相對分散，每5-8名學(xué)生組成一個小組，完成一個課題的設(shè)計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計方法和經(jīng)驗。但每個學(xué)生必須單獨完成設(shè)計任務(wù)，要有完整的設(shè)計資料，獨立撰寫設(shè)計報告，設(shè)計報告雷同率超過50%的課程設(shè)計考核按不及格處理?；啬夸浰?、設(shè)計過程四、設(shè)計過程 1 1、設(shè)計要求、設(shè)計要求 十字交叉路口的交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。南北東西圖1.1 十字路口交通燈控制示意圖回目錄 往南和往北的信號一致，即紅燈（綠燈或

5、黃燈）同時亮或同時熄滅。用兩個數(shù)碼管來顯示被點亮的指示燈還將點亮多久。 往東和往西方向的信號一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個數(shù)碼管來倒計時。當南北方向為綠燈和黃燈時，東西向的紅燈點亮禁止通行；而東西方向為綠燈和黃燈時，南北向的紅燈點亮禁止通行?；啬夸?假設(shè)南北方向為主干道，通行時間為60秒，東西方向是次干道，通行時間為30秒，黃燈點亮的時間均為4秒，則其工作方式如表1.1所示循環(huán)點亮信號燈。南北向東西向表1.1 交通信號燈工作模式綠燈亮60秒黃燈亮4秒紅燈亮64秒紅燈亮34秒綠燈亮30秒黃燈亮4秒回目錄 具體設(shè)計要求如下：具體設(shè)計要求如下： 1、設(shè)計一交通燈控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示

6、，工作方式滿足上述要求。 2、主干道和次干道的通行時間及黃燈點亮的時間可以手動設(shè)置。 3、在沒有手動設(shè)置通行時間時，系統(tǒng)自動按表1.1的模式進行工作。 回目錄2 2、設(shè)計要點、設(shè)計要點(1) (1) 硬件設(shè)計：硬件設(shè)計：1）單片機建議選用AT89C51，它與8051系列單片機全兼容，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。2）LED顯示系統(tǒng)：南北向和東西向各采用2個數(shù)碼管計時，對該方向的指示燈的點亮?xí)r間進行倒計時，最長計時范圍為99秒。設(shè)計時可利用單片機的P0口和P1口作為字段和片選信號輸出，經(jīng)驅(qū)動芯片后驅(qū)動數(shù)碼管顯示倒計時時間，數(shù)碼管采用

7、動態(tài)掃描方式顯示?；啬夸?3）鍵盤系統(tǒng)：設(shè)置3個程序按鍵：設(shè)置鍵、增加鍵、減少鍵，因鍵盤使用頻率很小，建議采用查詢方式來讀取鍵盤。另需配置一個非程序按鍵：系統(tǒng)復(fù)位鍵。 4）電源供電系統(tǒng)：本系統(tǒng)采用220V電源供電，應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的穩(wěn)壓電源電路。但課程設(shè)計受時間限制，也可采用現(xiàn)成的5V直流穩(wěn)壓電源供電，這樣可以節(jié)約設(shè)計時間、簡化設(shè)計過程。 回目錄(2) (2) 本系統(tǒng)的工作流程：本系統(tǒng)的工作流程： 1）接通電源時或系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)按程序給定的時間工作，即南北向通行60秒，東西向通行30秒，黃燈亮4秒，工作模式如表1.1所示。首先南北向通行，然后東西向通行，如此循環(huán)。 2）通行時間的設(shè)置：當需要更改主

8、、次干道的通行時間時，可以用“設(shè)置鍵、增加鍵、減少鍵”進行設(shè)置。 第一次按“設(shè)置鍵”時，南北向的綠燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當前南北向的通行時間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3次），其余的信號指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來 回目錄 改變南北向的通行時間。按一次“增加鍵”或“減少鍵”，數(shù)碼管的顯示時間增加1秒或減小1秒，長按“增加鍵”或“減少鍵”（按下的時間超過1秒鐘以上），則數(shù)碼管顯示的時間按每秒鐘增加或減少10的速度快速變化。 第二次按“設(shè)置鍵”時，南北向的黃燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當前南北向黃燈的點亮?xí)r間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3

9、次），其余的信號指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變南北向黃燈的點亮?xí)r間。 回目錄 第三次按“設(shè)置鍵”時，東西向的綠燈亮，東西向的數(shù)碼管顯示當前東西向的通行時間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變東西向的通行時間。 第四次按“設(shè)置鍵”時，東西向的黃燈亮，東西向的數(shù)碼管顯示當前東西向黃燈的點亮?xí)r間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變東西向黃燈的點亮?xí)r間。 第五次按“設(shè)置鍵”時，系統(tǒng)退出設(shè)置狀態(tài)，回到交通信號燈狀態(tài)，并且南北向先通行，東西向后通行?！霸O(shè)置鍵”的功能如表1.2所示?；啬夸洶础霸O(shè)置鍵”的次數(shù) 調(diào)整

10、內(nèi)容 調(diào)整范圍 第1次南北向的綠燈點亮?xí)r間099秒表表1.2 設(shè)置鍵的功能設(shè)置鍵的功能第2次南北向的黃燈點亮?xí)r間09秒第3次東西向的綠燈點亮?xí)r間099秒第4次東西向的黃燈點亮?xí)r間09秒第5次恢復(fù)交通燈工作狀態(tài)回目錄 (3) (3) 軟件設(shè)計：軟件設(shè)計： 1）系統(tǒng)資源分配：為了便于程序的設(shè)計、閱讀及修改，需要先對系統(tǒng)的存儲器資源進行分配和說明。 2）軟件模塊：根據(jù)上述工作流程和設(shè)計要求，軟件設(shè)計可以分為以下幾個功能模塊： 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秒和1秒的時間定時。 回目錄 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

11、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。 鍵處理程序模塊：分別是“設(shè)置鍵”“增加鍵”“減少鍵”的處理子程序?；啬夸?、硬件設(shè)計、硬件設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，交通燈控制系統(tǒng)的硬件由8位單片機、4個數(shù)碼管及其驅(qū)動電路、12個三色LED指示燈及其驅(qū)動電路、鍵盤（3個程序鍵）、電源電路等組成?？梢詤⒄請D1.2所示的方框圖進行設(shè)計。 硬件設(shè)計的要求：回目錄（1）確定元器件的型號及參數(shù)。（2）用PROTEL畫出完整的原理圖。（3）列出元器件清單。P2.0P2.3P0P3.0P3.2回目錄電源電路電源電路時鐘與復(fù)時鐘與復(fù)位位程序按鍵程序按鍵段驅(qū)動段驅(qū)動位驅(qū)動位驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動P1.0P1

12、.53色色LED指示燈指示燈4位位LED數(shù)碼管數(shù)碼管單片機單片機AT89C51圖圖1.2 交通燈控制系統(tǒng)組成方框圖交通燈控制系統(tǒng)組成方框圖4、軟件設(shè)計、軟件設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要點，軟件設(shè)計首先應(yīng)對系統(tǒng)資源進行進行分配和說明。 為了增加程序的可讀性，理清程序的編寫思路，建 議程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，可按以下9個模塊編寫程序： 回目錄 主程序模塊：主要完成RAM清零，T0定時器的設(shè)置，綠、黃燈的初值設(shè)定，鍵盤查詢以及各子程序的調(diào)用。 定時中斷服務(wù)程序模塊：產(chǎn)生0.1秒和1秒的定時信號，每到了1秒鐘，使南北綠燈(20H)，南北黃燈(21H)，東西綠燈(22H)，東西黃燈(23H)進行遞減計數(shù)。 掃描顯示子程

13、序：為12位LED動態(tài)顯示提供驅(qū)動信號。P0口和P2口為數(shù)碼管提供驅(qū)動信號，P0口為字段口，低電平有效，P2口為字位碼輸出口，高電平有效。顯示緩沖區(qū)30H到34H共4個字節(jié)，33H和32H存放南北顯示的十位與個位數(shù)據(jù)；31H和30H存放東西的十位與個位數(shù)據(jù)。 回目錄 鍵掃描子程序：檢測P3端口，判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，則進行延時去抖動并讀取鍵值存入A中。 鍵值處理子程序：根據(jù)鍵值，轉(zhuǎn)相應(yīng)鍵處理子程序。 設(shè)置鍵處理子程序：設(shè)置鍵是一個多功能鍵，需要對其所按的次數(shù)進行計數(shù)，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段。 加1鍵處理子程序：在按鍵標志位有效的情況下，每按一次加1鍵，對應(yīng)的數(shù)據(jù)作加1處理。長按該鍵（時

14、間超過1秒），則對應(yīng)的數(shù)據(jù)快速增加。 回目錄 減1鍵處理子程序：在按鍵標志位有效的情況下，每按一次減1鍵，對應(yīng)的數(shù)據(jù)作減1處理。長按該鍵（時間超過1秒），則對應(yīng)的數(shù)據(jù)快速減小。 恢復(fù)通行顯示子程序：在設(shè)置通行時間的狀態(tài)下（此時鍵處理標志位0F2H=1），如在30秒鐘內(nèi)沒有按任何按鍵，則自動恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，所作的設(shè)置時間無效。 回目錄 軟件設(shè)計的要求：軟件設(shè)計的要求：（1）用MCS-51匯編語言進行程序設(shè)計。（2）在WAVE或其它編程平臺上進行編輯，并完成編譯。附：參考程序?；啬夸? 5、調(diào)試與仿真、調(diào)試與仿真 程序設(shè)計完畢后，再進行硬件仿真和系統(tǒng)調(diào)試。仿真和調(diào)試在DDZH-1型電子/單片機

15、綜合實訓(xùn)箱上完成。 系統(tǒng)調(diào)試按以下步驟進行：回目錄(1) DDZH-1型電子/單片機綜合實訓(xùn)箱的硬件連接：J1 連J6；J4的1、2、3腳連J7的1、2、3腳。(2) 程序燒錄： 如單片機采用AT89S51，可以用DDZH-1型實驗箱的JC1口（ISP下載）固化程序。用數(shù)據(jù)線將PC機的串口與 (4) 長時間通電試機，檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。回目錄實驗箱的JC1口接連，打開相應(yīng)的程序燒錄軟件（如Zpro等），按要求操作即可。 如單片機采用AT89C51，則須采用專用的程序燒錄器下載程序。(3) 測試系統(tǒng)的性能，不能達到設(shè)計要求時，重新調(diào)整或修改程序，進一步調(diào)試，直到滿足設(shè)計要求。五、設(shè)計報

16、告五、設(shè)計報告 設(shè)計完成后，必須撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范。設(shè)計報告的格式如下： 回目錄 1、封面 2、內(nèi)容提要 3、目錄 4、正文 (1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的 主要功能； (2) 硬件電路設(shè)計及描述； (3) 軟件設(shè)計流程及描述； (4) 源程序代碼（要有注釋）； 5、心得體會 6、參考文獻 回目錄六、考核方法六、考核方法 單片機課程設(shè)計的考核方式為考查，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數(shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間

17、為及格，60分以下為不及格。 考核分三個方面進行：設(shè)計制作 40%；設(shè)計報告 30%；設(shè)計答辯 30%。表1.3是單片機課程設(shè)計的考核成績記錄表。 回目錄表表1.2 單片機課程設(shè)計考核成績記錄表單片機課程設(shè)計考核成績記錄表 姓名班級學(xué)號考核項目設(shè)計制作40分設(shè)計報告30分設(shè)計答辯30分設(shè)計質(zhì)量50%創(chuàng)新設(shè)計50%報告質(zhì)量70%平時成績30%熟練程度80%個人素質(zhì)20%實得分總分考核等級教師簽名回目錄 1 1、設(shè)計制作：、設(shè)計制作：4040分分回目錄（1 1）創(chuàng)新設(shè)計：）創(chuàng)新設(shè)計：50%50% 包括總體設(shè)計方案、硬件系統(tǒng)的設(shè)計、軟件系統(tǒng)的設(shè)計、程序的調(diào)試等。考核時要查看原始設(shè)計資料和相關(guān)記錄，分段進行考核。（2 2）設(shè)計質(zhì)量：）設(shè)計質(zhì)量：50%50% 包括硬件的連接、程序固化、硬件調(diào)試與仿真。要求元器件布局合理，連線規(guī)范、整潔、牢固，硬件仿真符合設(shè)計要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 2 2、設(shè)計報告：、設(shè)計報告：3030分分回目錄（1 1）設(shè)計報告的完成質(zhì)量：）設(shè)計報告的完成質(zhì)量：70%70% 設(shè)計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）