單片機(jī)交通燈實(shí)訓(xùn)報(bào)告

機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 系部： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間：報(bào)告成績： 目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 二、 方案設(shè)計(jì)與論證 三、 硬件電路設(shè)計(jì)1） 單片機(jī)模塊 2） 時(shí)鐘震蕩電路 3） 復(fù)位電路 四、 軟件設(shè)計(jì) 程序 五、 仿真過程與仿真結(jié)果 軟件仿真 六、 安裝與調(diào)試 硬件調(diào)試 七、 原理圖與PCB圖 八、 結(jié)論與心得 九、 參考文獻(xiàn) 交通燈設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)基本要求：（1） 車輛通行繁忙的十字交叉路口，設(shè)計(jì)一交通燈控制器，設(shè)東西方向通行時(shí)間為40秒，當(dāng)剩余3秒時(shí)黃燈亮，南北方向通行時(shí)間為25秒，當(dāng)剩余3秒時(shí)黃燈亮。（2） 東西、南北方向各用三個(gè)（綠、黃、紅）LED表示，并用數(shù)碼管顯示東西、南北方向的剩余時(shí)間。（3） 可利用按鍵修改時(shí)間參數(shù)。二、 方案設(shè)計(jì)與論證1電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。綜上所述，我們選擇第二種方案。2顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三:采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣LED相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。3輸入方案：題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：方案一：采用8155擴(kuò)展I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口，但操作起來稍顯復(fù)雜。方案二：直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個(gè)按鍵，分別是K1、K2、K3、K4。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。三、硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)中的一個(gè)定時(shí)器完成了交通指示燈的所有切換過程，該系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際車流量的情況進(jìn)行東西和南北方向的切換，采用點(diǎn)亮發(fā)光二極管模擬交通燈的實(shí)際情況。該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)，操作簡單，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。1.單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快，單片機(jī)最小系統(tǒng)。或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)。是指用最少原件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對51系列單片機(jī)來說。最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等。1）單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成以下功能：輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，驅(qū)動發(fā)光二極管的顯示等功能，根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)實(shí)的考慮，選用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52RC通用單片機(jī)，STC89C52RC是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)，該器件采用高密度非意失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中。它是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案，與Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)相兼容，是廣泛應(yīng)用的單片機(jī)之一。1 yt—?秘咐!四y u—4 11-3ru.XAiJJr6 撻—代旬如71 uE*1J如邸，V -技Ar化心％iuSIGX9C52冷ALGP齡ii Z—F^-ILN13 24(—r：.-{MjLii14 Vrz.oi/^DnjM 嘴一r?.<lADD}部 15一17 N—1}l-A. b—?P?.算凡1】響N —■F2.K.MW)網(wǎng) —pa知Mi—v煲]*-|.3SU.K.FL7RXDPMTX￡>3IWDF化INTIIPJUTPTVTlPJJ—~u5lrp^.fi—MJTS7—Mli^l!—XTA11—.ND一n.4\<dSLPL5—MISOPLiiP3.0：RXD,串行通信輸入P3.1：TXD,串行通信輸出P3.2：INT0，外部中斷0輸入P3.3：INT1，外部中斷1輸入P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入P3.6:WR:外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號P3.7：RD,外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號2）時(shí)鐘震蕩電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間其準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘信號可由單片機(jī)內(nèi)時(shí)鐘電路產(chǎn)生。可以直接使用外部時(shí)鐘信號。因此，單片機(jī)時(shí)鐘電路通?？梢杂袃煞N形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。a） 外部振蕩方式就是把外部自己有時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式是用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路如圖所示。b） 內(nèi)部振蕩方式MCS單片機(jī)內(nèi)存有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋原件的晶體振蕩器或陶瓷振蕩器連接就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖，這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如圖所示。

MCS-51外部時(shí)鐘信弓o-XTAL2XTAL]XTAL\MCS-51XTAL2 ?至內(nèi)部肘神電路MCS-51外部時(shí)鐘信弓o-XTAL2XTAL]XTAL\MCS-51XTAL2 ?至內(nèi)部肘神電路內(nèi)部振蕩方式外部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式晶振兩邊的電容主要以下作用：晶振后面的電容是負(fù)載電容，可以用來微調(diào)晶體

震蕩頻率。電容的取值一般來說是30pF或33pF的瓷片電容。本次用30pF的瓷片電容3）復(fù)位電路復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下得單片機(jī)重新啟動，計(jì)算機(jī)在啟動時(shí)，都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。從這個(gè)狀態(tài)開始工作，在振蕩器正在運(yùn)行的情況下。復(fù)位是靠在RST引腳處至少保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩器周期）的高電平而實(shí)現(xiàn)的?？梢苑譃樯想娮詣訌?fù)位和按鍵手動復(fù)位a） 上電自動復(fù)位對于MCS-51系列來說，最簡單的上電復(fù)位電路如圖所示，就是由一個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時(shí)，經(jīng)C1與R1充電，使RST端為高電平，持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期完成復(fù)位。電容充電結(jié)束后，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，開始正常工作。b） 按鍵手動復(fù)位按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。在本系統(tǒng)中采用按鍵手動電平自動復(fù)位如圖如下。

::wR2上電自動復(fù)位方式手動電平復(fù)位電路::wR2上電自動復(fù)位方式手動電平復(fù)位電路位電容的作用主要如下：單片機(jī)復(fù)位電路要求有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，加上電容可以利用其兩端電壓不能突變的特性，使復(fù)位電平維持一定時(shí)間，使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電平在其手冊里可以看到。另外這個(gè)電容還可以去除一些雜波的十?dāng)_，防止單片機(jī)被錯誤復(fù)位。本次取4.7uF的電解電容。四、軟件設(shè)計(jì)硬件平臺上構(gòu)成，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)，系統(tǒng)功能是由軟件硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減少軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)對軟件進(jìn)行全方面的測試也是檢查錯誤排除故障的重要手段。流程圖如下：程序如下：#include<reg52.h> 〃聲明頭文件#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitred1=P2八0; 〃定義六個(gè)燈分別為P1.0~7sbityellow1=P2八1;sbitgreen1=P2八2;sbitred2=P2八5;sbityellow2=P2八4;sbitgreen2=P2八3;sbitkey1=P3八0; 〃模式選擇鍵

sbitkey2=P3八sbitkey2=P3八1;sbitkey3=P3八2;sbitkey4=P3八3;//數(shù)值+//數(shù)值-//暫停開始鍵ucharaa,qian,bai,shi,ge,bb,shu1,shu2;uintnum,key1num,key4num;〃定義數(shù)組0~9ucharcodetable[]=(0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};〃延時(shí)函數(shù)z毫秒voiddelay(uintz)(uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}〃初始化函數(shù)voidinit()(TMOD=0x01;〃設(shè)置定時(shí)器TMOD=0x01;〃設(shè)置定時(shí)器T0為工作方式1//賦初值//賦初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; 〃開總中斷ET0=1;TR0=1; 〃開定時(shí)器num=40; //數(shù)碼管初始顯示40qian=num/10;bai=num%10;red1=1; 〃起始狀態(tài)為南北綠燈，東西紅燈yellow1=1;green1=0;green2=1;yellow2=1;red2=0;bb=1;key1num=0;//key4num=0;shu1=40; 〃南北通行時(shí)間初始為40s，東西通行時(shí)間初始為25sshu2=25;〃數(shù)碼管顯示函數(shù)voiddisplay(ucharqian,ucharbai)(P0=table[bai];delay(1);P1=table[qian];delay(1);}〃鍵盤掃描函數(shù)voidkeyscan()(if(key1==0)(delay(10); 〃消抖if(key1==0)(key1num++;if(key1num==4)key1num=1;}while(!key1);if(key1num==1) 〃按下第一次進(jìn)入設(shè)置南北通行時(shí)間模式(TR0=0;num=40;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);green1=0;yellow1=0;red1=0;green2=1;yellow2=1;red2=0;}if(key1num==2) //按下第二次進(jìn)入設(shè)置東西通行時(shí)間模式TR0=0;num=25;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);//key1num=0;green1=0;yellow1=0;red1=1;green2=1;yellow2=0;red2=0;}}}if(key1num!=0) 〃當(dāng)key1鍵被按下(if(key2==0)(delay(10);〃按下key2〃按下key2鍵調(diào)整南北通行時(shí)間(

num--;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);shu1=num; //將設(shè)置后的時(shí)間賦給shulif(shu1==0)(shu1=40;num=shu1;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);}}while(!key2);}if(key3==0)(delay(10);if(key3==0)delay(10);if(key3==0)〃按下key3鍵設(shè)置東西通行時(shí)間(num--;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);shu2=num; //將設(shè)置后的值賦給shu2if(shu2==0)(shu2=25;num=shu2;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);}}while(!key3);}}/*if(key4==0)(delay(10);if(key4==0)(key4num++;while(!key4);if(key4num==1)(TR0=1;}if(key4num==2)(TR0=0;key4num=0;}}}*/if(key1num==3)(TR0=1;//主函數(shù)voidmain()(init();while(1)(display(qian,bai);keyscan();}}//定時(shí)器中斷函數(shù)voidtimer0()interrupt1(TH0=(65536-50000)/256; 〃重賦初值TL0=(65536-50000)%256;aa++;if(aa==20) 〃定時(shí)到達(dá)1S(aa=0;num--;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);if(bb==1)(if(num==3)(red1=1; 〃起始狀態(tài)為南北綠燈，東西紅燈yellow1=0;green1=1;green2=1;yellow2=0;red2=1;}if(num==0)(red1=0; 〃起始狀態(tài)為南北綠燈，東西紅燈yellow1=1;green1=1;green2=0;yellow2=1;red2=1;num=shu2;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);bb++;}}if(bb==2)(if(num==3)(red1=1; 〃起始狀態(tài)為南北綠燈，東西紅燈yellow1=0;green1=1;green2=1;yellow2=0;red2=1;}if(num==0)(num=shu1;qian=num/10;bai=num%10;display(qian,bai);red1=1; //起始狀態(tài)為南北綠燈，東西紅燈yellow1=1;green1=0;green2=1;yellow2=1;red2=0;bb=1;}}}}五、仿真過程與仿真結(jié)果軟件仿真軟件程序的調(diào)試一般可將重點(diǎn)放在分模塊調(diào)試上，統(tǒng)調(diào)是最后一環(huán)，軟件調(diào)試可以采取離線和在線調(diào)試兩種方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于軟件仿真器即可：后者一般需要仿真系統(tǒng)的支持。本次課題，用Keil軟件來調(diào)試程序，通過各個(gè)模塊的但不或跟蹤調(diào)試，使程序逐漸趨于正常，最后統(tǒng)調(diào)程序。仿真采用proteus軟件，此軟件功能強(qiáng)大且操作較為簡單，可以很容易的實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的仿真。首先打開proteus軟件，在元件庫中找到要選用的所有元件，然后進(jìn)行原理圖的繪制，繪制好后再選用Keil軟件已近編譯好的“.hex文件，選擇運(yùn)行，觀察顯示結(jié)果，根據(jù)顯示的結(jié)果和課題的要求再修改程序，再進(jìn)行檢查，直到滿足為止。1、 仿真一開始，所有的燈全部都亮，數(shù)碼管顯示00，這是程序設(shè)計(jì)的初始狀態(tài)，復(fù)位之后的狀態(tài)亦如此。2、 按下開始鍵，程序開始進(jìn)入循環(huán)的狀態(tài)，首先東西向綠燈亮，南北向紅燈亮，同時(shí)數(shù)碼管進(jìn)行從40s開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，剩余3s時(shí)，紅綠燈都不亮，轉(zhuǎn)為四個(gè)方向的黃燈，每隔一秒亮一次，3秒倒計(jì)時(shí)后，即主干通車停止，轉(zhuǎn)入南北向通車，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)25秒，待到3秒轉(zhuǎn)為黃燈亮，紅綠燈都不亮，進(jìn)行循環(huán)。仿真圖如下：六、安裝與調(diào)試首先制作電路板：在PROTELDXP軟件上畫出實(shí)訓(xùn)原理圖，接著導(dǎo)入制作PCB電路板，最后經(jīng)打印、熱轉(zhuǎn)印、腐蝕、打孔，最后做出電路板。步驟如下：第一步：利用一個(gè)能生成圖像的軟件生成一些圖像文件，這里使用版本為Altium2004組織SCH文件，再利用網(wǎng)絡(luò)表生成相應(yīng)PCB圖（可自動布線，也可手工布線），接著畫PCB圖