单片机课程设计报告参考

1、 单片机原理及应用课程设计题目 交通灯 院 系：工学院电气与电子工程系专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 董云云 二一五年十二月摘 要随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用在不断走向深入。它的应用比定导致传统的控制技术从根本上发生变革。也就是说单片机应用的出现是对传统控制技术的革命。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领路得到了广泛应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。因此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。因此了解单片机知识，掌握单片机的应用技术具有重大的意义。同时，随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交

2、通问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。本文设计了一个以单片机为核心的交通灯控制系统，来实现十字路口交通的智能化管理。关键字：自动化控制 交通灯 智能化目录第1章 绪论1第2章 整体方案设计与论证22.1 整体方案结构图22.2 设计方案简介22.2.1 电源提供方案22.2.2 显示界面方案22.2.3 输入方案22.2.4 主控制方案32.3 设计思路32.4 设计要求32.5 交通灯的工作流程42.6 交通灯的循环5第3章 系统硬件设计63.1 硬件原理图63.2 单片机简述6

3、3.2.1 AT89C51单片机主要特点63.2.2 AT89C51的引脚说明73.3 复位电路93.4 晶振电路103.5 显示电路113.6 排阻12第4章 软件系统方案设计13第5章 仿真与调试145.1 Proteus仿真图绘制145.2 软件51C语言编程14心得体会19参考文献20第1章 绪论信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的

4、车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。在交通中管理工作引入单片机的交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性提高交通管理的质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减少了工作人员的劳动强度。中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通

5、管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益，为创造美好城市交通形象发挥更多的作用。第2章 整体方案设计与论证2.1 整体方案结构图图2.1 整体方案设计图2.2 设计方案简介2.2.1 电源提供方案采用独立的5V稳压电源，此方案稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用。2.2.2 显示界面方案采用数码管和点阵LED相结合的方法，因为实际既要求倒计时施主输出，又要求又状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实状况，用数码管与LED分别显示时间和提示信息。这种方案既

6、满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。2.2.3 输入方案直接在IO口上接按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余口的资源还比较多。2.2.4 主控制方案采用AT89C51单片机作为控制器，控制8255实行通行倒计时及左拐、右拐、直行、行人通行指示采用单块LCD液晶点阵显示器。这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也少。耗电也最小1。2.3 设计思路由于自身的切身体会，某些道路的主干道车辆较多每次需要通行的需求量很大可是绿灯时间却与支干道一样，很多车辆或行人来不及穿过马路，可是支干道却时间有余，没有充分的利用到交通灯的时间设置而导致交通拥堵。这样的交通灯很不合理，导致了多余资源的浪

7、费。硬件设计部分，为实现所要求的功能，首先参考多种参考资料，选用89ATC51单片机为硬件设计的核心器件。它具有128*8位内部RAM，有32根可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。其次采用74LS245驱动电路驱动LED晶体管显示部分,用交通灯来显示黄、红、绿灯。通过中断扩展实现交通灯系统特殊情况的转换。本课程设计是基于AT89C51设计的红绿交通灯。用AT89C51与电阻、开关、 交通灯等组成单片机的最小系统。为了能够适应现今交通如此发达的城市，而要拥有能够处理应急事件的能力，这样的交通灯才能够更好的服务于人民2

8、。2.4 设计要求1、具有交通灯（红，黄，绿）三种颜色变化功能。2、可以按键修改交通灯状态及红绿灯时间。3、选作功能：用数码管倒计时读秒。2.5 交通灯的工作流程（1）十字路口分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。通过图2.2交通灯状态的演示分析四个状态归纳如下：1、南北方向的红灯亮7s，东西方向的绿灯亮7s；2、东西方向的黄灯闪烁5次后，南北方向的绿灯和东西方向的红灯同时亮；3、南北方向的绿灯亮7s，东西方向的红灯亮7s；4、南北方向的黄灯闪烁5次后，南北方向的红

9、灯，东西方向的绿灯同时亮；5、跳变为状态1。图2.2 交通灯状态的演示分析图（2）按键控制LED移位1、按下K1时，P0口LED上移一位；2、按下K2时，P0口LED下移一位；3、按下K3时，P2口LED上移一位；4、按下K4时，P2口LED下移一位。2.6 交通灯的循环东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示表2.1 状态及红绿灯状态状态1状态2状态3状态4东西向通行等待变换禁行等待变换南北向禁行等待变换通行等待变换东西红灯灭灭亮亮东西黄灯灭亮灭灭东西绿灯亮灭灭灭南北红灯亮亮灭灭南北

10、绿灯灭灭亮灭南北黄灯灭灭灭亮第3章 系统硬件设计3.1 硬件原理图本次设计硬件部分主要有单片机3、晶振电路、复位电路、显示、排阻等。这几部分的相结合构成十字路口交通灯的主干。硬件原理图如图3.1所示：图3.1 硬件原理图3.2 单片机简述单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。作为嵌入式系统控制核心的单片机具有其体积小、功能全、性价比高等诸多有点。51系列单片机是国内目前最广泛的单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51系列单片机的发展又进入了一个新的阶段。在今后很长一段时间内51系列单片机扔将占据嵌入式系统产品

11、的中低端市场。3.2.1 AT89C51单片机主要特点4K字节可编程FLASH存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定128×8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3.2.2 AT89C51的引脚说明P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIAS

12、H进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收4。  P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当

13、用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3.1所示： 表3.1 管脚功能口管脚备选功能

14、 P3.0RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，

15、此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 图3.2 AT89C51单片机引脚图3.3 复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电

16、路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才会撤除，微机电路开始正常工作5。单片机系统运行是不稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分:1、外因射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。2、内因振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定。起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响

17、复位电路的可靠性。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电实现的。通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容进行放电，RST端电压慢慢降下来，降到一定程度时变为低电平，单片机正常工作。上电自动复位电路6。电路图如下：图3.3 复位电路图3.4 晶振电路单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。时钟电路实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1MHz时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶

18、体振荡器电路构成数字钟。时钟是单片机的心脏，AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。该设计使用的内部时钟方式。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率7。振荡电路是通过输入引脚XTAL1和输出引脚XTAL2在芯片外并接石英晶体和两只电容组成的。

19、石英晶体为一感性元件，与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的相移条件，从而构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率范围为1.2-33MHz，我们选择12MHz晶振。使用晶振电路时，只要在引脚XTAL1和XTAL2上外接定时反馈回路，振荡器OSC就能自激振荡，产生矩形时钟脉冲序列。定时反馈回路常由石英晶振和微调电容组成，其中石英晶振的频率是单片机的重要性能指标之一，时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。该电路是用12MHz的石英晶振和两个电容器。石英晶振的频率选为典型值12MHz，这样有得于得到没有误差的波特率8。电容器C2和C3是起稳定振荡频率、快速起振的作用

20、。如下图所示：图3.4 晶振电路图3.5 显示电路本设计中的显示模块是由交通灯循环显示。东西方向灯红灯亮7秒，黄灯闪烁5次，绿灯亮7秒。南北方向灯绿灯亮7秒，黄灯闪烁5次，红灯亮7秒。完成循环。如图3.5所示。图3.5 显示模块电路图3.6 排阻respack 7是排阻，它的图形符号如图3.6表示。它就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚，其余引脚正常引出，这样使用起来比固定电阻更方便，排阻具有方向性，与色环电阻相比具有整齐、少占空间的优点，因为P0口内部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻9。图3.6 排阻第4章 软件系统方案设计主程序简介：按下S0键

21、，首先对时间进行设置，时间设置完毕，交通等开始工作。东西绿灯和南北红灯同时亮，东西向黄灯闪烁5次后，然后东西红灯和南北绿灯同时亮，南北向黄灯闪烁5次，然后又重复以上步。，按键通过控制LED的移位，来控制红绿灯的变化状态。流程图如下：图4.1 主程序流程图第5章 仿真与调试5.1 Proteus仿真图绘制使用Keil软件编程，Proteus软件作图并进行仿真，仿真结果如下图：图5-1 Proteus仿真电路图5.2 软件51C语言编程#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit R

22、ED_A = P00;sbit YELLOW_A = P01;sbit GREEN_A = P02;sbit RED_B = P03;sbit YELLOW_B = P04;sbit GREEN_B = P05;uchar Time_Count = 0,Flash_Count = 0,Operation_Type = 1;void DelayMS(uint x) uchar i; while(x-) for(i=0;i<120;i+); void T0_INT() interrupt 1 TH0 = 0x4c;TL0 = 0x01;switch(Operation_Type) case

23、1:RED_A=0;YELLOW_A=0;GREEN_A=1;RED_B=1;YELLOW_B=0;GREEN_B=0;if(+Time_Count != 100) return;Time_Count=0;Operation_Type = 2;break;case 2:if(+Time_Count != 8) return;Time_Count=0;YELLOW_A=!YELLOW_A;GREEN_A=0;if(+Flash_Count != 10) return;Flash_Count=0;Operation_Type = 3;break;case 3:RED_A=1;YELLOW_A=0;

24、GREEN_A=0;RED_B=0;YELLOW_B=0;GREEN_B=1;if(+Time_Count != 100) return;Time_Count=0;Operation_Type = 4;break;case 4:if(+Time_Count != 8) return;Time_Count=0;YELLOW_B=!YELLOW_B;GREEN_B=0;if(+Flash_Count !=10) return;Flash_Count=0;Operation_Type = 1;break;void T0_init() TMOD = 0x01;TH0 = 0x4c;TL0 = 0x01;TR0 = 1;EA=1;ET0=1;while(1);void main() uchar k,t,Key_State; P0=0xff; P1=0xff; while(1) t=P1; if(t!=0xff) DelayMS(10); if(t!=P1) continue; Key_State=t>>4; k=0; while(Key_State!=0) k+; Key_State>>=1; switch(k) case 1: if(P0=0x00) P0=0xff; P0&l