单片机最小系统课程设计报告

1、-?单片机技术?课程设计说明书交通灯的设计院 、 部： 电气与信息工程学院 学生： 鑫 指导教师： 凌云 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子1201 完成时间： 2021 年1月2日 . z-?单片机技术?课程设计任务书一、设计题目：交通灯二、适用班级：电子1201三、指导教师：凌云四、设计目的与任务：学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，稳固和运用在?单片机技术?中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的根底。五、设计容与要求设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电

2、或按键复位后能自动显示系统提示符“P.， 进入准备工作状态。按开场键则开场工作，按完毕键则返回“P.状态。要求甲车道和乙车道两条穿插道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时制止其他车辆通过。. z-摘 要 近年来随着科技的飞速开展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。十字路口行人，车辆众多，要靠什么来实现这井然的秩序呢.靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本设计由单片机系统、LED驱动电路及交通灯演示电

3、路等组成。系统主要用AT89C51的P1、P2、P3口来实现对LED灯的控制，为了防止意外发生的应急车强行通过的车辆， 还专门设置了应急控制键，可根据实际情况手动控制。关键词：AT89C51单片机；交通灯；应急通道ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are deepening, drive traditional control test technology is increasingly update at the same time.

4、 Numerous crossing pedestrians and vehicles, want to rely on what to do this in order? Rely on is the automatic mand system of traffic lights. A lot of traffic signal lamp control way.This design by the single-chip microputer system, LED drive circuit and traffic lights show circuit, etc. System mai

5、nly use P1, P2, P3 mouth to realize the control of the LED lamp, in order to prevent the accident emergency car force through vehicle, also specially set up emergency control key, can be manually controlled according to the actual situation.Key words AT89C51； Traffic lights； Emergency channel. z-目 录

6、1 设计方案11.1 原始方案11.2 最终方案12 交通灯控制系统硬件的设计22.1 交通灯变换规律22.2 原理说明22.3 功能模块的设计32.3.1 晶振电路32.3.2 复位电路32.3.3 数码管显示电路42.3.4 按键电路52.3.5 指示灯电路63 交通灯软件系统的设计73.1 单片机资源的使用情况73.2 程序流程图85 Proteus仿真105.1 仿真结果105.2 误差分析116 实物调试126.1 实物调试说明126.2 调试结果12完毕语14参考文献15附 录18附 录A：程序18附 录B：电路原理图22附 录C：PCB图23附 录D：元器件清单24附 录E：实物

7、图25. z-1 设计方案1.1 原始方案根据设计的要求我要设计一个东西南北四个方向共十二个灯的交通灯控制器，每个方向三个灯，红、黄、绿各一个。其中东西两个方向灯的显示情况是一样的，南北两个方向是一样的，分别控制两个方向的车辆运行。其中，南北方向表示主干道，每次通行时间为60S；东西方向表示次干道，每次通行时间为30S。1.2 最终方案由于我基于已有的单片机最小系统的板子做此设计，而已有的这块板子上只有八个灯，所以我只选用其中六个灯来完成此次设计。由于东和西两个方向上的灯的显示情况是一样的，南和北两个方向上灯的显示情况是一样的，所以我用前三个相邻的灯分别表示南北主干道方向上的红、绿、黄灯；另外

8、三个相邻的灯分别表示东西方向次干道上的红、绿、黄灯。根据这种思路进展接下来的程序设计。2 交通灯控制系统硬件的设计2.1 交通灯变换规律(1)在正常情况下，LED循环说明：甲，乙两干道交于一个十字路口，各干道有一组LED的指示灯。红灯制止运行，绿灯允许通行。黄灯亮提示人们注意红绿灯的状态即将切换。表1 交通灯亮灭情况60s3s30s3s主干道绿灯亮黄灯闪红灯亮红灯亮次干道红灯亮红灯亮绿灯亮黄灯亮上表说明开场主干道绿灯亮，次干道红灯亮，并且同时数码管从60s开场倒计时，等倒计时完，开启3秒的倒计时，主干道绿灯亮，黄灯闪，次干道红灯亮，此次计时完毕，主干道红灯亮，次干道绿灯亮，同时数码管从30s开

9、场计时，等到计时玩，开启3秒的倒计时，次干道绿灯灭，黄灯闪，主干道还是红灯亮，计时完毕，一轮循环就此完成。(2)假设有应急车辆：甲，乙干道红灯同时亮起，且允许应急通车时间为10秒，再恢复正常通行。2.2 原理说明(1) .交通灯的设计框如图1所示：图1 交通灯的设计框图2.3 功能模块的设计2.3.1 晶振电路晶振电路由一个12M的晶体振荡器和两个33pF的瓷片电容组成。如图2所示： 图2 晶振电路钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，从而到达控制时间的效果。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地作。单片机部有一个高增益反相放大

10、器，其输入端为芯片引脚*T1，其输出端为引脚*T2。而在芯片的外部，*T1和*T2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，并在单片机部产生时钟脉冲信号。2.3.2 复位电路复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于*一确定的初始状态，并从这上状态开场工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。本电路由两个电阻和一个电容组成上电复位，电路原理图如图3所示。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RET引脚获得高电平，随着电容的充电，RET引脚的高电平将逐渐下降。RET引脚的高

11、电平只要能保持足够的时间2个机器周期，单片机就可以进展复位操作。图3 复位电路2.3.3 数码管显示电路根据设计要求，采用8段LED数码管。它是由8个发光二极管组成，因此也称之为8段LED 显示器。通常，显示器中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点，因此P0口线正好用完。通常LED显示器发光二极管的连接方法有以下两种：共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平

12、的则不点亮。本设计采用共阳级接法。根据要求，本次设计采用电路简单、节省口线资源、本钱低的动态显示方式。数码管显示电路图如图4所示：图4 数码管显示电路2.3.4 按键电路单片机应用系统中键盘有独立式和行列式两种。根据设计要求，只需要用3个按键，而独立式按键具有电路简单，软件编程方便的特点，恰好适用于按键数不多的设计，所以采用独立式按键。独立按键电路图如图5所示：图5 独立按键电路2.3.5 指示灯电路此电路起交通指示作用，交通指示的实现也是次设计的根本目的。此电路是就是模拟的交通灯，发光二极管接在P3口上，采用静态显示方式点亮二极管。二极管的阳极共同连在电源VCCVDD接到了VCC上，只要二极

13、管对应的P3口线为低电平，二极管即点亮。指示灯显示电路图如图6所示：图6 指示灯显示电路3 交通灯软件系统的设计3.1 单片机资源的使用情况1 P3口为二极管的控制端2 P0口用作地址/数据总线3 P2口用作数据总线4 P1.0、P1.1、P1.2口线作为键盘输入端在AT89S52的P0口用来接八个发光二极管的阳极，控制其亮与灭，P0口和P2口外接由8个LED数码管(LED1、LED0)构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口P1.0P1.7对应于LED的adp，P2口作LED的位控输出线P2.1、P2.0分别对应于LED1、LED0。P1口外接三个个按键S2、S3、S4分别对应于P1.0、

14、P1.1、P1.2口用于调整显示接口电路。当是S1按下，数码管将开场主干道60秒，次干道30秒倒计时，并且东西南北相应的灯亮起。当S2按下，将显示“P.，并且发光二极管全部熄灭。当S3按下，数码管将开场10秒倒计时，并且东南西北所有的红灯都亮起。3.2 程序流程图根据设计要求，程序框图如以下图所示。由汇编语言完成。软件设计可以分为以下几个功能模块： 主程序：初始化及调用控制灯的显示程序，主程序的流程图如图7所示。 按键判断模块：完成按键判断并还回键值，按键判断程序流程图如图8所示。 显示程序模块：完成交通灯的秒数显示，显示程序流程图如图9所示。 定时器模块：完成交通灯秒数的的定时，定时器程序流

15、程图如图10所示。 交通灯模块：完成交通灯的状态转换，交通灯程序流程图如图11所示。图7 主程序流程框图 图8 按键判断程序框图 图9 显示程序框图 图10 定时程序框图 图11 交通灯通行框图5 Proteus仿真5.1 仿真结果1.上电时，数码管上的显示，LED管的显示如图12：图示右边三个灯是主道干路上的，依次是黄，红，绿，右边三个是次道干路上的，依次是黄，绿，红图12 上电状态2.按S0键a.首先是主道上的绿灯亮，次道上的红灯亮，数码管显示倒计时,如图13图13 主道交通灯b.接着是主道上的黄灯闪，次道上的红灯亮，数码管显示倒计时，如图14图14 主道黄灯闪c.然后是主道上的红灯亮，次

16、道上的绿灯亮，数码管显示倒计时，如图15图15 次道交通灯d.最后主道上的红灯亮，次道上的黄灯闪，数码管显示倒计时，如图16图16 次道黄灯闪(3).按S3键主道和次道上的红灯都亮起来，允许应急车辆通车10S，数码管显示10S开场倒计时，如图17图17 应急车辆通过5.2 误差分析交通灯在运行中存在一定的误差，误差产生有三种可能，首先是采用的计时方案是软件计时的，计时又是利用程序来实现。而开启定时器和开启LED灯顺序上是有先后的，这个过程需时间的，所以就产生了一定的误差，当然这个误差是防止不了的，其次还有硬件系统也有一定的影响。第三，设计用到12MHz的晶振，计算是满20次为一秒钟，但实际会慢

17、很多。6 实物调试6.1 实物调试说明本实验主要是利用单片机AT89S52、数码管和发光二极管组成，整个电路构造比较简单，它能实现以下几个功能：l 时间的显示。l 红黄绿灯的发光与熄灭。具体操作说明如下： 当交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.，进入准备工作状态。当按下启动按钮S1并释放后，数码管显示将会从“60始倒计时，每隔一秒减1，此时主干道开场一直亮绿灯，次干道一直亮红灯，直到显示为“00时，数码管将会从“03开场倒计时，每隔一秒减1，此时主干道方向没隔一秒黄灯就闪烁一次，东西方向亮一直红灯，直到显示为“00时，数码管将会从“30始倒计时，此时主干道一直亮红灯，次干道一直亮绿

18、灯，直到显示为“00时，数码管又将从“03开场倒计时，此时主干道一直亮红灯，次干道每隔一秒黄灯就闪烁一次；当没有其他键按下时，交通灯将这样一直循环下去；当按下复位键S2并释放后，数码管将显示“P.,东西南北方向无灯亮，当有其它键按下时，就退出，去执行该键的键功能；当按下紧急键S3并释放后，数码管将显示“10，并且每隔一秒就减1，东西南北方向全部红灯亮，当显示“00时，就跳转到交通灯程序执行。6.2 调试结果当交通灯上电复位后或者按下完毕键S2，主干道和次干道交通灯都熄灭，数码管显示“P.，结果如图18所示；当按下开场键S1后，主干道方向就开场亮绿灯，次干道方向开场亮红灯，显示器并开场从60s倒

19、计时，结果如图19所示；当按下紧急键S3后，主干道方向和次干道方向均亮红灯，显示器并开场从10s倒计时，其结果如图20所示； 图18 通电或按下S2显示图19 按下S1的显示图20 按下S3的显示完毕语 通过这次设计，不仅劲是对所学知识的一次综合运用还对所学的知识有了更加充分的理解，这次的设计虽然有点辛苦，但是是值得的，收获很多，可也有遗憾。 遗憾在于系统缺乏之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位子以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩大原系统来实现。虽有遗憾，但还有成功，希望自己下一次的设计可以更趋于完善。参考文献1广弟.朱月秀.冷祖祁.单片机根底M

20、.第3版.:航空航天大学.2007.1260 Li Guangdi. Zhu Yue*iu. cold ancestral Qi. Microcontroller based on M. 3rd ed.Beijing: Beijing Aerospace University Press, 260 .2007.12胡汉才 单片机原理及其接口技术 M 清华大学出版，1996 Hu Hancai single-chip microputer principle and interface technology M, tsinghua university press, 19963蔡美琴 MCS-5

21、1系列单片机系统及其应用 高等教育 2004.2 Cai mei-qin MCS - 51 series microcontroller system and its application in higher education press, 2004.24新民 微型计算机控制技术 M 人民邮电，1999.9 *in-min pan microputer control technology M people's posts and telemunications press, 1999.95万君 在论循环时序电路的简便设计J 机电一体化，2005 第5期 Jiang Wanjun

22、In the theory of cyclic sequence circuit simple design J. Mechanical and electrical integration, 2005 6何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计 航空航天大学, 1995. He Limin MCS - 51 series single-chip microputer application system design Beijing university of aeronautics and astronautics press, 1995.7华 MCS -51系列单片机实用接口技术M 航

23、空航天大学,1993 Li hua the MCS - 51 series microcontroller practical interface technology M Beijing university of aeronautics and astronautics press, 19938周航慈 单片机应用程序设计技术M 航空航天大学,1991. Zhou hangci eay goodness SCM application design technology M Beijing university of aeronautics and astronautics press, 1

24、991.9陆坤 电子设计技术1 电子科技大学, 1997 Lu Kun electronic design technology 1 university of electronic science and technology press, 1997 10梁文海 单片机AT89C2051构成的智能型频率计J 现代电子技术,2002 Liang Wenhai posed of single chip microputer AT89C2051 intelligent frequency meter J modern electronic technology, 200211自美 电子线路设计&#

25、183;实验·测试M 华中理工大学,2001 *ie zimei the electronic circuit design, e*periment, testing M huazhong university of science and technology press, 200112何立民.单片机应用技术大全.：航空航天大学， 1994 He Limin. of single-chip puter application technology. Beijing: Beijing university of aeronautics and astronautics press,

26、199413 毅刚. 单片机原理及接口技术.：工业大学，1990 Zhang yigang. Single chip microputer principle and interface technology. Harbin: Harbin industrial university press, 199014 谭浩强.单片机课程设计. ：清华大学，1989 Tan Haojiang. Single-chip puter curriculum design. Beijing: tsinghua university press, 198915 余发山.单片机原理及应用技术 ：中国矿业大学，20

27、07 Yu fashan. Single chip microputer principle and application technology of jiaozuo: China university of mining press, 2007致 这次课程设计的成功，要感指导教师凌云和那些帮我解决过问题的同学，正因为有他们的帮助我才能把设计做成功，凌云教师的严格，让我对根底知识的掌握的更加结实，有利于以后的知识学习。同学的乐于助人帮我排除问题，还帮我解决程序设计中遇到的问题，真的很感你们。附 录附 录A：程序ORG 0000H LJMP MAIN MAIN: MOV P3 , *0FFH

28、YY: LCALL DIS LCALL KEY LJMP YY /键扫/ KEY: MOV P1 , *0FFH MOV A , P1 ORL A , *0F8H CPL A JZ LOOP3 LCALL DEL10 MOV A , P1 ORL A , *0F8H CPL A JZ LOOP3 MOV R0 , A KEY2: MOV A , P1 ORL A , *0F8H CPL A JNZ KEY2 LCALL DEL10 MOV A , R0 CJNE A ,*01H,LOOP1 AJMP PKEY1 LOOP1: CJNE A ,*02H,LOOP2 AJMP PKEY2 LOOP

29、2: CJNE A ,*04H, LOOP3 AJMP PKEY3 LOOP3: RET /显示P/ DIS: MOV P2 , *01HMOV A , *0AHMOV DPTR , *TABLEMOVC A , A+DPTRMOV P0 , A DL: MOV R5 , *5 ;延时 DDL1: MOV R6 , *100 DDL2: DJNZ R6 , DDL2DJNZ R5 , DDL1RET/程序开场运行/ PKEY2: LJMP MAIN /交通灯正常通行程序/ PKEY1: MOV R0,*60 ;主干道60s JTD1: MOV R1,*50 ;延时1s MOV P3,*0DDH

30、 ;主干道绿灯，次干道红灯YS1: LCALL DISPLAY ;调用显示程序 DJNZ R1,YS1 DJNZ R0,JTD1 ;判断60s是是否运行完 MOV R0,*3 ;闪烁3s JTD2: LCALL SHAN1 DJNZ R0,JTD2 ;判断闪烁3s是否运行完 MOV R0,*30 ;次干道30s JTD3: MOV R1,*50 MOV P3,*0BEH ;主干道红灯，次干道绿灯 YS2: LCALL DISPLAY DJNZ R1,YS2 DJNZ R0,JTD3 MOV R0,*3 JTD4: LCALL SHAN2 DJNZ R0,JTD4 AJMP PKEY1/紧急情况/ PKEY3: MOV R0,*10 ;紧急情况通行10s JJ3: MOV R1,*50 ;1秒延时 MOV P3,*0DEH JDS3: LCALL DISPLAY DJNZ R1,JDS3 DJNZ R0,JJ3 MOV P3,*0FFH AJ