单片机课程设计报告

PAGE单片机课程设计报告篇一：单片机课程设计报告范例单片机课程设计示例交通灯控制系统设计一、总体设计1、设计要求：交通灯的任务要求为：模拟十字路口的交通灯的亮、灭及闪烁基本工作原理：根据交通灯的亮灭情况，可以分为四种状态，利用定时计数器每20秒产生一次中断，每产生一次中断后由是否有特殊情况决定交通灯的状态变换。2、硬件和软件功能的划分本课题要求实现的功能比较简单。由单片机的定时/计数器产生八分之一秒的定时时间，通过软件的方式实现20秒的定时时间。交通灯的亮灭由8255A控制，PA口控制东西向，PB口控制南北向。3、交通灯状态划分十字路口交通灯如下图所示，将12个交通灯进行编号这12个交通灯共有四个状态：状态1（S1）：东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮状态2（S2）：南北绿灯（3、9）灭，黄灯（2、8）闪烁，东西仍为红灯（4、10）亮状态3（S3）：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮状态4（S4）：东西绿灯（6、12）灭，黄灯（5、11）闪烁，南北仍为红灯（1、7）亮当东西向（或南北向）有特殊情况，开关K0为低电平则应使交通灯处于S3（东西绿灯、南北），开关K1为低电平则应使交通灯处于S1（南北向绿灯、东西向红灯），当K0、K1均为低电平则取消特殊情况，返回正常显示情况。二、硬件设计根据总体设计要求，确定系统扩展与功能接口，设计出系统的电路原理图。1、系统扩展最小系统，由8031、地址锁存器和程序存储器组成。根据课题要求，在此基础上进行扩展。地址锁存器选74LS373，程序程序器选2764（8K），尽管本系统程序不长，但考虑以后扩展方便，选用2764。考虑到交通灯数量比较多，控制信号比较多，对单片机的I/O口进行扩展，使用通用I/O接口芯片8255A来对单片机I/O口进行扩展。2、功能接口所谓接口是CPU与外界的连接部件，以实现CPU与外部设备的最佳耦合和匹配。本课题只要求显示接口。显示设备为2位七段数码管。要使用七段数码管可以利用8031的串行口、可以利用可编程并行I/O扩展芯片8155或8255。由于仿真系统的限制选用8155。2个共阴极数码管自左至右以两位数的形式显示秒数。为了保证数码管的亮度，必须保证输入电流的大小，因此，选用74LS244作为驱动放大器（实验系统内部已经做好）。3、系统的组成及统一编址I/O端口是CPU与I/O设备直接通信的地址。单片机系统对I/O端口是采用端口地址与存储器地址统一编址的方式，即存储器映射方式。编址技术分线选法和译码法。由于涉及外围芯片很少，所以采用线选法。系统简图如下：由于是线选法，因此芯片地址不是唯一的。而8155与外部数据存储器统一编址，可以与程序程序器重叠编址。因此，我们取它们的地址如下：2764：0000H~1FFFH存储程序8155：命令/状态口7F80HPA口7F81H输出扫描码（字选码）PB口7F82H输出字形码PC口7F83H接收回复码定时器低8位7F84H没用定时器高8位7F85H没用RAM3F00H~3FFFH没用工作方式为：定时器不工作，禁止PA、PB中断，PC口为输入方式（方式0），PA口、PB口为输出方式。因此，工作方式字为03H。4、汇集各芯片及数码管的技术资料，绘制系统原理图。将8031、74LS373、2764、8155、数码管（包括为保证其驱动电流而添加的驱动器74LS244）等资料汇集起来，熟悉各芯片的引脚的功能及连接方法，绘制系统原理图。三、软件设计1、系统定义、各种数据类型的定义。秒采用采用BCD码，八分之一秒计数采用16进制。、定义和分配存储空间、定义标志位。堆栈区安放在片内RAM的高端60H~7FH；0区为工作寄存器；1区为显示程序的工作寄存器；地址为3AH的存储单元内存放LED显示的数据，以压缩BCD码形式存放设计一个标志单元，地址为3CH，用来标示当前交通灯的状态，共四种状态，00H带表状态1，01H代表状态2，02H代表状态3，03代表状态42、软件结构设计程序总体执行过程是：上电后系统自动进行初始化，定时/计数器开始工作，检测标志单元3CH，根据3CH单元中的内容让交通灯处于对应的状态，然后调用显示子程序，将3AH和3BH地址内的数据在七段数码管上显示出来。接着循环检测3CH单元中的内容以及特殊情况控制信号和调用显示子程序，让交通灯处于对应的状态，将3AH地址内的数据送七段数码管上显示出来，在整个过程中定时/计数器中断始终打开等待定时/计数器中断。中断服务程序完成状态的变换（3CH的值的改变）以及LED显示内容（3AH）的改变。主程序的框图都如图所示：3、模块设计根据主程序框图，定义如下几个模块：初始化模块、状态1显示子程序、状态2显示子程序、状态3显示子程序、状态4显示子程序、出错处理程序、LED显示程序、中断服务程序。由于在程序运行过程中多次出现需要延时的情况，这里将延时程序也作为一个模块。、初始化模块功能：完成变量初始化、8155初始化、定时器初始化和中断初始化。初始化的框图如图所示。根据框图写出如下程序：(注意：后面我们要经常对以下程序进行补充和修改，利用它对其它模块或子程序进行调试。因此，要随时保存不同的版本。为方便起见，以下程序我们称版本ORG0000HAJMPSTARTORG000BH；T0中断入口地址AJMPINT0；中断服务程序ORG0030HSTART:MOVSP,#60H；置堆栈顶指针MOV3AH,#20H；时间存储区单元初始化MOV3CH,#00HMOVR3,00HMOVR2,00HMOVA,#80H；8255A初始化，置工作方式MOVDPTR,#0FF2BHMOVX@DPTR,AMOVA，#03H；置8155命令格式MOVDPTR，#0FF20H；指向命令口MOVX@DPTR,AMOVTMOD,#01H；置T0为定时器，工作方式1MOVTH0,0BHMOVTL0,0DCHSETBEA；中断初始化SETBET0SETBTR0程序中的时间常数是从要求一秒中断一次，但8051单片机的最大定时时间达不到1秒，所以选择1/8秒作为定时时间。DVCC的晶振频率为6MHz，则机器周期为2μs。设时间初值为X，工作方式1时定时器为16位，最大计数值为216=65536，则：-61/8=（65536-X）×2×10解得X=3036D=0BDCH则TH0=0BH，TL0=0DCH。状态1显示程序模块功能：交通灯处于状态1状态1（S1）为东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮，所以本程序模块即为将3、4、9、10号灯点亮、程序由于本模块的程序比较简单，只是简单的将4个高电平打到对应的端口就可以了，所以程序框图略，在这里直接给出程序：DISP1：MOVDPTR，#0FF29HMOVA，#00HMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，00H；让所有灯熄灭MOVX@DPTR，AMOVDPTR，#0FF29HMOVA，#03HMOVX@DPTR，AINCDPTRMOVA，0CHMOVX@DPTR，A；东西红灯亮，南北绿灯亮RET状态2显示程序状态2（S2）为东西红灯（4、10）亮，南北黄灯黄灯（2、8）闪烁，本程序模块比状态1显示程序稍稍复杂一点，除了要将高电平打入对应的端口外还要控制黄灯的闪烁，黄灯的闪烁采用软件延时的办法实现，即黄灯亮后延时一段时间再灭，然后再延时一段时间再亮。程序篇二：单片机交通灯课程设计报告摘要根据STC10F04单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法，设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要设计问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为三种，一种是正常状态，一种是紧急状态，另一种是方程式状态。增设路段遇忙调整时方程式控制状态和紧急情况处理模块，通过手动控制开关按钮A0和A1方便系统在正常状态和紧急状态、方程式控制间来回切换，进一步完善了交通灯控制系统。并分别用红、黄、绿灯的不同组合来指挥两个方向通车与禁行，用LED数码管作为倒计时指示，实时的控制当前交通灯时间使LED显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步，在保持交通安全的同时最大限度的提高交通能顺畅交替运行。本文介绍了控制基本原理以及控制的表现，同时，论述了系统中交通现状、交通管理、交通规则及背景信息。关键词：自动控制，时间显示器，外部中断，延时，方程式控制AbstractAccordingtothecharacteristicsofsingle-chipSTC10F04andtrafficlightsintheactualcontrolofthecharacteristicsofthispaper,,giventhehardwareandsoftwaredesignmethodology,designprocess,,thedefaultstateofthecrossroadsforthree,oneisthenormalstateisastateofemergency,,theequationbetweenthecontrolswitchbackandforth,,yellowandgreenlighttodirectdifferentcombinationsoftrafficinbothdirectionsandcut-line,withLEDdigitaltubeasacountdowntotheinstructions,,aswellastheperformanceofcontrolatthesametime,trafficonthesystemstatus,trafficmanagement,trafficregulationsandbackgroundinformation.Keywords:automaticcontrol;time;externalinterrupt;delay;controlequation目录摘要1Abstract2目录31绪论4交通灯研究的背景和意义4交通灯国内外发展概况42系统工作原理及设计方案7交通灯的工作原理7交通灯总体设计方案73硬件系统设计11硬件系统组成11单片机最小系统11信号显示驱动电路15键盘输入电路164交通灯系统详细设计18软件总体设计思想18交通控制算法实现20系统初始化模块21信息显示模块22信号灯模块22LED倒计时显示子程序26键盘扫描模块295调式总结376致谢38参考文献39附录40附录一程序清单40附录二交通灯PCB图48附录三交通灯电路原理图491绪论交通灯研究的背景和意义交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用一特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现。在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在.智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展。从长远来看该研究具有巨大的现实意义。交通灯国内外发展概况随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，可以使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通信号的智能控制，达到优化路口交通流的目的进入20世纪70年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论和技术水平不断提高，控制手段越来越先进，形成了一批商水平有实效的城市道路交通控制系统。早在1977年，Pappis等人就将模糊控制运用到交通控制上，通过建立规则库或是专家系统对各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。近年来，欧美日本等相继建立了智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近安装磁性环路检测器，还使用了新型检测器等技术和设备。这些现代化设备技术加上控制理论和现代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。随着一些研究控制理论的学者投身到交通控制的研究中，在交通信号控制领域提出了一些新方法、新思路。如静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控制、神经网络控制，网络路由控制等。模糊交通控制已经成为了交通信号控制的主流方向之一。国内外很多学者都进行了此类研究。交通系统作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方案或是建立各种预测模型均比较困难。城市交通控制研究的起源比较早。1868年，英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的开始。1913年，在美国俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制。1926年美国的芝加哥市采用了交通灯控制方案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并减少了对环境的影响。虽然模糊控制能有效处理模糊信息，但是产生的规则比较粗糙，利用规则表查表进行控制，运算速度虽然比较快，但没有自学习功能。而且这些研究有些以相序固定为前提。不能保证相序与实际交通流状况的一致性，影响了绿灯时间的利用率。有些研究则提出了可变相序的模糊控制方法，提高了绿灯时间的利用率，弥补了相序固定的缺点，但同时也存在一些不足。例如目前应用比较好的交通系篇三：《单片机课程设计》报告机械与车辆学院《单片机课程设计》报告（XX-XX学年第一学期）课程设计题目：水塔水位控制系统姓名：学号：班级：指导老师：职称：时间：成绩：《单片机课程设计》考查评分表目录一、课程设计性质和目的4二、课程设计的内容及要求41、硬件设计42、软件设计53、功能要求：5三、课程设计的进度及安排5四、设计所需设备及材料6五、设计思路及原理分析7六、流程图及程序编写7（1）根据功能要求画出控制程序流程图。8（2）根据控制程序流程图编写C51程序8七、调试运行101、软件测试：102、硬件测试：11八、结果及分析12九、心得体会13十、参考文献14十一、致谢14十二、附录15【1】整流器protel防真原理图：15【2】数字时钟16一、课程设计性质和目的单片机课程设计是《单