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格式修改红色字体的内容2
广东工业大学华立学院
课程设计(论文)
课程名称 微机原理与单片机技术综合设计与实践
题目名称 基于单片机的交通灯设计
系部 机电与信息工程学部
专业班级 10电气1班
学 号 12031001021
学生姓名 李贵有
指导教师 王赟
2013年06月25日
广东工业大学华立学院
课程设计(论文)任务书
题目名称
基于单片机的交通灯设计
学系学部
机电与信息工程学部
专业班级
10电气1班
姓名
12031001021
学号
李贵有
一、课程设计(论文)的内容
以AT89S51单片机为控制核心,结合一些数码管和LED灯,模拟设计并交通灯控制系统。
红、绿黄、灯交替闪亮,利用数码管倒计数显示间隔等,用于十字路口的车辆及行人的交通管理。
二、课程设计(论文)的要求与数据
1、系统框图、方案论证;
2、各部分的硬件电路原理图及功能说明;
3、程序流程图及分析;
4、系统调试与分析;
5、源程序清单。
三、课程设计(论文)应完成的工作
1.画出系统框图,论证系统设计方案;
2、器件选型,给出系统各个组成部分的硬件电路原理图;
3、给出程序流程图;
4、进行源程序的设计及调试;
5、撰写课程设计报告的。
四、课程设计(论文)进程安排
序号
设计(论文)各阶段内容
地点
起止日期
1
选择课题,明确设计要求,查阅资料
校内
6.17
2
方案论证、系统总体设计
校内
6.18~6.19
3
硬件电路原理图设计
校内
6.20~6.21
4
程序流程图的设计、源程序的编制及系统调试
校内
6.22~6.23
5
撰写课程设计报告
校内
6.24~6.25
6
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].东南大学出版社,2004.6
[2]张毅刚,彭喜源,谭晓昀.MCS-51系列单片机实用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2008
发出任务书日期:
2013年06月17日指导教师签名:
计划完成日期:
2013年06月25日教学单位责任人签章:
目录
1系统分析5
1.1功能要求5
1.2方案论证5
2系统设计7
2.1系统硬件电路的设计7
2.2系统程序的设计11
3结束语13
参考文献14
附录1材料清单15
附录2电路原理图16
附录3实物图17
附录4主要程序清单18
利用word的菜单“自动生成目录”:
1、单击工具栏菜单“插入”/引用/索引和目录/目录/去掉“使用超级链接而不使用页码”选项,格式“正式”,显示级别“3级”
2、选中生成的目录,单击菜单“格式”/段落/行距/1.5倍行距
3、选中生成的目录,小四宋体
大标题:
居中,三号黑体加粗,格式/段落/大纲级别/1,1.5倍行距,段前、段后0.5
二级标题:
小四黑体加粗,格式/段落/大纲级别/2,1.5倍行距,段前、段后0.5
1系统分析
1.1功能要求
正文:
小四宋体,1.5倍行距
本文设计一款采用LED显示器件显示的电子时钟,有效克服了时钟存在的误差问题,并能在夜间不必其它照明就能看到时间,且以60只发光管实现秒显示,接近于传统的秒针来显示秒的形式。
另加七只装饰用的LED灯,使整个时钟显的相当美观新颖,故还可作为室内装饰用。
电子钟的外观如图1.1所示。
周边60只发光管顺时旋转来显示秒,中间四只LED数码管用于显示时间,中下方的七只LED灯顺时旋转,供装饰用。
其主要功能有:
(1)整点报时;
(2)四只LED数码管显示当前时分;
(3)每隔一秒钟周边的60只LED发光管旋转一格,装饰用的LED每隔一秒旋转一次;
(4)当发生停电事件时,由后备电池供电,系统进入低功耗状态,所有显示部件停止显示,这样即延长了电池的寿命,同时又保证了CPU继续计数,不至于因停电而时钟停止运行。
当恢复供电后,系统自动恢复工作状态,不影响计时。
图号:
按章编号,如第1章第1个图,图1.1,第1章第2个图,图1.2,第2章第1个图,图2.1,依次类推。
五号宋体
图1.1多功能电子钟外观图
1.2方案论证
从“正文”开始编页码
电脑钟的原理框图如图1.2所示。
它由以下几个部件组成:
单片机89C2051、电源、时分显示部件、60秒旋转译码驱动电路。
图1.2电子钟系统原理框图
时分显示采用动态扫描,以降低对单片机端口数的要求,同时也降低系统的功耗。
时分显示模块、60秒旋转译码驱动电路以及显示驱动都通过89C2051的I/O口控制。
电源部分:
由两部分组成,一是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压,维持系统的正常工作;二是由3V的电池供电,以保证停电时正常走时。
正常情况下电池是不提供电能的,以保证电池的寿命。
2系统设计
2.1系统硬件电路的设计
本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。
主程序的任务是对系统进行初始化,实现参数输入,并控制电加热炉的正常运行。
主程序主要由系统初始化、数据
2.1.160秒旋转译码驱动原理
按常规传统设计,需60进制译码驱动电路才能实现60秒旋转译码驱动,若用六片十进制计数译码器构成六十进制计数译码电路,则电路连线多(需要120根连线),硬件电路庞大,开销大。
为此,本文巧妙地采用了两片CD4017进行六十进制计数译码,实现60秒旋转译码驱动。
既减少了电路的复杂程度又可降低了成本。
图2.1为CD4017功能引脚图和工作时序图。
图2.1CD4017时序图
CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器,共有10个译码输出Q0~Q9;每个译码输出通常处于低电平,且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平;每个高电平输出维持1个时钟周期;每输入10个时钟脉冲,输出一个进位脉冲,因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。
在清零输入端(R)加高电平或正脉冲时,只有输出端Q0为高电平,其余各输出端均为低电平“0”。
为实现对发光二极管的驱动,将每一个译码输出端口接一只发光二极管,并将二极管串联限流电阻后接地。
当译码端口Q0~Q9中任一端口为高电平,则对应的发光二极管点亮,如图2.2(左)所示。
根据CD4017的功能,可发现其10个输出的高电平是相互排斥的,即任一时刻只有一只发光二极管点亮,因此可电路进一步简化为如图4(右)所示,从而简化电路设计。
图2.2CD4017控制发光二极管原理图
在本电子钟设计中,每秒点亮一个发光二极管,循环点亮一周共需60个发光二极管,若用上述的6片CD4017实现驱动,显然电路复杂。
为此我们选用两片CD4017和一片6反相器,采用“纵横双译码”技术,巧妙地实现60秒旋转译码驱动,其中一片接成10进制,一片接成6进制,实现6×10=60的功能,具体连接方法如图2.3所示。
图2.3发光二极管“纵横双译码”循环点亮LED原理图
将周期为1秒的输入脉冲作为其中一片CD4017的时钟脉冲,而此片的级联进位输出端(QC)作为另一片的时钟输入,并将Q6与复位端相连。
在两片译码输出端交叉点上接入发光二极管,构成6×10矩阵。
根据CD4017时序特点,在初始状态,作为高位(纵)的CD4017译码器输出端口Q0处于高平,经反相器反相后为低电平。
当作为低位(横)的CD4017译码器输出端口Q0~Q9依次输出高电平后,则对应的二极管LD1~LD10依次点亮;此后由于QC端的进位,高位CD4017译码输出端口Q1输出高电平,反相后输出低电平,当低位的CD4017译码输出端口Q0~Q9依次输出高电平后,二极管LD11~LD20依次点亮。
如此往复,直至高位Q6向复位端输入高电平,CD4017复位,60秒循环点亮重新开始。
2.1.2时分显示部件
由于系统要显示的内容较简单,显示量不多,所以选用数码管既方便又经济。
LED有共阴极和共阳极两种。
二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起,接入+5V的电压。
一位显示器由8个发光二极管组成,其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划(段)a~g,另一个小数点为dp发光二极管。
当在某段发光二极管施加一定的正向电压时,该段笔划即亮;不加电压则暗。
为了保护各段LED不被损坏,需外加限流电阻,如图2.4所示。
图2.4LED数码管结构原理图
众所周知,LED显示数码管通常由硬件7段译码集成电路,完成从数字到显示码的译码驱动。
本系统采用软件译码,以减小体积,降低成本和功耗,软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的灵活性。
所谓软件译码,即由单片机软件完成从数字到显示码的转换。
从LED数码管结构原理可知,为了显示字符,要为LED显示数码管提供显示段码,组成一个“8”字形字符的7段,再加上1个小数点位,共计8段,因此提供给LED数码管的显示段码为1个字节。
各段码位与显示段的对应关系如表2.1。
表2.1各段码位的对应关系
段码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
a
需说明的是当用数据口连接LED数码管a~dp引脚时,不同的连接方法,各段码位与显示段有不同的对应关系。
通常数据口的D0位与a段连接,D1位与b段连接,……D7位与dp段连接,如表1所示,表2.2为用于LED数码管显示的十六进制数和空白字符与P的显示段码。
表2.2LED显示段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
字型
共阳极段码
共阴极段码
0
C0H
3FH
9
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
BOH
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
84H
71H
7
F8H
07H
空白
FFH
00H
8
80H
7FH
P
8CH
73H
注:
(1)本表所列各字符的显示段码均为小数点不亮的情况。
(2)“空白”字符即没有任何显示。
根据AT89C2051单片机灌电流能力强,拉电流能力弱的特点,我们选用共阳数码管。
将AT89C2051的P1.0~P1.7分别与共阳数码管的a~g及dp相连,高电平的位对应的LED数码管的段暗,低电平的位对应的LED数码管的段亮,这样,当P0口输出不同的段码,就可以控制数码管显示不同的字符。
如:
当P0口输出的段码为11000000,数码管显示的字符为0。
数码管显示器有二种工作方式,即静态显示方式和动态扫描显示方式。
为节省端口及降低功耗,本系统采用动态扫描显示方式。
动态扫描显示方式需解决多位LED数码管的“段控”和“位控”问题,本电路的“段控”(即要显示的段码的控制)通过P0口实现;而每一位的公共端,即LED数码管的“位控”,则由P3口控制。
这种连接方式由于多位字段线连在一起,因此,要想显示不同的内容,必然要采取轮流显示的方式,即在某一瞬间,只让其中的某一位的字位线处于选通状态,其它各位的字位线处于断开状态,同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。
在这一瞬时,只有这一位在显示,其他几位则暗。
在本系统中,字位线的选通与否是通过PNP三极管的导通与截止来控制,即三极管处于“开关”状态。
系统的时分显示部件由4只7段共阳LED数码管构成,前两只用于时的显示,后两只用于分的显示。
值得一提的是,在设计中需要实现时与分之间的两个闪烁点,为此,将第三只LED数码管倒置摆放,这样就形成了两个很自然的闪烁点。
与此同时,为了能使两点显示能够形象的表示时钟“秒”的变化,设计时,将两个点由P1.7单独控制,每隔一秒使P1.7发送一个正脉冲,从而实现了两个点的闪烁显示,闪烁周期为一秒。
2.2系统程序的设计
本系统的软件系统主要可分为主程序和定时器中断程序两大模块。
在程序过程中,加入了抗干扰措施。
下面对部分模块作介绍。
2.1.1系统主程序设计
主程序的功能是完成系统的初始化,在显示时间之前,对系统是否停电状态进行检测;若停电,将系统进入低功耗状态,用电池电压维持单片机计时工作,但此时不显示时间,用节省用电;若不停电,则将时分发送显示。
程序流程如图2.5所示。
2.2.2中断程序设计
中断程序(如图2.6所示)完成时间计数,时间调整,误差消除等功能。
中断采用AT89C2051内部T0中断实现,定时时间为125ms,当时间到达125ms×8,即1分钟时,分计数缓冲器MINBUFFER增加1,到达1小时,则时计数缓冲器HOURBUFFER增加1,并将分、时的个位、十位放入显示缓冲器。
当分计数缓冲器和时计数缓冲器分别到达60min、24h时,则对它们清零,以便从新计数。
在中断设计中,还通过软件实现了累计误差消除功能,使整个系统时间的精确度得到保证。
图2.5系统主程序流程图图2.6定时中断程序
3结束语
上述电子钟,无论在外观上还是功能上都实现了较为完善的设计。
特别值得一提的是本系统在精度上的设计,突破传统的方法,对可能产生的积累误差采用“抵消法”,从而有效地降低了时间误差。
由于计数时产生的积累误差所导致的时间误差,是所有的电子计时系统共同存在的问题。
但在目前市场上的电子时钟产品,如计算机中的时钟,手机中的时钟等并没有有效的采取消除误差的措施。
本系统设计的消除积累误差来减少时间误差的软件方法,并不需要任何的硬件,因此在不增加成本的情况下,可以普遍用于所有的电子时钟产品。
注意,总结不是写个人体会,不要出现“我”、“本人”之类的词,是总结本设计的内容,例如,实现什么功能,怎么实现的,有什么特别之处,有什么优、缺点,今后可如何改进之类。
参考文献
[1]张毅刚,彭喜源,谭晓昀.MCS-51系列单片机实用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2008.
[2]楼苗然,李光飞.单片机课程设计指导[M].北京航空航天大学出版社,2007.
[3]
[4]
[5]
请按实际情况填写,至少5个
附录1材料清单
名称
型号
数量
单片机
AT89C2051
1
数字集成芯片
CD4017
2
数字集成芯片
CD4069
1
超高亮数码管
共阳尺寸0.5inch
4
高亮发光二极管
3红、透明
13
高亮发光二极管
3绿、透明
50
普通二极管
IN4001
4
普通二极管
IN4148
2
稳压二极管
C4V7(4.7V)
1
三极管
9012
5
三极管
9013
1
轻触按键
小(尺寸6×6mm×5.5)
3
蜂鸣器
5V
1
晶振
6M(小体积)
1
底座
14脚
1
底座
16脚
2
底座
20脚
1
底座
40脚
1
电阻
220欧姆,1/8瓦
8
电阻
4.7K,1/8瓦
5
电阻
100欧姆,1/8瓦
1
电阻
10k,1/8瓦
4
电阻
270欧姆,1/8瓦
1
电容
100微法/25伏
2
电容
220微法/25伏
1
电容
30P瓷片
3
电容
104(0.1微法)
3
变压器
5V/100MA
1
电源线
150cm
1
固定脚
铜
3套
PCB线路板
直径11.5
1
附录2电路原理图
附录3实物图
附录4主要程序清单
ALARMHBUFF2EQU77H;闹铃时间的时十位计时绶冲
ALARMHBUFF1EQU76H;闹铃时间的时个位计时绶冲
ALARMMBUFF2EQU75H;闹铃时间的分十位计时绶冲
ALARMMBUFF1EQU74H;闹铃时间的分个位计时绶冲
HBUFF2EQU73H;时十位计时绶冲
HBUFF1EQU72H;时个位计时绶冲
MBUFF2EQU71H;分十位计时绶冲
MBUFF1EQU70H;分个位计时绶冲
DPEQU6FH;控制数码管点的亮暗
NUMEQU78H;前四秒还是后四秒计数
SBUFFEQU79H;秒十进制计时绶冲(低四位对应个位,高四位对应十位)
MBUFFEQU7AH;分十进制计时绶冲
HBUFFEQU7BH;时十进制计时绶冲
ALARMMBUFFEQU7CH;闹铃时间的分十进制计时绶冲
ALARMHBUFFEQU7DH;闹铃时间的时十进制计时绶冲
NUMT1EQU67H;用于控制时间调整时按键p3.2一次按下时,计数器T1中断的次数
NUMT2EQU68H;用于控制时间调整时按键p3.3一次按下时,计数器T1中断的次数
KEYNUMT1EQU69H;用于存储NUMT1已经计数到第几个半秒
KEYNUMT2EQU6AH;用于存储NUMT1已经计数到第几个半秒
STOREKEYNUMT2EQU6BH;用于存储当前KEYNUMT1的值,以和下次做比较,看是否有变化
STOREKEYNUMT1EQU6CH;用于存储当前KEYNUMT2的值,以和下次做比较,看是否有变化
ORG0000H
AJMPSTART
ORG000BH
MOVTH0,#0BH;设置计数初值,R4用来存储低位的初值
MOVTL0,R4
AJMPINTERT0
ORG001BH
AJMPINTERT1
ORG0040H
START:
MOVNUMT1,#00H
MOVNUMT2,#00H
MOVKEYNUMT1,#00H
MOVKEYNUMT2,#00H
MOVSTOREKEYNUMT2,#00H
MOVSTOREKEYNUMT1,#00H
MOVNUM,#8
MOVDPTR,#TAB
MOVALARMHBUFF,#18H;置闹铃时间初始值为18:
55
MOVALARMMBUFF,#55H
MOVALARMHBUFF2,#01H
MOVALARMHBUFF1,#08H
MOVALARMMBUFF2,#05H
MOVALARMMBUFF1,#05H
MOVHBUFF2,#01H;置闹钟时间为18:
53
MOVHBUFF1,#08H
MOVMBUFF2,#05H
MOVMBUFF1,#03H
MOVHBUFF,#18H
MOVMBUFF,#53H
MOVSBUFF,#3CH;置初始秒为60,计时时减
MOVTCON,#05H;下降沿触发
MOVTMOD,#11H;初始化定时器,T0,T116位计时
MOVTH0,#0BH;设置计数初值,125ms计时
MOVTL0,#0DBH
MOVTH1,#3CH;T1置初值,进行100ms计时,用于调整时间
MOVTL1,#0B0H
MOVIE,#82H;开T0中断
SETBPT0;T0中断优先级最高
SETBTR0;允许T0计数
SETBP3.2
SETBP3.3
START1:
MOVA,HBUFF;显示时,7点以前及21点以后亮度调暗
SUBBA,#7H
JCSTART2
MOVA,HBUFF
SUBBA,#21H
JNCSTART2
ACALLDISPLAY
ACALLZDBS
AJMPSTART3
START2:
ACALLNIGHTDISPLAY
START3:
MOVA,ALARMHBUFF;检测是否是定闹时间
CJNEA,HBUFF,START4
MOVA,ALARMMBUFF
CJNEA,MBUFF,START4
MOVC,DP;若是定闹时间,则利用dp的值来决定蜂鸣
MOVP3.2,C
MOVA,SBUFF
JNZSTART1;若还没到1分钟,则继续蜂鸣
SETBP3.2
START4:
JNBP3.2,ADJUSTTIME1;循环等待中断,并检测是否键按下,若是,则进入相应程序
JNBP3.3,ADJUSTTIME2
AJMPSTART1
AJMPSTART1
;****************
;*int0中断子程序*
;****************
ADJUSTTIME1:
NOP
MOVKEYNUMT1,#00H
MOVTH1,#3CH;T1置初值,进行100ms计时,用于调整时间
MOVTL1,#0B0H
SETBET1;开T1中断
SETBPT1;设T1中断优先级最高
SETBTR1;允许T1计时
MOVSTOREKEYNUMT1,KEYNUMT1;存储当前次KEYNUMT1的值
TIME1_1:
ACALLDISPLAY
MOVA,KEYNUMT1
CJNEA,STOREKEYNUMT1,TIME1_2;若当前KEYNUMT1的值与上一次的值不等,则时间加1分,否则继续循环,等等至半分钟
AJMPTIME1_3
TIME1_2:
MOVSTOREKEYNUMT1,KEYNUMT1;加1后存储当前的KEYNUMT1的值
ACALLADDBUFF0;分加1
TIME1_3:
JNBP3.2,TIME1_1;若p3.2已关,则退出增时,否则继续循环
CLRET1
CLRPT1
CLRTR1
AJMPSTART1
;********************
;*****时间增1分******
;********************
ADDBUFF0:
MOVA,MBUFF;若按键小于1s,则分增1
ADDA,#1
DAA
MOVMBUFF,A
ANLA,#0FH
MOVMBUFF1,A
MOVA,MBUFF
SWAPA
ANLA,#0FH
MOVMBUFF2,A
MOVA,MBUFF
CJNEA,#60H,ADDBUFF1
MOVMBUFF,#00H
MOVMBUFF2,#00H
MOVMBUFF1,#00H
MOVA,HBUFF;时增1
ADDA,#1
DAA
MOVHBUFF,A
ANLA,#0FH
MOVHBUFF1,A
MOVA,HBUFF
SWAPA
ANLA,#0FH
MOVHBUFF2,A
MOVA,HBUFF
CJNEA,#24H,ADDBUFF1;若没到24小时,则不必初值置0
MOV