基于单片机交通灯课程设计文档Word文档下载推荐.docx
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1.3方案介绍及工作原理·
2硬件系统的设计·
5
2.1硬件系统各模块功能介绍·
2.2电路原理图·
6
2.3电路PCB图·
2.4元器件布局图·
2.5元器件清单·
3软件系统的设计·
7
3.1软件系统各模块功能·
3.2主程序设计·
3.3程序流程图·
8
3.4程序清单·
10
4设计总结·
11
4.1使用说明·
4.2设计心得及体会体会·
4.3教学建议·
12
参考文献·
13
致谢·
14
附录·
15
附录一电路原理图·
附录二PCB顶层图·
16
附录三PCB底层图·
17
附录四元器件布局图·
18
附录五元器件清单·
19
附录六程序清单·
20
1设计要求及总体方案介绍
1.1设计课题任务
本系统是交通灯的控制设计，设计一个具有特定功能的十字路口交通灯，该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。
按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。
要求甲车道和乙车道两条交叉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，同时禁止其他车辆通过。
1.2功能要求说明
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”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向开始一直亮绿灯，东西方向一直亮红灯，直到显示为“03”时，南北方向每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”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向一直亮红灯，东西方向一直亮绿灯，直到显示为“03”时，东西方向每隔一秒黄灯就闪烁一次，南北方向一直亮红灯，直到显示为“00”，当没有其他键按下时，交通灯将这样一直循环下去。
当按下结束键S2并释放后，数码管将显示“P.”,东西南北方向无灯亮。
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。
1.3方案介绍及工作原理
1.3.1方案介绍
本系统是交通灯的控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯，南北红灯。
然后转状态1东西红灯，南北绿灯通车。
过一段时间转状态2南北绿灯灭，黄灯闪烁3次，东西仍然红灯。
再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。
过一段时间转状态4，东西绿灯灭，闪3次黄灯，南北仍然红灯。
最后一直循环。
系统整体框图如图1.1所示。
图1.1系统总体框图
1.3.2工作原理
首先时钟电路产生单片机工作时所需要的时钟信号，这是单片机能够正常工作的前提，而单片机有无定时的基础以及定多长的时间，这些还需要我们人为的确定。
我是采用延时程序来反复调用来定时，在我们的硬件电路中，按键的键功能程序在中断服务中，在正常情况下会不断运行主程序，当有键按下时，CPU去转去执行中断程序，而中断程序可以执行三种键功能：
第一个是十秒倒计时紧急红灯亮；
第二个是结束倒计时，显示P.；
第三个是重新开始倒计时。
其原理是当有键按下时，通过键扫程序来具体判断到底是哪个键按下，CPU才会去执行中断里面的某个键功能。
2硬件系统的设计
2.1硬件系统各模块功能介绍
2.1.1显示电路设计
单片机应用系统最常用的显示器是LED（发光二极管显示器）、LED（液晶显示器）。
这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态。
它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉，因此，得到了广泛应用。
本次设计要显示数字倒计时，用数码管动态显示。
将LED显示器各位数码管的所有段控端相应地并联在一起，由P0的8个口线控制，形成段选线多路复用，而各位数码管的共阳极实现各位的分时选通。
共阳极数码管字形代码表如表2.1所示。
表2.1共阳极数码管字形代码表
字型
共阳代码
C0H
82H
1
F9H
F8H
2
A4H
80H
B0H
9
90H
4
99H
P.
0CH
92H
灭
FFH
2.1.2发光二极管指示灯电路
该电路部分是交通信号灯的主要显示部分。
采用发光二极管构成，按交通规划分红、黄、绿三种颜色。
发光二极管直接与单片机的I/O端口相连，绿灯和黄灯控制器还有红灯控制器的控制信号都是由秒脉冲发生器给出的。
2.1.3键盘控制电路
键盘是最常用的输入设备，是实现人机对话的纽带。
按其结构形式可分为非编码键盘和编码键盘。
编码键盘采用硬件方法产生键码。
每按下一个键，键盘能自动生成键盘代码，键数较多，且具有去抖动功能。
这种键盘使用方便，但硬件较复杂。
非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其键码由软件确定，这种键盘键数较少，硬件简单，广泛应用于各种单片机应用系统，在单片机控制电路中，可把单片机使用的键盘分为独立式和矩阵式两种。
独立式实际上就是一组独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O口连接，即每个按键独占一条口线，这种接法简单。
矩阵式键盘也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以键按行列组成矩阵。
本设计中键盘数目较少，且为安装方便，因此在本设计中采用独立式接法。
按从一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：
一是键的识别，即在键盘中找出被按的是哪个键，另一项是键功能的实现。
第一项工作是使用接口电路实现的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。
具体来说，键盘接口应完成以下操作功能：
（1）键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键”）。
（2）键识别，以确定闭合键的行列位置。
（3）产生闭合键的键码。
（4）排除多键、串键（复键）及去抖动。
以上这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电路来完成。
但具体哪些由硬件哪些由软件完成，要看接口电路的情况。
总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就得复杂一些。
2.1.4电源电路设计
因为本次设计所需电源的模块有单片机最小系统，数码管显示器，二极管交通灯，它们所需电源都为+5V，因而电源设计只需设计一个+5V电源。
为了供电方便，我们直接在插孔处引一根数据线用USB接口供电。
2.2电路原理图
电路原理图见附录一所示。
2.3电路PCB图
电路PCB图见附录二、三所示。
2.4元器件布局图
元器件布局图见附录四所示。
2.5元器件清单
元器件清单见附录五所示。
3软件系统的设计
3.1软件系统各模块功能
3.1.1显示P.模块
该模块的功能是在单片机上电或者复位后，在数码管上显示“P.”，此时系统处于等待工作状态。
在按下开始按钮后，跳出此模块，进入正常的工作状态。
3.1.2亮灯模块
该模块的功能是控制交通灯的亮与灭，在程序中，先控制主路的绿灯亮60S，再黄灯闪烁3秒，同时支路上的红灯亮60S;
再控制支路上的绿灯亮30S,再黄灯闪烁3秒，同时主路上的红灯亮30S。
正常情况下，随着主程序循环。
当紧急按钮按下后，控制两个路口的红灯同时亮十秒，待紧急时间过去，主动跳出至原来位置。
3.1.3显示模块
该模块的功能是主路和支路上的时间显示。
当系统开始运行时，同时在主路和支路上显示60S的倒计时，待60S过后，同时在主路和支路上显示30S的倒计时，正常情况下，随着主程序循环。
当按下紧急按钮之后，同时在主路和支路上显示10S的倒计时，之后自动跳出。
3.1.4紧急按钮模块
该模块的功能是在出现紧急情况下，按下紧急按钮，送入单片机信号，系统进入紧急状态，在数码管显示10S倒计时，同时主路和支路的红灯都亮。
待10S过后，自动跳出。
3.1.5延时模块
该模块的功能是为其他各模块提供延时。
不论是数码管显示的延时，红绿灯亮的延时，黄灯的闪烁，都需要此模块来提供延时。
3.2主程序设计
系统（上电）复位后，进入主程序。
首先对系统进行初始化，包括设置各入口地址、中断的开启、对各个数据缓存区清“0”、赋定时器初值化，初始化完毕后，就进入数码管显示程序。
在主程序中还进行了赋寄存区的初始值、设置定时器初值等操作，当定时时间到时就转去执行定时中断程序。
并在执行完后返回主程序。
具体流程图见图3.1所示。
否
是
图3.1主程序流程图
3.3程序流程图
是
图3.2定时器中断程序流程图
否
图3.3显示程序流程图
图3.4键扫程序流程图
3.4交通灯程序清单
交通灯程序清单见附录六。
4设计总结
4.1使用说明
本实验主要是利用单片机AT89S52、数码管和发光二极管组成，整个电路结构比较简单，它能实现以下几个功能：
●时间的显示。
●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。
当按下启动按钮并释放后，数码管显示将会从“60”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向开始一直亮绿灯，东西方向一直亮红灯，直到显示为“03”时，数码管将会从“03”开始倒计时，每隔一秒减1，此时南北方向每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”开始倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向一直亮绿灯，直到显示为“03”时，数码管又将从“03”开始倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向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。
当按下结束键并释放后，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，当显示到“00”时，就会自动退出中断继续完成主程序。
4.2设计心得及体会
本次课程设计使我受益良多，这就是理论应用于实践。
通过这次对交通灯的设计，我们更加认识了单片机，更加熟悉了对单片机的应用。
因为只有把各种原理理解后才懂得如何去编程，如何去设计。
在这次设计的过程中，从电路原理图的设计，就透彻的理解了单片机最小系统的构成及其工作原理。
从数码管的选择中，懂得了可以采用不同的元器件，只要我们运用相应的程序，就能达到同样的效果。
发现了理论跟实践存在的巨大差别。
只有实践才能检验所学的理论，才能发自己对理论认识的误区和盲点。
在软件的设计过程中，收获更大。
通过此次设计程序，透彻的明白了每一个指令的应用方法和功能，很好的统一复习了单片机的指令系统。
也正是在运用中也发现了自己对部分指令的错误认识和误区，在改正错误中获得了收获。
在实验的基础上，再一次对keil软件进行了一次全面的运用，更加熟悉了keil软件的各项功能。
当最终看到自己的成果握在手中时，有一种非常美妙的成绩感，也激发了自己的学习兴趣。
增强了自信，培养了自己的各个方面的能力。
4.3教学建议
学完了单片机，又收获了一门专业课程，又多接触了一门课程的老师。
在我看来，虽然我学得并不怎么好，但是这门课让我的收获很多。
王老师是认真和严谨的，让我们明白对待知识，对待求知是容不得半点马虎的。
对于教学建议我有点小建议：
王老师经常跟我们说学好一门知识是要应用于实际的，所以我希望老师能够推荐一些小实物要我们做，特别是生活中常用之物。
这样更能锻炼我们的实际操作能力，还有对学单片机的兴趣。
其实我们学生还是缺乏主动性的，没有方向感，不知道什么是值得什么不值得。
王老师还可以多介绍些与单片机相关的资料书给学生，培养学生查阅资料书的能力。
这个我个人认为很重要，特别是对于那些想深造的学生大有裨益。
参考文献
[1]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础（第3版）[M].北京：
北京航空航天
大学出版社，2007
LiGuangdi,ZhuYue-Xiu,coldancestralQi.Microcontroller-based（3rdedition）[M].Beijing:
BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsUniversityPress,2007
[2]刘文秀.单片机应用系统仿真的研究[J].现代电子技术.2005,第286期
LiuWenXiu.MicrocontrollerApplicationSystemSimulation[J].Modernelectronictechnology.2005,No.286
[3]曹巧媛.单片机原理及应用[M]，北京：
电子工业出版社，1997.7
CaoQiaoYuan.MicrocontrollerTheoryandApplications[M],Beijing:
ElectronicIndustryPress,1997.7
[4]张洪润，兰清华.单片机应用技术教程[M]，北京：
清华大学出版社，1997.11
ZhangHongrun,LanQinghua,MCUapplicationtechnologytutorial[M],Beijing:
TsinghuaUniversityPress,1997.11
致谢
一个月的时间，从知识准备，到硬件设计，软件设计。
每一个环节都很好的提升了自己的能力。
之所以能力得到了提高，就是从不知到知，从犯错到改正，而这个转变的过程中除了自己翻遍了几本参考文献，也得到了老师和很多同学的帮助。
班级同学在设计的各个环节中，只要问题，就有人热情的帮助，让我的这次课程设计获得了成功，从中学到了很多新知识，巩固了旧知识。
最终感谢指导老师--王韧老师，教我认识单片机，教我学习单片机，在这次课程设计中，让我不论是在知识上还是能力上都有了一个很到的提高，从中学到了知识，增强了自信。
附录
附录一电路原理图
附录二PCB顶层图
附录三PCB底层图
附录四元器件布局图
附录四交通灯元器件清单
名称
规格
数量
备注
电阻
470
16个
1K
2个
200Ω
1个
电容
33pF
22μF
极性电容
发光二极管
按键
6个
开关
下载口
晶振
12MHz
排阻
10KΩ
1排
单排针
若干
芯片
AT89S52
1块
4位数码管
2块
脚座
40
附录五程序清单
;
**********************************************************************************:
项目名称:
交通灯设计
设计者：
刘德良
设计日期：
2010年12月21日
**********************************************************************************;
堆栈栈底7FH;
LED数码管显示器设定;
P0.7---P0.0段控线，接LED的显示段dp,g,f,e,d,c,b,a
P2.7---P2.0位控线,从左至右（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
显示缓冲区设定从左至右依次为7FH,7EH,7DH,7CH,7BH,7AH,79H,78H（LED7,LED6,LED5,LED4,LED3,LED2,LED1,LED0）
子程序;
KEY（键盘扫描子程序）;
DL（延时子程序）
常数表格;
TAB（共阳数码管字型代码表）
*********************************************************************************;
中断服务程序;
*********************************************************************************;
键功能程序;
KEY（键盘扫描子程序）
*********************************************************************************;
数据存储器变量及常量单元定义;
************************************************
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