单片机交通灯毕业课程设计报告含电路图源程序.docx

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单片机交通灯毕业课程设计报告含电路图源程序

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摘要1

1.引言2

2.总体设计方案2

2.1.设计思路2

2.1.1.设计目的2

2.1.2.设计任务和内容3

2.1.3.方案比较、设计与论证3

2.1.4.芯片简介5

2.2.设计方框图8

3.设计原理分析8

3.1.交通灯显示时序的理论分析与计算8

3.2.交通灯显示时间的理论分析与计算10

3.3.电路模块11

3.3.1.LED数码管显示模块11

3.3.2.LED红绿灯显示模块13

3.3.3.复位电路15

3.3.4.晶振电路16

4.结束语16

5.参考文献16

6.附录17

6.1.附录1：

程序清单17

6.2.附录2：

电路设计总图22

6.3附录3：

实物图23

1.总体设计方案

1.1.设计思路

1.1.1.设计目的

（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

1.1.2.设计任务和内容

1.1.2.1.设计任务

单片机采用用AT89S52芯片，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯，用8段数码管对转换时间进行倒时（东西路口15秒，南北路口25秒，黄灯时间5秒）。

1.1.2.2.设计内容

（1）设计并绘制硬件电路图

（2）制作PCB并焊接好元器件

（3）编写程序并将调试好的程序固化到单片机中

1.1.3.方案比较、设计与论证

1.1.3.1.电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。

此方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

综上所述，我们选择第二种方案。

1.1.3.2.复位方案

复位方式有两种：

按键复位与软件复位。

由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。

1.1.3.3.输入方案

方案一：

采用89S52扩展IO口及键盘，显示等。

该方案的优点是：

使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。

若用该方案，可提供较多IO口,但操作起来稍显复杂。

方案二：

直接在IO口线上接上按键开关。

因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用2个按键，分别是K1、K2。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的IO口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二

1.1.3.4.显示界面方案

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。

基于上述原因，我们考虑了三种方案：

方案一：

完全采用数码管显示。

这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。

方案二：

完全采用点阵式LED显示。

这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。

方案三：

采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。

这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。

权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。

设计方框图

整个设计以AT89S52单片机为核心，由数码管显示，LED数码管显示,复位电路组成。

硬件模块入图2-1。

1.1.3.5.交通管理的方案论证

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。

黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。

指示灯燃亮的方案如表2。

25S

5S

25S

5S

……

东西道

红灯亮

红灯亮

绿灯亮

黄灯亮

……

南北道

绿灯亮

黄灯亮

红灯亮

红灯亮

……

表2说明：

（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。

时间为25秒。

（2）黄灯5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。

（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。

时间为25秒。

（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。

1.1.4.芯片简介

1．AT89S52单片机简介

其引DIP封装的脚图如下：

　　主要性能

　　与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程IO口线、三个16位定时器计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

　　功能特性描述

　　At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位IO口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52

　　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向IO口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻

　　辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

　　当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址数据复用。

在这种模式下，

　　P0具有内部上拉电阻。

　　在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验

　　时，需要外部上拉电阻。

　　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO口，p1输出缓冲器能驱动4个

　　TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入

　　口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　此外，P1.0和P1.2分别作定时器计数器2的外部计数输入（P1.0T2）和时器计数器2

　　的触发输入（P1.1T2EX），具体如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能

　　P1.0T2（定时器计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在系统编程用）

　　P1.6MISO（在系统编程用）

　　P1.7SCK（在系统编程用）

　　P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2输出缓冲器能驱动4个

　　TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入

　　口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）

　　时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用

　　8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

　　在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向IO口，p2输出缓冲器能驱动4个

　　TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入

　　口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2INTO（外中断0）

　　P3.3INT1（外中断1）

　　P3.4TO（定时计数器0）

　　P3.5T1（定时计数器1）

　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）

　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

　　RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

　　ALEPROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

　　对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

　　如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

　　PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

　　EAVPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

　　如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

　　FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

1.2.设计方框图

2.设计原理分析

2.1.交通灯显示时序的理论分析与计算

对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：

车流量=车流时间来表示。

先设定一些标号如图2－1所示。

说明：

此图为直方图，上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西路口灯。

图2－2所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四的状态为一个周期，循环执行（见图2－3）。