交通灯 单片机课程设计文档格式.docx

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设计要求

1.编程语言：

汇编或C51；

2.计算机打印《单片机技术》课程设计说明书一份；

3.设计时间：

一周；

4.实物制作；

5.人员分组：

一人一组一实物。

进度安排

起止日期

工作内容

备注

2010-11-01

2010-12-13

2010-12-14

2010-12-17

2010-12-18

了解课程设计的内容，设计要求，选定课题

查找课程设计书籍并集合有用资料作

绘制PCB,制作电路板并编写程序

画电路原理图并进行电路仿真

进行设计报告的分析与设计

打印设计报告

主要参考资料

[1].李广弟，朱月秀.单片机基础[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2007.100～154

[2].张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安：

西安电子科技大学出版社，1998.125～130

[3].李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京:

北京航空航天大学出版社，2004.55～63

[4].李东生，张勇，许四毛.protel99s电路设计与应用[M].北京：

电子工业出版社，2004.78～110

[5].涨红润，马平安，张亚凡.单片机原理及应用[M].北京：

科学出版社，2002.113～118

摘要

单片机渗透到我们生活的各个领域，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

科技越发达，智能化的东西就越多，使用的单片机就越多。

看来学单片机是社会发展的需求。

本次设计的题目是基于单片机的交通灯设计，系统主要由单片机AT89S52控制，实现数据存储，并结合外围的键盘输入、LED显示、LCD显示等电路模块，实现相关的功能。

所设计的系统能完成以下功能：

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。

本设计有成本低，易操作，实用等特点。

关键词：

单片机；

交通灯；

AT89S52；

LED显示

ABSTRACT

SCMpenetratedintoeveryaspectofourlives,missilenavigationdevices,theplaneonvariouskindsofinstrumentcontrol,computernetworkcommunicationanddatatransmission,industrialautomationprocessreal-timecontrolanddataprocessing,iswidelyusedinallkindsofintelligentICcard,civilluxurycarsecuritysystem,videocamera,videocamera,full-automaticwashingmachinecontrol,aswellasprogram-controlledtoys,electronicpets,etc,theseareinseparablefrommicrocontroller.Mentionautomaticcontrolfieldofrobot,intelligentinstrument,medicalequipment.Therefore,SCM'

sstudy,developmentandapplicationofcomputerapplicationwillcreateandintelligentcontrolofscientistsandengineers.OpinionMCUistomeettheneedsofsocialdevelopment.

Thisdesigntopicisbasedonsinglechiptrafficlightsdesign,systemmainlyconsistsofmonolithicintegratedcircuitAT89S52control,realizedatastorage,andcombiningtheperipherykeyboardinput,LEDdisplay,LCDdisplay,etc.Torealizethecircuitmodulerelatedfunctions.Thesystemdesignedtocompletethefollowingfunctions:

armourdrivewayandblanetwointersectingroadsvehiclesonalternateoperation,armour,andeachtrafficlaneprimarilydrivewaytimefor60seconds,blanesfortimes,eachtimetrafficlanetimefor30seconds,requestyellowlightsfor3seconds,and1secondtwinkleagain.Haveemergencyvehiclesappear,redlightsallbright,emergencyvehicletraffictime10seconds,andprohibitsothervehiclesthrough.Thisdesignhasthecharacteristicsforlowcost,easytooperateandpracticalandsoon.

KeyWords：

Microcontroller;

Trafficlights;

AT89S52Devices;

LEDDisplay

1..设计要求及总体方案介绍

1.1设计课题任务--------------------------------------------------------1

1.2功能要求说明--------------------------------------------------------1

1.3设计总体方案介绍及工作原理说明--------------------------------------2

1.3.1总体方案介绍---------------------------------------------------2

1.3.2工作原理------------------------------------------------------2

2..硬件系统的设计

2.1硬件系统各模块功能介绍----------------------------------------------3

2.1.1显示电路-------------------------------------------------------3

2.1.2指示灯控制电路-------------------------------------------------3

2.1.3键盘控制电路---------------------------------------------------4

2.1.4时钟电路-------------------------------------------------------4

2.1.5复位电路-------------------------------------------------------4

2.2电路原理图----------------------------------------------------------5

2.3电路PCB图----------------------------------------------------------5

2.4元器件布局图--------------------------------------------------------5

2.5元器件清单----------------------------------------------------------5

3..软件系统的设计

3.1单片机的使用资源情况------------------------------------------------6

3.1.1硬件资源使用说明-----------------------------------------------6

3.1.2交通灯的分配表-------------------------------------------------6

3.2软件模块功能介绍----------------------------------------------------7

3.3程序流程图----------------------------------------------------------7

3.4程序清单------------------------------------------------------------8

4..设计总结

4.1使用说明------------------------------------------------------------9

4.2仿真结果------------------------------------------------------------9

4.3误差分析-----------------------------------------------------------11

4.4设计体会-----------------------------------------------------------11

参考文献-------------------------------------------------------------------13

致谢---------------------------------------------------------------------14

附录---------------------------------------------------------------------15

附录一电路原理图-------------------------------------------------------15

附录二电路PCB图-------------------------------------------------------16

附录三元器件布局图-----------------------------------------------------17

附录四元器件清单-------------------------------------------------------17

附录五实物图-----------------------------------------------------------18

附录六程序清单---------------------------------------------------------18

第一章设计要求及总体方案介绍

1.1设计课题任务

1.2功能说明

本次课程设计在硬件方面的接法如下：

P3口接二极管，P3.0、P3.1、P3.2口线分别来控制东西方向的绿灯、黄灯和红灯;

P3.3、P3.4、P3.5口线分别控制南北方向的红灯、黄灯和绿灯。

P2口作为数码管的位控，P0口作为数码管的段控，P1口作为输入部分（这里用到了P1.0、P1.1、P1.2口线），控制数码管的显示情况和二极管的亮灭情况。

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K0并释放后，数码管显示将会从“57”开始倒计时，每隔一秒减1，此时东西方向开始一直亮绿灯，南北方向一直亮红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“03”开始倒计时，每隔一秒减1，此时东西方向每隔一秒黄灯就闪烁一次，南北方向亮一直红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“27”开始倒计时，此时东西方向一直亮红灯，南北方向一直亮绿灯，直到显示为“00”时，数码管又将从“03”开始倒计时，此时东西方向一直亮红灯，南北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K2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JINJI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。

单片机采用AT89S52，fosc=12MHZ。

其按键功能如表1.1所示。

表1.1按键功能

按键

键名

功能

P1.0

K0键

启动键

P1.2

K2键

结束键

P1.1

JINJI键

紧急键

1.3设计总体方案介绍及工作原理说明

1.3.1总体方案介绍

该交通灯电路由单片机AT98S52、键盘接口电路、显示接口电路、发光二极管控制电路、时钟电路和复位电路构成，原理框图如图1.1所示。

图1.1原理框图

（1）电源提供方面

采用独立的稳压电源，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供使用。

（2）显示方面

采用数码管显示，用来显示有限符号和数码字符。

（3）键盘输入方面

直接在I/O口线上接按键开关，因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源较多。

此设计共用到了3个按键，分别为：

K0、JINJI、K2。

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50ms延时中断程序用来定时，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。

当有键按下时，外部中断0口线就会变成低电平，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。

8个发光二极管是由P3口控制的，P3口与二极管之间串接一个限流电阻使二极管不易烧坏，采用送低电平有效。

第二章硬件系统的设计

2.1硬件系统各模块功能介绍

2.1.1显示电路

在本次课程设计中，我采用的是八位共阳数码管，显示原理跟单个LED的显示原理完全相同，在段控线和位控线都串接一个电阻，以提高其输出功率，在这里采用220欧母电阻。

显示及驱动电路图如图2.1。

图2.1显示及驱动电路

2.1.2指示灯控制电路

本次课程设计采用P3口控制二极管的发光情况，口线送低电平有效，具体设计如下:

P3.0控制东西方向的绿灯，P3.1口控制东西方向的黄灯，P3.2控制东西方向的红灯，

P3.3控制南北方向的绿灯，P3.4控制南北方向的黄灯，P3.5控制南北方向的红灯。

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。

如图2.2所示。

图2.2键盘控制电路

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相应服务程序来完成。

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时钟电路

时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是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按时序进行工作。

通过在芯片的外部XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。

时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，本设计中采用的晶振频率为12MHz，电容为33pF。

2.1.5复位电路

复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，复位是单片机的初始操作，其主要功能是:

为一些专用寄存器设置初始状态、程序状态字PSW清0、程序计数器PC被赋值为0000H等，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，也需安装复位键以重新启动。

RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，完成复位操作共需要24个状态周期，复位结束后，单片机从地址0000H单元开始执行程序，SP为07H,其它寄存器大多数被置为00H,本设计使用频率为12MHz的晶振，所以复位信号持续时间应超过2μs才能完成复位操作。

复位电路分为上电复位、按键复位、按键脉冲复位三种，本次课程设计采用的是按键复位。

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图见附录二所示。

2.4元器件布局图

元器件布局图见附录三所示。

2.5元器件清单

元器件清单见附录四所示。

第三章软件系统的设计

3.1单片机的使用资源情况

3.1.1硬件资源使用说明

●P3口为二极管的控制端

●P0口用作地址/数据总线

●P2口用作地址/数据总线

●P1.0、P1.1、P1.1口线作为键盘输入端

既在AT89S52的P3口用来接八个发光二极管的阴极，控制其亮与灭，P0口和P2口外接由2个LED数码管（LED1、LED0）构成的显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0～P0.7对应于LED的a～dp），P2口作LED的位控输出线（P1.1、P1.0分别对应于LED1、LED0），P2口外接三个个按键K0、JINJI、K2（分别对应于P1.0、P1.1、P1.2口）用于调整显示接口电路。

3.1.2交通灯的分配表

交通灯的口线分配如表3.1所示，“1”表示送高电平，“0”表示送低电平。

表3.1交通灯分配表

P3.0

东西绿灯

1

P3.1

东西黄灯

P3.2

东西红灯

P3.3

南北绿灯

P3.4

南北黄灯

P3.5

南北红灯

控制码

DEH

DDH

F3H

EBH

状态说明

南北禁止，东西放行

南北禁止，东西警告

南北放行，东西禁止

南北警

告，东西

禁止

3.2软件模块功能介绍

主程序模块的主要任务是程序的初始化显示“P.”，当没任何键按下时，显示模块将一直不变，交通灯全部是熄灭的，当K0键按下并松开后开始倒计时，

其中在时间显示的过程中判断是否有JINJI和K2键按下，如果是K2按下，将显示“P.”，并且发光二极管全部熄灭，如果是JINJI按下，数码管将开始十秒倒计时，并且东西南北的红灯全部亮起来。

显示模块包括送缓冲区模块，BCD码转换和送显示等，通过这些模块完成了显示的功能，并能按照我们所熟悉的时钟时间进行显示。

3.3程序流程图

主程序的流程图如图3.1所示，按键判断程序流程图如图3.2所示

图3.1主程序流程图

图3.2判断按键程序流程图

3.4程序清单

程序清单详见附录六

第四章设计总结

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，

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K1并释放后，数码管显示将会从“57”开始倒计时，每隔一秒减1，此时东西方向开始一直亮绿灯，南北方向一直亮红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“05”开始倒计时，每隔一秒减1，此时东西方向每隔一秒黄灯就闪烁一次，南北方向亮一直红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“27”开始倒计时，此时东西方向一直亮红灯，南北方向一直亮绿灯，直到显示为“00”时，数码管又将从