课程设计报告样例.docx
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课程设计报告样例
广西科技大学
单片机技术课程设计报告
课程：
单片机技术
题目：
学院：
专业：
姓名：
学号：
指导老师：
完成时间：
成绩评定
设计报告得分S1：
（百分制）
平时考勤得分S2：
（百分制）
问题回答得分S3：
（百分制）
总成绩：
（S1×0.6+S2×0.2+S3×0.2）
指导教师签字年月日
摘要
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。
一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。
回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。
他的建议立即得到有关方面的肯定。
于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。
模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。
以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。
本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。
和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。
关键词：
交通灯单片机数码管
目录
1.概述............................................................1
2系统总体方案及硬件设计...........................................2
2.1设计内容.....................................................2
2.2设计要求.....................................................2
2.3总体设计思想.................................................2
2.4设计参考.....................................................2
2.5知识点准备...................................................2
3各模块设计.......................................................3
3.1设计项目简介.................................................3
3.2总体设计.....................................................3
3.3硬件设计.....................................................3
3.4软件设计.....................................................9
4软件仿真.........................................................12
5课程设计体会.....................................................13
参考文献...........................................................14
附录一程序清单.....................................................15
附录二系统原理图...................................................21
1概述
自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。
近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。
本模拟交通灯系统利用单片机AT89C52作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。
从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。
系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。
本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。
和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。
2系统总体方案及硬件设计
2.1设计内容
交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。
模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。
以89C52单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。
（1）数码管选用2位共阴极显示的数码管，共4个；
（2）东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s；
2.2设计要求
•设计单片机最小系统（包括复位按钮、晶振电路等）；
•绘制实现本设计内容的硬件电路（原理图），系统的组成框图。
•相应的控制状态表；
•编写本课程设计内容的软件设计（包含程序流程图和对程序注释）。
•硬件实验部分可选用实验箱测试或Proteus仿真软件实现。
2.3总体设计思想（供参考）
•利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s；
•对两个方向分别显示红、绿、黄灯的剩余时间即可；
•用MAX7219芯片实现共阴极显示驱动；
•A方向的红灯时间=方向的绿灯时间+黄灯缓冲时间。
2.4设计参考
交通灯控制器设计有电源电路、单片机主控电路、显示电路、信号灯电路等组成，如图1所示：
2.5知识点准备：
•+5V电源原理及设计；
•MAX7219工作原理；
•单片机复位电路工作原理及设计（元件选择的依据）；
•单片机晶振电路工作原理及设计（元件选择的依据）；
•数码管显示特性、驱动设计及应用；
•LM1602液晶显示屏特性、驱动设计及应用；
•89C51单片机引脚资源、引脚分配等；
•单片机汇编语言及程序设计（中断、延时子程序的设计）。
3各模块设计
3.1设计项目简介
功能：
交通灯控制器，通过单片机控制交通灯和数码管，实现4路口交通灯的正确亮灭，并能显示发亮交通灯发亮状态的剩余时间。
东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。
类似产品简介：
基于数字电子技术设计的交通灯控制器：
元器件多而复杂，连线复杂易出错，设计困难，且功耗较大，不经济，不利于节约环保。
基于PLC技术设计的交通灯控制器：
设计程序简单易懂，但价格较贵，不经济。
项目特色：
通过单片机控制，进行模块化处理，体积小，功耗低，元器件少且简单，价格实惠，功能齐全，能够实现正常显示，而不会出现4路口交通灯混乱的情况，时间显示正常。
3.2总体设计
总体设计模式图：
用一片AT89C52单片机控制4路口交通灯的亮灭。
单片机发送地址、数据信息给MAX7219，通过MAX7219控制数码管的时间显示。
3.3硬件设计
硬件原理图：
电路图：
硬件选型及相关依据：
AT89C52：
4组8位I/O输入/输出端口，可满足控制所需I/O口数目要求。
可外接时钟电路，有复位管脚，接复位电路可实现复位功能。
接5V高电平，功耗小，价格低。
MAX7219：
串行输入，16位并行输出，可控制8位八段数码管显示。
满足设计中的四位控制要求。
4组2位共阴数码管：
4路口两位数显示，满足所需，易实现控制。
4个LED-GREEN：
10mA额定电流，2.2V额定电压，用于模拟十字路口绿灯亮灭显示。
4个LED-YELLOW：
10mA额定电流，2.0V额定电压，用于模拟十字路口黄灯亮灭显示。
4个LED-RED：
10mA额定电流，2.0V额定电压，用于模拟十字路口红灯亮灭显示。
4个280Ω电阻、8个300Ω电阻：
由VCC=V+IR，（VCC：
5V；I：
LED灯额定电流；V：
LED灯额定电压）计算出电阻大小。
9KΩ电阻1个：
MAX7219的18管脚接高电平时串联电阻。
12MHZ晶振1个、30pf电容2个：
根据经验，12M晶振与2个30p电容并联构成外部时钟振荡电路。
10KΩ电阻1个、1KΩ电阻1个、10uf电解电容1个、1个按键：
构成单片机复位电路。
电容放电时间τ=RC=10K10uf=0.1s>21/12M=s（2个时钟周期），即电容放电时间大于2倍的时钟周期，即可实现复位。
AT89C52简介：
AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性：
与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：
1000写/擦循环；数据保留时间：
10年；全静态工作：
0Hz-24Hz；；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。
MAX7219芯片简介：
MAX7219是MAXIM公司生产的串行输入/输出共阴极数码管显示驱动芯片，一片MAX7219可驱动8个7段（包括小数点共8段）数字LED、LED条线图形显示器、或64个分立的LED发光二级管。
该芯片具有10MHz传输率的三线串行接口可与任何微处理器相连，只需一个外接电阻即可设置所有LED的段电流。
它的操作很简单，MCU只需通过模拟SPI三线接口就可以将相关的指令写入MAX7219的内部指令和数据寄存器，同时它还允许用户选择多种译码方式和译码位。
此外它还支持多片7219串联方式，这样MCU就可以通过3根线（即串行数据线、串行时钟线和芯片选通线）控制更多的数码管显示。
MAX7219
的外部引脚分配如图1所示及内部结构如上图所示。
各引脚的功能为：
DIN：
串行数据输入端
DOUT：
串行数据输出端，用于级连扩展
LOAD：
装载数据输入
CLK：
串行时钟输入
DIG0~DIG7：
8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流
SEGA~SEGGDP7段驱动和小数点驱动
ISET：
通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流
MAX7219有下列几组寄存器：
译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。
编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。
MAX7219读写时序说明：
MAX7129是SPI总线驱动方式。
它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。
要想与MAX7129通信，首先要先了解MAX7129的控制字。
MAX7129的控制字格式如下图。
如图，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：
D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。
在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。
注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。
工作时序图见下图。
由于52是8位单片机故需要分两次来送数据。
数据读写时序图
单片机复位电路：
上电自动复位原理：
在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。
所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
也就是说在启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。
这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。
所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。
在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。
所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。
按键按下的时候复位原理：
在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。
当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。
随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。
根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。
单片机系统自动复位。
数码管简介：
数码管也称LED数码管，数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。
按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
驱动方式：
分静态显示驱动和动态显示驱动两种方式。
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
3.4软件设计
首先对程序进行模块化处理，根据要求的4路口交通灯的具体功能，对程序进行模块化处理。
根据不同功能的分配可以将程序划分为以下几个模块：
主模块、MAX7219初始化模块、初始化模块（主函数初始化）、定时器模块、MAX7219地址和数据发送模块、数字变化处理模块。
由子模块的功能，可以设计绘制出各模块的程序流程图。
各子模块之间可能会有联系，也可能没有联系，最后由主模块对其进行必要的汇总处理，实现要求的功能。
流程图绘制完毕后，可以将流程图作为编程的依据，进行编程操作。
如此，可使程序简化处理，减少错误，提高程序的编写效率。
给自己带来不少的方便之处。
程序流程图：
本着简洁清晰明了易懂的目的，对程序模块化处理，不同模块执行不同的功能。
就如同多元化的大家庭一样，进行不同的分工，个分工之间也可能存在联系。
最后，由主模块进行总的调用处理，从而将零散的分工汇聚一起，共同实现最终的目的。
模块说明：
主模块：
采用顺序循环程序设计，进行汇总处理，实现最终的目的。
即实现交通等控制器功能，东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。
MAX7219初始化模块：
顺序调用MAX7219地址、数据发送模块，对MAX7219进行初始化处理。
初始化模块：
采用顺序程序对定时器中断初始化，开中断定时器进行计时。
并对相应变量和交通灯做初始化出处理。
数码管数字显示处理模块：
调用数字变化处理模块，得到正确的跳变时间，根据时间的变化做出相应变化，并作出相应的处理。
调用MAX7219地址和数据发送模块使数字信息在数码管上正确地显示出来。
MAX7219地址和数据发送模块：
根据MAX7219地址、数据发送时序图，对MAX7219做相应处理，使其能够发送一位地址和数据。
数字变化处理函数：
当数字变量变为0时，相应方向的数字变化标志增1，并根据数字变化标志当前值，使数字变量做出相应的变化，并使相应方向上相应的灯发亮。
以实现数字变量从0的正确跳转和交通灯的正确发亮。
定时器模块：
对定时器重新赋初值，并使时间标志t加1计时。
4软件仿真
课程设计体会
一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次单片机设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次单片机设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次DXP制板设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了单片机设计等课程所学的内容，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计单片机的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
参考文献
[1]张毅刚，彭喜元，彭宇等单片机原理及应用[M].北京：
高等教育出版社，2010.5
[3]赵茂泰．智能仪器原理及应用[M].北京：
电子工业出版社，2009
[4]刘江海．EDA技术[M]．北京：
华中科技大学出版社，2006
[5]郭天祥．51单片机C语言教程[M]．北京：
电子工业出版社，2006
[6]张忠梅．单片机的C语言应用程序设计[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2006
附1：
程序代码
#include
#defineunintunsignedint
#defineuncharunsignedchar
//管脚定义
sbitDIN=P3^0;
//MAX7219串行数据1脚
sbitLOAD=P3^1;
//MAX7219片选12
sbitCLK=P3^2;
//MAX7219串行时钟13脚
sbitP10=P1^0;
sbitP11=P1^1;
sbitP12=P1^2;
sbitP15=P1^5;
sbitP16=P1^6;
sbitP17=P1^7;
//寄存器宏定义
#defineDECODE_MODE0x09
//译码控制寄存器
#defineINTENSITY0x0A
/亮度控制寄存器
#defineSCAN_LIMIT0x0B
//扫描界限寄存器
#defineSHUT_DOWN0x0C
//关断模式寄存器
#defineDISPLAY_TEST0x0F
//测试控制寄存器
//定义全局变量
unchart,dte,dts;
//t为1ms脉冲产生标志,dte、dts分别为东西方向、南北方向数字变化标志
uncharEasw,Soun;
//东西、南北方数码管数字变量
//函数声明
voidWrite7219（uncharaddress,unchardat）;
//MAX7219控制处理函数声明
voidDisplay（）;
//数码管数字显示处理函数声明
voidInitial（void）;
//MAX7219初始化函数声明
voidInit（void）;
//定时器初始化函数声明
/*主函数：
交通等控制器，东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。
*/
voidmain（void）
{
Initial（）;
//MAX7219初始化
Init（）;
//变量初始化
while
（1）
{
Display（）;//调用显示函数
}
}
/*MAX7219初始化函数：
MAX7219初始化，设置MAX7219内部的控制寄存器*/
voidInitial（void）
{
Write7219（SHUT_DOWN,0x01）;
//开启正常工作模式（0xX1）
Write7219（DISPLAY_TEST,0x00）;
//选择工作模式（0xX0）
Write7219（DECODE_MODE,0xff）;
//选用全译码模式
Write7219（SCAN_LIMIT,0x03）;
//选用前4只LED
Write7219（INTENSITY,0x04）;
//设置初始亮度
}
/*初始化函数：
设置定时/计数器0工作方式1，设置50ms定时时间，并进行初始化。
开总中断、定时/计数器0，初始化所需全局变量*/
voidinit（）
{
TMOD=0X01;
//设置定时器0工作方式1
TH0=0X4C;
//定时器0高八位初始化
TL0=0X00;
//定时器0低八位初始化
ET0=1;
//定时器0中断允许
TR0=1;
//开定时器0
EA=1;
//开总中断
t=0;
dte=0;
dts=0;
Easw=7
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