单片机课程设计.docx

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单片机课程设计

单片机

课

程

设

计

班级：

组员：

课题名称：

交通信号灯自动控制系统

一．传统交通灯的简介.............................................1

二．单片机的发展历程............................................1

3．设计目的.....................................................7

4．设计思路.....................................................7

5．电路与程序设计..............................................12

6．调试与仿真..................................................19

7．心得体会....................................................19

八．参考文献...................................................20

附录一主程序流程图.............................................20

附录二元器件清单.................................................21

附录三程序清单...................................................23

附录四CAD原理图.................................................34附录五:

仿真电路图.................................................35

一．传统交通灯的简介

在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市C5号大街的一座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。

从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，

二．单片机的发展历程

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

在MCS-51系列单片机中，有两个子系列：

51子系列和52子系列。

每个子系列有诺干中型号。

51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号；52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80c52/87c52、80c32。

改进后的型号更加省电。

52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。

Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。

现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。

我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：

中央处理器、存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

3〉单片机的特点

（1）性价比高，开发周期短，易于产品化，

（2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强，

（3）功能完善，接口多样，

（4）低功耗、低电压

一般电源供电电压在5～3V范围内单片机都能正常工作，供电的下限可达1～2V。

（5）总线多样，易于扩展

单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。

外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式,可根据需要进行并行或者串行扩展。

4〉80C51单片机芯片简介

80C51单片机引脚图

80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。

80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

80C51有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。

5〉MCS—51单片机内部结构有8大部分

①.一个8位的中央处理器CPU（又称为微处理器）

中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

②有128字节的片内数据存储器RAM

8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

③.4KB片内程序存储器ROM或EPROM

8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据

④.片内18个特殊功能寄存器（SFR）

0F0HSFR可寻址区

0E0H

0D0H

0C8H

0B8H

0B0H

0A8H

0A0H

98H

90H

88H

80H

特殊功能寄存器SFR

0FFH

数据缓冲区

位寻址区

R7

R03组（8字节）

2组

1组

0组

80H

7FH

30H

2FH

20H

1FH

00H

片内特殊存储器分布图

⑤.4个8位的并行输入输出I/O口（PIO）

8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输

P0口P0.0~P0.7输入与输出分时的传送地址低8位与数据线

P1口P1.0~P1.7输入与输出无第二功能

P2口P2.0~P2.7输入与输出传送地址的高8位

P3口P3.0~P3.7输入与输出P3.0—RXD：

串行口输入端

P3.1—TXD：

串行口输出端

P3.1—TXD：

串行口输出端

P3.2—

：

外部中断0中断请求输入端

P3.3—

：

外部中断1中断请求输入端

P3.4—T0：

定时器/计数器0外部输入端

P3.5—T1：

定时器/计数器1外部输入端

P3.6—

：

外部数据存储器写选通信号

P3.7—

：

外部数据存储器读选通信号

⑥.1个串行口I/O（SIO/UART）完成单片机与其他微机的之间的串行通信

⑦.2/3个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER）

⑧.可处理5个中断源，两级可程序优先级的中断系统

其中含有MCS-51指令集含111条指令，按照指令操作功能话费有五类：

<1>数据传送指令（28）

<2>算术运算指令（24）

<3>逻辑运算及转移指令（25）

<4>控制转移指令（22）

<5>位操作指令（12）

6>单片机内部结构图

单片机内部结构图

80C51单片机的内部结构框图。

除去图中的存储电路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分为运算器和控制器两部分。

运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。

控制器功能部件包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。

5．设计目的

1.进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。

2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。

3.通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。

4.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为我们今后从事相应工作打下基础。

四．设计思路

为了完成本题目的设计要求，即倒计时及时间控制功能，采用单片机内部定时器进行时间的控制，为了实现调整工作倒计时时间、系统工作时间及工作状态，采用5个键盘分别对上面内容进行设置。

交通信号采用发光二极管，排布参照下面布局，数码管显示倒计时时间及系统时间。

第一部分系统方案

一、      总体电路构成

本系统由主控制器STC89c52单片机芯片、基本复位电路、时钟

振荡电路、电源、按键扫描电路、七段数码管驱动及显示电路、发光二极管控制显示电路组成。

二、      各单元电路设计

1.复位电路

复位电路的作用：

在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：

这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。

基本的复位方式：

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。

89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

单片机系统的复位方式有：

手动按钮复位和上电复位

（1）手动按钮复位

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图2）。

一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。

当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。

手动按钮复位的电路如所示。

由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

（2）上电复位

AT89C51的上电复位电路如图3所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。

上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。

为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。

通过以上分析可知手动按键复位要比上电复位方便，所以电路采用手动按键复位。

                     图2   

图3 

通过以上分析在此次交通信号灯设计