闪烁LED小灯的设计设计.docx
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闪烁LED小灯的设计设计
闪烁LED小灯的设计设计
学生姓名
指导老师
职称
课题名称
闪烁LED小灯的设计
课题工作内容
交通灯的硬件电路主要由单片机控制电路、数码管显示电路、时钟电路、LED显示电路、按键控制电路组成。
主要实现：
1、交通灯指挥通行的实现：
通过时钟电路、LED显示电路与数码管显示电路，实现通行灯的亮、灭与时间的显示。
2、特殊情况的处理实现：
通过按键控制电路，实现发生交通事故与有救护车要紧急通行时的交通灯状况。
指标要求
1、自动控制2、显示时间
进程安排
第一天：
下达任务、了解课题要求、查阅资料；第二天：
方案论证与确定，采购元器件；第三天、第四天：
硬件制作与调试；第五天～第八天：
软件设计与调试；第九天：
撰写报告；第十天：
作品掩饰与答辩考核。
主要参考文献
《单片机原理及应用技术》范力旻电子工业出版社《51系列单片机设计实例》楼然苗李光飞北航出版社
《单片机的C语言应用程序设计》马忠梅籍顺心北京航空航天大学出版社
《51单片机应用开发案例精选》王为青邱文勋人民邮电出版社
《51系列单片机设计实例》楼然苗李广飞北京航空航天大学出版社
《单片机原理与接口技术》胡汉才清华大学出版社
《单片机原理与应用》丁元杰机械工业出版社
地点
起止日期
2012.6.10~6.23
第一章、设计目的····································1
第二章、硬件设计····································1
2.1单片机最小系统································1
2.1.1单片机································1
2.1.2震荡电路······························2
2.1.3复位电路·························2
2.2外接电路·····································2
2.2.1串行口扩展·······················3
2.2.2显示电路·························3
2.2.3十字路口交通灯显示电路················4
第三章、软件设计及调试·····························4
3.1流程图·······································5
3.2程序··········································6
3.2.1子程序·····························9
3.2.2延时子程序·························9
3.2.3显示子程序·························10
3.3软件调试结果与说明························13
第四章、实物调试·······························13
第五章、课程设计小结·································14
附录A仿真···········································16
附录B系统程序········································21
元件清单··············································28
第一章设计目的
1.1课题简介
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
1.2课题研究的目的和意义
本次课题利用了单片机内部定时器、外部中断，74HC164芯片，LED灯和数码管，解决了原始的人工指挥交通带来的一系列麻烦，大大的提高了实用性、灵活性和可靠性。
同时通过这次课题使我们进一步熟悉单片机的内部结构，编程技巧以及相关芯片的了解与应用。
第二章硬件设计
本系统主要由单片机、74HC164芯片、8位共阳极数码管、LED灯等一系列电路组成，主要完成交通灯十字路口的通行控制及其时间的显示。
2.1.最小系统
2.1.1单片机：
AT89C51
AT89C51的工作特性：
·内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次；
·内含128字节的RAM；
·具有32根可编程I/O线；
·具有2个16位编程定时器
·具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断结构；
·具有1个全双工的可编程串行通信接口；
·具有1个数据指针DPTR；
·具有可编程3级程序锁定位；
·AT89C51的工作电源为5（1±0.2）V且典型值为5V；
·AT89C51最高工作频率为24MHZ；
·AT89C51的编程频率为3~24MHZ（本次用12MHz），编程启动电流和启动电压分别为1mA、5或12V（本次5V）。
电源：
采用USB接口连接，提供5V电压。
2.1.2震荡电路：
本次设计采用12MHz的晶振，电路图如下：
图1震荡电路
两只电容在20pF～100pF之间取值，其取值在60pF～70pF时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接晶体时两个电容的取值为33pF。
2.1.3复位电路：
图2手动复位
2.2外接电路
2.2.1串行口端口扩展74HC164
74HC164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL（LSTTL）器件的引脚兼容。
74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。
数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。
两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。
时钟（CP）每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。
主复位（MR）输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。
AT89C51通过P3.0口和P3.1口对其进行片选控制
2.2.2显示电
路
图3LED数码管显示电路：
本次LED显示电路主要采用74HC164与共阳极数码管相接。
通过四片74HC164来控制数码管的输出。
74HC164的1,2号脚接到AT89C51的P3.0口，第8脚接到P3.1口。
2.2.3十字路口交通灯显示电路：
图4通过LED红、绿、黄三种颜色灯的亮与灭来模仿十字路口的交通灯。
交通灯的变化规律：
红灯亮20秒，黄灯亮15秒，绿灯亮5秒。
假设一个十字路口为东西南北走向。
分为五个状态：
1初始状态为南北绿灯亮，东西红灯亮；2南北绿灯亮20秒后，转为黄灯闪烁5秒，东西红灯仍亮；3南北黄灯亮5秒后，转为红灯，东西绿灯亮；4东西绿灯亮20秒后，转为黄灯，南北红灯亮；5东西黄灯亮5秒后，转为红灯；南北为绿灯亮。
重复循环。
交通灯变化过程中用数码管进行计时，以便观察。
第三章软件设计及调试
3.1流程图
3.2程序
3.2.1主程序
voidmain（void）
{
TMOD=0x01;//设置定时方式1
TH0=0x3c;//定时初值50MS
TL0=0xb0;
TR0=1;//T0溢出中断请求开启
EA=1;//总中断开启
ET0=1;//T0中断开启
EX0=1;//外部中断INT0开启
IT0=1;//设置开关下降沿有效
EX1=1;//外部中断INT0开启
IT1=1;//设置开关下降沿有效
ns_time=ns_time_green;//东西南北红黄绿灯时间赋值
ew_time=ew_time_red;
ew_time_red=ns_time_green+ns_time_yellow;
if（!
a）//a=0,东西显示19开始倒计时，南北14开始倒计时
{
ns_time=ew_time_red;
ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;
}
while（!
a）//a=0,进入循环
{
if（ew_time-5>0）
{
while（!
flag）;
display（ew_time,ew_time-5）;//flag=1，显示东西19，南北14
P1=0xdd;//南北绿灯，东西红灯
flag=0;
}
if（ew_time<=5）//东西时间<=5时，南北黄灯闪烁，东西红灯
{
while（!
flag）;
flag=0;
display（ns_time,ns_time）;//东西，南北均从5开始倒计时显示
P1=0xdf;//东西红灯，南北黄灯一亮一灭显示
/*p1_4=0;*/
delay（5000）;
p1_0=~p1_0;//南北黄灯所在位，对应取反，实现亮灭变化
delay（5000）;
}
if（ew_time==0）//如果东西时间为0，赋值a为1，以实现方向转变
a=1;
}
if（a）//a=1,南北显示19开始倒计时，东西14开始倒计时
{
ns_time=ew_time_red;
ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;
}
while（a）//a=1,进入循环
{
if（ns_time-5>0）//南北红灯，东西绿灯
{
while（!
flag）;
display（ns_time-5,ns_time）;//flag=0，显示南北19，东西14
delay（5000）;//延时子函数调用
P1=0xeb;//南北红扥个，东西绿灯显示
}
if（ns_time-5<=0）//南北时间<=5时南北红灯，东西黄灯闪烁
{
while（!
flag）;//flag=0南北显示19开始倒计时，东西14开始计时
flag=0;
display（ns_time,ns_time）;//东西，南北均从5开始倒计时显示
P1=0xfb;//南北红灯，东西黄灯一亮一灭显示
p1_3=~p1_3;//东西黄灯P1.3位取反，以实现黄灯亮灭变化显示
delay（5000）;//延时函数调用
}
if（ns_time==0）//如果南北时间为0赋值a为0
a=0;
}
}
3.2.2延时子程序：
.delay（intt）{
while（t--）;
}
3.2.3显示子程序：
display（intew_time,intns_time）
{
chartable[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};
//共阳极数码显示0-9对应的字型码
chari,a[4];
a[2]=ns_time%10;//南北时间个位数赋值给a[2]
a[3]=ns_time/10;//南北时间十位数赋值给a[3]
a[0]=ew_time%10;//东西时间个位数赋值给a[0]
a[1]=ew_time/10;//东西时间个位数赋值给a[1]
SM1=0;SM0=0;//串行口工作方式0设定
for（i=3;i>=0;i--）//分别将4位数送到SBUF区域
{
SBUF=table[a[i]];
while（!
TI）;//判断是否发送完一个数据
TI=0;//若发送完，0赋给TI
}
}
3.2.4中断程序：
voidint0（void）interrupt0
//int0中断子函数，当紧急情况（救护车等）发生时，对应INT0按键调用此函数
{inti,j;
display（00,00）;//显示器显示0000，不再进行倒计时
delay（5000）;
for（i=0;i<10;i++）
//利用flag实现东西南北方向红灯均显示亮，对应东西南北方向车流均停止，处理紧急情况
{
for（j=0;j<10;j++）
{delay（50000）;
while（!
flag）
{P1=0xdb；}
}
}
flag=0;
}
voidint1（void）interrupt2
//int1中断子函数，当紧急情况（救护车等）发生时，对应INT1按键调用此函数
{inti,j;
display（00,00）;//显示器显示0000，不再进行倒计时
for（i=0;i<10;i++）
{
for（j=0;j<10;j++）
//利用flag实现主干道东西方向绿灯南北方向红灯
{
while（!
flag）
{P1=0xeb;
}
}
}
flag=0;
}
intt0int（）interrupt1//t0中断（定时器0中断）子函数
{
TH0=0x3c;//定时50ms初值设定
TL0=0xb0;
point--;//20次T0定时次数控制
if（point==0）
//如果20次到了，改变显示的东西南北方向的时间
{
flag=1;
point=20;
if（ns_time!
=0）
ns_time--;
if（ew_time!
=0）
ew_time--;
}
}
3.3软件调试结果与说明
用KeiluVision4软件编程，编译无误后，生成**.hex文件。
把hex文件写入Protues仿真软件进行仿真，按图（见附录）连接电路，进行仿真。
开始仿真，东西南北红、绿、黄三种灯自动按要求规律运行，同时数码管显示相应时间。
按下K，1电路复位。
按下K2东西南北红灯全亮，数码管显示为0。
按下K3，东西绿灯亮，南北红灯。
经多次验证，设计符合要求，则软件调试成功。
第四章实物调试
烧入程序后，接通电源，发现交通灯自动运行，但对应时间不同且数码管显示时间很乱。
用万用表检测后，未发现短路、虚焊的情况。
经线路分析知，74HC164与AT89C51之间连接顺序有误。
改正后，交通灯正常运行但数码管显示数字缺笔划。
经检测后，发现是数码管本身损坏，更换数码管后，系统运行正常。
第五章课程设计小结
两周的课程设计结束了，但我学到了很多。
课程设计的每一个环节都很重要，需要我们的耐心与细心。
一个微小的错误可能会使结果出现很大的差距。
在实物测试过程中，发现了很多的小问题。
例如：
电路按照仿真图焊好后便直接接电源进行测试。
实物与仿真电路中的元件存在差异，这是不可忽略的问题。
在实物调试前，我们应好好想一下，还有什么没做，是否有遗漏的地方。
查找错误要懂得方法，要有针对性，不要胡乱拆线改线。
先从AT89C51芯片查起，看其是否工作后，在查线路问题。
在无法查出问题时应多注意常识性问题。
通过两周的课程设计，明确了软件设计的具体步骤，提高了对定时、中断等编程的认知和理解，同时巩固了所学的知识，掌握了一定的编程技巧。
在设计与检测过程中，独立思考的能力很重要。
遇到问题，不能一味的回避或求助他人，要学会从基础入手，一步一步地分析问题并解决问题。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能进一步地提高自身分析问题与解决问题的能力，为将来就业夯实基础。
第六章参考文献
《单片机原理及应用技术》范力旻电子工业出版社
《单片机应用系统设计技术》张齐电子工业出版社《51系列单片机设计实例》楼然苗李光飞北航出版社
《单片机的C语言应用程序设计》马忠梅籍顺心北京航空航天大学出版社
《51单片机应用开发案例精选》王为青邱文勋人民邮电出版社
《51系列单片机设计实例》楼然苗李广飞北京航空航天大学出版社
《单片机原理与接口技术》胡汉才清华大学出版社
《单片机原理与应用》丁元杰机械工业出版社
附录A
1.proteus仿真原理图
2实物效果图
南北绿灯亮19s，东西红灯亮。
南北黄灯亮5s，东西红灯。
东西绿灯14s，南北红灯。
东西黄灯5s，南北红灯
发生交通事故时，交通灯红灯全亮，且数码管显示0
有特殊情况是只有东西通行。
附录B
1.系统程序
#include
sbitp1_0=P1^0;
sbitp1_1=P1^1;
sbitp1_2=P1^2;
sbitp1_3=P1^3;
sbitp1_4=P1^4;
sbitp1_5=P1^5;
sbitp0_0=P1^6;
bitflag=0;//定义显示状态控制位
intns_time;
intew_time;
intns_time_red=20;
intns_time_green=15;
intns_time_yellow=5;
intew_time_red=20;
intew_time_green=15;
intew_time_yellow=5;
charpoint=20;//定时的控制次数初值设定
inta=0;//南北，东西两方向切换状态标志初值设定
delay（intt）//延时子函数
{
while（t--）;
}
display（inttime）//显示子函数
{
chartable[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};//共阳极数码显示0-9对应的字型码
chari,a[2];
a[0]=time%10;//时间个位数赋值给a[0]
a[1]=time/10;//时间十位数赋值给a[1]
SM1=0;SM0=0;//串行口工作方式0设定
for（i=1;i>=0;i--）//将数送到SBUF区域
{SBUF=table[a[i]];
while（!
TI）;//判断是否发送完一个数据
TI=0;//若发送完，0赋给TI
}
}
voidmain（void）
{
TMOD=0x01;//设置定时方式1
TH0=0x3c;//定时初值50MS
TL0=0xb0;
TR0=1;//T0溢出中断请求开启
EA=1;//总中断开启
ET0=1;//T0中断开启
EX0=1;//外部中断INT0开启
IT0=1;//设置开关下降沿有效
EX1=1;//外部中断INT0开启
IT1=1;//设置开关下降沿有效
ns_time=ns_time_green;//东西南北红黄绿灯时间赋值
ew_time=ew_time_red;
ew_time_red=ns_time_green+ns_time_yellow;
if（!
a）//a=0,东西显示19开始倒计时
{
ns_time=ew_time_red;
ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;
}
while（!
a）//a=0,进入循环
{
if（ew_time-5>0）
{
while（!
flag）;
display（ew_time）;//flag=1，显示东西19
P1=0xdd;//南北绿灯，东西红灯
flag=0;
}
if（ew_time<=5）//东西时间<=5时，南北黄灯闪烁，东西红灯
{
while（!
flag）;
flag=0;
display（ns_time）;//从5开始倒计时显示
P1=0xdf;//东西红灯，南北黄灯一亮一灭显示
/*p1_4=0;*/
delay（5000）;
p1_0=~p1_0;
//南北黄灯所在位，对应取反，实现亮灭变化
delay（5000）;
}
if（ew_time==0）
//如果东西时间为0，赋值a为1，以实现方向转变
a=1;
}
if（a）//a=1,东西14开始倒计时
{
ns_time=ew_time_red;
ew_time=ns_time_green+ns_time_yellow;
}
while（a）//a=1,进入循环
{
if（ns_time-5>0）//南北红灯，东西绿灯
{
while（!
flag）;
display（ns_time-5）;//flag=0，显示东西14
delay（5000）;//延时子函数调用
P1=0xeb;//南北红扥个，东西绿灯显示
}
if（ns_time-5<=0）//南北时间<=5时南北红灯，东西黄灯闪烁
{
while（!
flag）;//flag=0南北显示19开始倒计时
flag=0;
display（ns_time,ns_time）;//东西，南北均从5开始倒计时显示
P1=0xfb;//南北红灯，东西黄灯一亮一灭显示
p1_3=~p1_3;
//东西黄灯P1.3位取反，以实现黄灯亮灭变化显示
delay（5000）;//延时函数调用
}
if（ns_time==0）//如果南北时间为0赋值a为0
a=0;
}
}
intt0int（）interrupt1//t0中断（定时器0中断）子函数
{
TH0=0x3c;//定时50ms初值设定
TL0=0xb0;
point--;//20次T0定时次数控制
if（point==0）//如果20次到了，改变显示的东西南北方向的时间
{
flag=1;
point=20;
if（ns_time!
=0）
ns_time--;
if（ew_time!
=0）
ew_time--;
}
}
voidint0（void）interru
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