交通指示灯的控制课程设计文档格式.docx

1、 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩报告（答辩）综合成绩权 重50单项成绩教师评语： 教师签名：目 录一、设计目的 1二、设计要求和设计指标 1三、设计内容 13.1系统硬件组成及原理图 13.2单片机AT89C51 23.2.1 AT89C51的主要性能 23.2.2 AT89C51的引脚功能 23.2.3 AT89C51的内部结构 63.3各模块电路 73.3.1主控制系统 73.3.2通行灯输出控制 73.3.3晶振电路 83.4程序设计 93.5仿真结果与分析 10四、本设计改进建议 11五、总结 12六、主要参考文献 12附录1 系统原理图 13附录2 源程序 14一、设计目

2、的 本课程设计研究的是以AT89C51单片机为控制器的交通灯控制系统，在学习一定理论基础后，通过完成一个具有综合功能的小型系统，对学生进行的一次全面的综合训练。课程设计的设计目的是加深对理论教学内容的理解和掌握，使学生较系统地掌握单片机程序设计及其在生活中的广泛应用，基本方法及技巧，为学生综合运用所学知识，利用软件工程为基础进行软件开发、并在实践应用方面打下一定基础。二、设计要求和设计指标 设计一个十字路口交通灯控制器，用AT89C51单片机控制LED灯模拟显示。 （1）东西向初始状态为绿灯，南北向初始状态为红灯； （2）东西向的绿灯亮5s后，黄灯开始闪烁（此时绿灯熄灭），黄灯闪烁5次后红灯亮

3、（此时绿灯、黄灯均熄灭），南北向由 红灯变为绿灯，5s后南北向黄灯闪烁5次此后变红灯，东西向变绿灯，如此重复。三、设计内容3.1系统硬件组成及原理图 根据要实现的具体功能，我们采用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，4组3色发光二极管构成信号灯指示模块，硬件原理图如图3.1所示：图3.1硬件电路原理图3.2单片机AT89C51 AT89C51是一种高效微控制器，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Mem

4、ory） 和1288位的随机存取数据存储器（RAM），该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，它与MCS-51系统产品兼容，AT89C51单片机功能强大，具有8Kb中央处理器（CPU）和4KbFlash程序存储器，性价比高，可应用于很多要求高性价比的场合，灵活地应用于各个控制领域2。3.2.1 AT89C51的主要性能 内含4Kb可重编程的FPEROM； 与MCS-51产品指令系统完全兼容； 1288位的内部RAM； 4个8位（32根）双向可位寻址的I/O端口； 2个16位的计数/定时器； 全双工方式的串行通道（UART）； 6个中断源； 5个向量二级中断结构； 最高时钟振荡频

5、率可达12MHz； 指令集中64条为单周期指令，支持6种寻址方式，共111条指令； 低功耗空闲和掉电方式； 片内振荡器和时钟电路。3.2.2 AT89C51的引脚功能 AT89C51为双列直插（DIP）式封装的51单片机芯片，有39条引脚，其引脚示意及功能分类如图3-2所示。图3-2 AT89C51单片机引脚图各引脚功能说明如下：（1）I/O引脚 P0口（3932脚）：P0.0P0.7统称为P0口。P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储

6、器时，这组端口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。P1口被外部下拉为低电平时，输出电流，是因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在Flash编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口（2128脚）：P2.0

7、P2.7统称为P2口，一般作为准双向I/O使用。P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。当对P2端口写“1”时，内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256B时，P2口用作高8位地址总线。当给出地址为“1”时，它就利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读/写时，P2口便输出其特殊功能寄存器的内容。在FLASH编程和校验时，P2口接收高八位地址信号和控制信号。 P3口（1017脚）：P3.0P3.7

8、统称为P3口。P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路接收输出电流。当P3口写“1”时，通过内部的上拉电阻上拉为高电平并作为输入口。此时由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（IIL）。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。P3口第二功能祥见表3-1：表3-1 P3口第二功能表口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接受P3.1TXD串行数据发送P3.2外中断0申请P3.3外中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1定时器/计数器1计数输入P

9、3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通（2）外接晶体引脚 XTAL1（19脚）：它在单片机内部是一个反向放大器的输入端，构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚应接地；CHMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（18脚）：它在单片机内部是片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端；CHMOS单片机的该引脚应悬空不接。（3）控制线 ALE/ （30脚）：地址锁存允许/编程信号。在访问片外程序存储器期间，此信号可用于控制锁存P0输出地址总线的低8位，ALE以每机器周期两次进行信号输出；在FL

10、ASH编程期间，此引脚用作编程脉冲的输入端。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意的是：在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个。若想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE执行MOVX，MOVC指令使ALE起作用。另外，该引脚将被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 （29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。在由外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期内两次有效，P0口读回指令或常数。当访问内部程序存储器时，信号不跳变。 RST/VP

11、D （9脚）：RST即RESET，VPD为备用电源，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。 /VPP（30脚）：为片外程序存储器选用端，访问内部程序存储器控制信号。当端接高电平时，CPU访问内部程序存储器。当接低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），则强调C

12、PU访问外部存储器，而不管程序计数器的内容是多少。此外，该引脚还用做EPROM编程电压的输入端。在编程期间，此引脚用作21V编程电源VPP的输入端。33.2.3 AT89C51的内部结构 89C51单片机内部组成结构中包含运算器和控制器（CPU）、片内存储器、4个并行I/O接、串行口、定时/计数器、中断系统、振荡器等功能部件10。其内部结构框图如图3.3所示。图中PC是程序计数器；PSW是程序状态字寄存器；DPTR是数据指针寄存器。图3-3 AT89C51单片机内部结构框图运算器和控制器： 89C51的运算器和控制器功能类似于一般微机中的微处理器（CPU），是单片机的核心部件，它决定了单片机的

13、主要功能特性。它完成逻辑算术运算并协调单片机其它各部分的工作。各种算术、逻辑运算所涉及到的寄存器包括：累加器ACC、寄存器B、暂存器1（TEMP1）和暂存器2（TEMP2）、程序状态字寄存器PSW，程序计数器PC，堆栈指针SP，数据指针寄存器DPTR等。它们位于CPU内部，又称CPU专用寄存器，以区别于I/O接口专用寄存器。存储器： MCS-51系列单片机存储器组成是所谓的哈佛结构，存储器的组织方式与通用单片机系统不同，包含程序存储器与数据存储器，其地址空间是相互独立的，而不是程序存储器与数据存储器统一编址。在89C51单片机中，程序存储器采用EEPROM，而数据存储器采用RAM。它们又可以进

14、一步分成内部或外部两类1。 3.3各模块电路3.3.1主控制系统 主控器采用AT89C51，是美国ATMEL公司生产的一款性能稳定、低功耗的单片机，兼容MCS-51系列产品指令系统及引脚。片内含4KB的可重复编程的Flash程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，使用5（120）V的电源电压， 1288位的内部RAM，4个8位的双向可位寻址的I/O端口，2个16位定时/计数器，6个中断源，AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用，灵活应用于各种控制领域。 单片机的P1口及P2口分别应用于控制南北及东西方向的通行灯，P0口及P3.0P3.2口应用于4组LED计时器的控制，T0和T1分别作为东西方向和南北方向和车流量流量控制，INT0和INT1分别用于东西方向和南北方向的特种车辆通行紧急转换电路4。3.3.2通行灯输出控制 道口交通灯指示采用高亮度