模擬交通燈課程設計

1、<p>　　電氣與電子信息工程學院</p><p>　　電子系統(tǒng)設計課程設計報告</p><p>　　設計題目： 模擬交通燈 </p><p>　　專業(yè)班級： 電子信息科學與技術082 </p><p>　　學生姓名： </p><p

2、>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間： 2011.12.26－2012.01.06 </p><p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　利用AT89C51單片機

3、加一些外圍電路，設計一個模擬交通燈。通過《電子系統(tǒng)設計》的課程設計，熟練掌握AT89C51單片機的相關知識和硬件電路的設計。掌握電子系統(tǒng)設計方法和設計原則以及硬件調試方法，從而進一步理解電子系統(tǒng)的設計和應用。</p><p>　　課程設計的內容及要求</p><p>　　內容：通過12個發(fā)光二極管，模擬十字路口的紅綠燈的亮滅規(guī)律，具體時間的分配和控制如下：設有一個十字路口1、3為南北方向，

4、2、4為東西方向，初始狀態(tài)為四個路口的紅燈全亮。之后，1、3路口的綠燈亮，2、4路口的紅燈亮，1、3路口方向通車。倒計時一段時間后，1、3路口的綠燈熄滅，而1、3路口的黃燈開始閃爍，閃爍3秒以后，1、3路口紅燈亮，而同時2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向通車。倒計時一段時間后，2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍，閃爍3秒以后，再切換到1、3路口方向，之后，重復上述過程。東西南北方向分別對應兩位LED，顯示時間。</p>

5、<p>　　要求：利用單片機AT89C51設計一個模擬交通燈，要求東南西北四個方向分別有紅、黃、綠三種顏色的信號燈和兩位的LED數碼管顯示時間。</p><p><b>　　總體設計方案</b></p><p>　　利用單片機AT89C51設計一個模擬交通燈，通過P1口控制東西南北四個方向對應的兩位LED數碼管，顯示時間。通過P2口控制東西南北四個方向的發(fā)光

6、二極管的亮滅。P1口、P2口分別由74LS244和一組上拉電阻進行驅動。</p><p>　　1、假設一個十字路口。初始狀態(tài)0為四個路口的紅燈全亮。然后轉狀態(tài)1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉狀態(tài)。</p><p>　　2、南北綠燈滅，黃燈閃爍3秒，東西仍然紅燈。再轉狀態(tài)。</p><p>　　3、東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉狀態(tài)。</p>

7、<p>　　4、東西綠燈滅，閃3秒黃燈，倒計時一段時間，南北仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1.</p><p><b>　　四、硬件系統(tǒng)設計</b></p><p>　　1、LED數碼管顯示</p><p>　　LED數碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構成的，加上小數點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。發(fā)

8、光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，此共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管，此共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。</p><p>　　LED數碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。靜態(tài)顯示就是無論多少位LED數碼管同時處于顯示狀態(tài)，動態(tài)顯示是指無論

9、在任何時刻只有一個LED數碼管處于顯示狀態(tài)，本次課程設計使用的是動態(tài)顯示。</p><p><b>　　2、發(fā)光二極管</b></p><p>　　發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接

10、轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。</p><p>　　這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出得能量多少不同，釋放出的能量越

11、多，則發(fā)出的光的波長越短。電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。</p><p>　　3、AT89C51單片機及其復位電路和時鐘電路及P1、P2口的驅動 </p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定

12、義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定能夠以為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收4TTL 門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部上拉為低電平時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P

13、2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的原因。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高8位。在給出地址1時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部8位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校

14、驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1時，它們被內部上拉位高電平，并用作輸入。，由于外部上拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一特殊功能口，</p><p>　　P3.0 RX

15、D(串行數據輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行數據輸出口)</p><p>　　P3.2 /INT0(外部中斷0輸入)</p><p>　　P3.3 /INT1(外部中斷1輸入)</p><p>　　P3.4 T0(定時器0外部計數輸入)</p><p>　　P3.5 T1(定時器1外部計數輸入)&l

16、t;/p><p>　　P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通輸出)</p><p>　　P3.7 /RD(外部數據存儲器讀選通輸出)</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　XTAL1：片內振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：片內振蕩

17、器反相放大器的輸出端。</p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低</p><p>　　位字節(jié)。在FLASH編程期間，次引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。

18、因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如果想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置為無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器兩次/PSEN

19、有效，但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。</p><p>　　/EA/VPP：/EA為該引腳的第一功能，即外部程序存儲器訪問控制允許端。當/EA為高電平時，在PC值不超過0FFFFH時，單片機讀片內程序存儲器（4KB）中的程序；當PC值超出時，將自動轉向片外60KB程序存儲器空間中的程序。當/EA引腳為低電平時，只讀取外部程序存儲器中的內容。VPP為該引腳的第二功能，即在對片內FLAS

20、H進行編程時，VPP引腳接入編程電壓。</p><p><b>　　4.濾波電路 </b></p><p>　　工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經典濾波器或濾波電路。</p><p>　　當流過電感

21、的電流變化時，電感線圈中產生的感生電動勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉化成磁場能存儲于電感之中；當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導通角增大。 </p><p>　　在電感

22、線圈不變的情況下，負載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>>ωL時才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。 </p><p>　　另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。</p><p>　　濾波電路盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波

23、系數降低，波形變得比較平滑。</p><p><b>　　五、軟件系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　六、總結</b></p><p>　　通過這次的電子系統(tǒng)設計，我們運用所學的知識，在單片機的基礎上設計了一個道路交通燈控制系統(tǒng)，這不僅使得我們對單片機有了更深的了解，而且掌握了一些簡單的編程思想和對I/O口的使用

24、。在編程的過程中，我們對一些相關設計范例進行了分析借鑒，并在此基礎上自主編寫了匯編程序，最后通過調試和改進來達到系統(tǒng)設計要求。這次我不但對單片機I/O口的使用條件有了更深的了解，而且在常用編程設計思路及技巧的掌握和對單片機的各個管腳功能的理解等方面都向前邁出了堅實的一大步。</p><p>　　此次的電子系統(tǒng)設計給我們提供了一個把單片機的理論知識用在實踐中的機會，實現了理論和實踐的相結合，更從中懂得理論是實踐的基

25、礎，實踐反作用于理論的正確性，這使我們受益匪淺，對我們以后參加工作或者繼續(xù)學習將會產生巨大的幫助和影響。</p><p>　　在做課程設計的兩周，我收獲了很多。一方面，使我在知識上的應用上了一個層次，更深一層地了解到書本上我們應該掌握的理論，并將其付諸實踐，應用到人們的日常生活中去，從而使我找到了更濃厚的學習興趣，也認識到單片機技術在現代生活中的重要地位。另一方面，我學會查閱相關手冊與資料，通過查閱手冊和文獻資料

26、，進一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則。培養(yǎng)獨立分析與解決問題的能力，學會了PROTEL原理圖和PCB板的制作，通過這次的課程設計，我懂得了原理圖的繪制和PCB板的制作。學會了獨立的完成一項小小的科技任務，編程，畫硬件圖，仿真的實現等等，這些都鍛煉了我思維謹慎的能力，使我更深刻地懂得，以后遇到問題要多思考，多研究。而且，在課程設計過程中，帶給了我一些小小的成就感，我會帶著這些興趣和成就感繼續(xù)我的求學之旅，相信這對我今后

27、的學習會帶來很大的幫助。同時，也對課程設計的格式和要求有了詳細的了解，相信這會給以后帶來很大的方便。當然，最重要的是通過我自己的學習和研究，對單片機這門課有了宏觀的理解，并使我所學的知識掌握的更加牢固。在本次課程設計中，我更加熟練的掌握了偉福軟件和PROTEL的應用，這</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　[1]奚大順、余小平 《

28、電子系統(tǒng)設計》（第二版） 北京航空航天大學出版社 2007年</p><p>　　[2]吳金戍、沈慶陽 《8051單片機實踐與應用》 清華大學出版社 2002年</p><p>　　[3]何小艇 《電子系統(tǒng)設計》 浙江大學出版社 2001年6月</p><p>　　[4]吳立新 《實用電子技術手冊》

29、機械工業(yè)出版社 2000年</p><p>　　[5]李銀華 《電子線路技術指導》 北京航空航天大學出版社 2005年6月</p><p>　　[6]胡漢才 《單片機原理及其接口技術》 清華大學出版社 1996年</p><p>　　[7]付家才 《單片機控制工程實踐技術》 化學工業(yè)出版社 2004年</p>

30、<p>　　[8]姜志海 《單片機原理及應用》 電子工業(yè)出版社 2005年</p><p>　　附錄Ⅰ 硬件系統(tǒng)原理圖（見尾頁）</p><p>　　附錄Ⅱ 硬件系統(tǒng)PCB板圖（見尾頁）</p><p>　　附錄Ⅲ 軟件系統(tǒng)設計程序        ORG 0

31、000H        MOV P0,#00H              ;確保P0為低電位        AJMP MAIN0  &

32、#160;     ORG 0030HMAIN0: MOV 30H,#08H        MOV R6,#00H        MOV R7,#00H        MOV DP

33、TR,#TABLE          　 ;取數碼管的譯碼        MOV TMOD,#01H           ;設計定時方式及時間  

34、      MOV TL0,#0CDH        MOV TH0,#0BH        SETB TR0        MOV IE,#00H MAIN:

35、 MOV P1,#0F3H           　   ;南北綠燈，東西紅燈        MOV R6,#1EH     　　     

36、   ;紅燈30s倒計時        MOV R7,#19H               ;綠燈25s倒計時  MAIN1:CALL DELAY    &

37、#160;    </p><p>　　MOV R7,#00H ;紅燈繼續(xù)倒計時，黃燈閃爍保持5秒        CPL P1.1      　     

38、0;      ;黃燈閃爍        CJNE R6,#00H,MAIN2        ;判斷紅燈是否倒計時完        MOV P1,#0DEH 

39、0;          ;南北紅燈，東西綠燈        MOV R7,#1EH        MOV R6,#19H  MAIN3:CALL DELAY   

40、     JB P0.0,REL2        CJNE R6,#00H,MAIN3        MOV P1,#0EEH  MAIN4:CALL DELAY      

41、0; MOV R6,#00H        CPL P1.4        CJNE R7,#00H,MAIN4        JMP MAIN   REL1:MOV P1,#0F5H 

42、60;  　　  ;東西方向按鈕按下，南北方向強制由</p><p>　　;綠燈變成黃燈警告        MOV R6,#05H        MOV R7,#00H      &

43、#160;                  JMP MAIN2                  

44、;    REL2:MOV P1,#0EEH        ;南北方向按鈕按下，東西方向強制由 </p><p>　　;綠燈變成黃燈警告        MOV R7,#05H  &#

45、160;     MOV R6,#00H        JMP MAIN4 ;1s延時子程序  DELAY:MOV A,R6          ;進行南北方向倒計時時間十進制調整 

46、0;      MOV B,#0AH        DIV AB        MOVC A,@A+DPTR          ;找尋相應的數碼管代碼&#

47、160;       MOV P2,#01H        MOV P3,A                  ;輸出個位 

48、60;      MOV R4,#4               ;降低動態(tài)顯示頻率  LOOP2:MOV R3,#125  LOOP3:DJNZ R3,LOOP3      

49、;  DJNZ R4,LOOP2        MOV A,B        MOVC A,@A+DPTR        MOV P2,#02H      

50、;           ;輸出十位        MOV P3,A        MOV R4,#</p><p>　　;時 減1   &#

51、160;    DEC R7        MOV 30H,#08H          ;重新1s次數，重新計時        RET  TABLE:DB 0C0H,0F