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文檔簡介
1、<p><b> 【摘要】</b></p><p> 交通在人們的日常生活中占有重要的地位,隨著人們社會活動的日益頻繁,這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn),使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器,系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。本設(shè)計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種
2、狀態(tài)顯示以及倒計時時間。軟件上采用C51編程,主要編寫了主程序,LED數(shù)碼管顯示程序,中斷程序延時程序等。經(jīng)過整機調(diào)試,實現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬。</p><p> 關(guān)鍵詞:顯示,單片機,交通燈</p><p> Abstract:Traffic in People's Daily life has important position, as people of soci
3、al activities have become increasingly frequent, this is reflected the incisively and vividly. The emergence of the traffic lights, traffic is effectively controlled, for facilitating traffic flow, improve road capacity,
4、 reduce traffic accidents have obvious effect. The system USES AT89C51 single chip for center device to designing traffic light controller, system practical, simple operation and expandability. This </p><p>
5、 KEYWORDS: Traffic Control, Single Chip Microcomputer , 80C51</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 前言1</b></p><p> 1交通燈設(shè)計方案的選擇與論證2</p><p> 1.1
6、設(shè)計任務(wù)及要求論證2</p><p> 1.1.1任務(wù):2</p><p> 1.1.2方案選擇與論證2</p><p> 1.2 設(shè)計主要內(nèi)容及設(shè)計思路3</p><p> 1.3 方案組成和說明4</p><p> 1.4 AT89C51簡介5</p><p> 1
7、.5兩位七段式數(shù)碼管8</p><p> 1.5.1兩位七段式數(shù)碼管介紹:8</p><p> 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)9</p><p> 2.1簡易交通燈基本組成部分9</p><p> 2.2時鐘電路設(shè)計9</p><p> 2.3 復位電路設(shè)計10</p><p>
8、 2.4 按鍵接口電路設(shè)計10</p><p> 2.5 交通燈狀態(tài)顯示電路的設(shè)計11</p><p> 2.5.1 LED基本結(jié)構(gòu)12</p><p> 2.5.2 LED譯碼方式13</p><p> 2.5.3 LED顯示器與單片機接口設(shè)計13</p><p> 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計14<
9、/p><p> 3.1 程序流圖14</p><p><b> 4 系統(tǒng)調(diào)試16</b></p><p> 4.1硬件調(diào)試16</p><p> 4.2軟件調(diào)試16</p><p> 4.3 Proteus軟件仿真16</p><p> 4.3.1 仿真過
10、程17</p><p> 5畢業(yè)設(shè)計體會19</p><p> 5.1心得體會19</p><p><b> 結(jié)束語20</b></p><p><b> 文獻21</b></p><p> 附錄一:交通燈硬件電路22</p><p&
11、gt; 附錄二:源程序23</p><p> 附錄三:元器件清單及使用說明29</p><p><b> 前言</b></p><p> 今天,紅綠燈安裝在各個道口上,已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。</p><p> 1858年,在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為
12、光源的紅,藍兩色的機械扳手式信號燈,用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年,英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成,紅色表示“停止”,綠色表示“注意”。1869年1月2日,煤氣燈爆炸,使警察受傷,遂被取消。</p><p> 1914年,電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成,安
13、裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行”。</p><p> 1918年,又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈,一種是把壓力探測器安在地下,當車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈;另一種是用擴音器來啟動紅綠燈,司機遇紅燈時按一下喇叭,就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時,它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間,推遲汽車放行,以免發(fā)
14、生交通事故。</p><p> 信號燈的出現(xiàn),使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。1968年,聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號,面對綠燈的車輛可以直行,左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎,除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號,面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線
15、后停車。黃燈是警告信號,面對黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。</p><p> 隨著經(jīng)濟的發(fā)展,交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴重,造成的經(jīng)濟損失越來越大,并一直保持大比例的增長。由于生活水平的提高,人們對交通運輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù),有助于提高交通運輸?shù)陌踩?/p>
16、性、提高交通管理的服務(wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟損失,同時也減小了工作人員的勞動強度。 </p><p> 中國車輛數(shù)量不斷增加,交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。</p><p> 1交通燈設(shè)計方案的選擇與論證</p><p><b> 設(shè)計任務(wù)
17、及要求論證</b></p><p><b> 1.1.1任務(wù):</b></p><p> 本設(shè)計系統(tǒng)是基于單片機的模擬交通燈控制系統(tǒng),具有一定的實際意義。本課題的目的是以單片機為核心,通過LED數(shù)碼管顯示和LED燈完成了十字路口的工作狀態(tài)的模擬,并且通過按鍵有效的控制等待時間的長短。其運行可靠,操作方便,適用性強,可以廣泛應(yīng)用于城市路口,具有較大的推廣
18、價值。設(shè)計好后通過PROTUES軟件仿真,并調(diào)試。</p><p> 1.1.2方案選擇與論證</p><p> 交通燈控制系統(tǒng),可由多種電路來構(gòu)成,我們這里提供三種方案供選擇:</p><p> 方案一:采用可編程控制器,可編程控制器又稱PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器,存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、
19、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的面向用戶的指令,并能通過數(shù)字或模擬輸入輸出模塊,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。</p><p><b> PLC的主要特點:</b></p><p> 可靠性:對維修的產(chǎn)品,可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性;</p><p> 易操作性:對PLC的操
20、作包括程序輸入和更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示,對大中型的PLC,編程器采用了CRT屏幕顯示,因此,程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序?qū)ふ?,然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。</p><p> 編程方便。PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。</p><p> 靈
21、活性:PLC采用的編程語言有梯形圖,布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言編程方法的多樣性使編程方便,應(yīng)用面拓展。擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同,即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。</p><p> 但是PLC的價格過于昂貴,不易拓展和升級,無法實現(xiàn)大眾化,所以控制系統(tǒng)將向單片機控制系統(tǒng)逐漸過度。</p><p> 方案二:采用FPG
22、A(現(xiàn)場可編程門陣列)作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能,規(guī)模大,密度高,它將所以器件集中在一塊芯片上,減小了體積,提高了穩(wěn)定性,并且可一應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試,易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式,提高了系統(tǒng)的處理速度,適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高,F(xiàn)PGA的高速處理優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn),并且由于起集成度高,使其成本偏高,同時由于芯片的引腳較多,實物硬件電路板布線
23、復雜,加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。</p><p> 方案三:采用單片機編程控制的方式。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,微型計算機也在不斷的進步,而其中就包含單片機技術(shù)。單片機主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域,用以實現(xiàn)各種測試和控制功能。</p><p><b> 單片機的特點:</b></p><p> 控制系統(tǒng)在線作用。單片機的控制作用可分為兩個
24、方面:一是離線控制,二是在線控制。</p><p> 軟硬件結(jié)合。單片機的引入使控制系統(tǒng)大大“軟化”,相比其他計算機應(yīng)用問題,單片機控制應(yīng)用中的硬件內(nèi)容較多,所以單片機控制應(yīng)用有軟硬結(jié)合的特點。</p><p> 應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境惡劣。通常單片機應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣,電磁干擾、電源波動、沖擊振動、高低溫等因素都會影響系統(tǒng)的工作的穩(wěn)定。此外,無人值守的環(huán)境也會對單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提
25、出更高的要求。所以穩(wěn)定和可靠在單片機的應(yīng)用中具有格外重要的意義。</p><p> 應(yīng)用的廣泛性。在生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中,凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現(xiàn)。其應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)自動化方面、儀器儀表方面、家用電器方面、信息和通信產(chǎn)品方面以及軍事裝備方面。</p><p> 綜上所述,單片機的穩(wěn)定性,可靠性都有著很好的保證,它也具有一定的精度,且低電壓、低功耗。從經(jīng)濟方面考慮
26、,也最為合適。所以此次設(shè)計選用單片機為核心控制器。在本系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計中,選擇ATMEL 公司的AT89C52單片機最合適。 </p><p> 1.2 設(shè)計主要內(nèi)容及設(shè)計思路</p><p><b> 內(nèi)容:</b></p><p> 單片機基本系統(tǒng)電路設(shè)計;</p><p> 顯示、按鍵電路設(shè)計;</p
27、><p><b> 軟件設(shè)計;</b></p><p> Proteus professional軟件的模擬仿真;</p><p><b> 設(shè)計思路:</b></p><p> 交叉字路口是城市交通運輸?shù)难屎恚绾问垢鞣N交通流順暢地通過是城市交通信號控制系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展,
28、交通流量的增加,現(xiàn)在的大中城市都以六車道居多,本方案即以六車道為控制對象,其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示:</p><p> 本設(shè)計主要是關(guān)于交通燈的智能控制,車輛行駛時共有直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個方向,通過數(shù)碼管對倒計時間的顯示和紅、綠、黃三色燈的指示,以達到交通順暢通行的目的。同時,可以通過按鍵來控制倒計時的長短,實現(xiàn)智能控制人流高峰和低谷時,交通燈運行的狀態(tài)。</p><p> 1.3 方案組
29、成和說明</p><p> 單片機模塊是整個系統(tǒng)的核心部分,在這樣一個模擬交通燈系統(tǒng)中,需要有時鐘電路模塊提供基準震蕩頻率以及單片機基本系統(tǒng)、指示電路、顯示電路、鍵盤電路、電源電路、下載線電路設(shè)計。系統(tǒng)基本原理方框圖如圖1-2所示:</p><p> 圖1-2系統(tǒng)基本原理方框圖</p><p> 由上總體方框圖可以看到此次設(shè)計硬件電路有六大部分所構(gòu)成,圍繞以主
30、控部分發(fā)揮各自的功能。只有這幾部分有機結(jié)合才可以很好的實現(xiàn)本次設(shè)計的目的。</p><p> 1.4 AT89C51簡介</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器, ATMEL的AT89C51是一種高效微
31、控制器,AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如1-2所示。 圖1-3 AT89C51引腳排列圖 </p><p><b>
32、 1、管腳說明:</b></p><p><b> VCC:供電電壓。</b></p><p><b> GND:接地。</b></p><p> P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被
33、定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,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(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 &
34、lt;/p><p> P2口:P2口為一個內(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時
35、,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校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(nèi)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”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p> RST:復位輸入。當振蕩器復位器件
36、時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</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地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此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。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(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH
37、地址上置0。此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是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,置位無效。</p><p> /PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p> /EA/VPP:當/EA保持低電平時,則
38、在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p> XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p> XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。</p>
39、<p><b> 2、振蕩器特性:</b></p><p> XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>
40、<b> 3、芯片擦除:</b></p><p> 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前,該操作必須被執(zhí)行。</p><p><b> 4、串口通訊</b></p><p>
41、 串口通信需要用到那些特殊功能寄存器是SCON,TCON,TMOD,SCON等。</p><p> SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。實際上SBUF 包含了兩個獨立的寄存器,一個是發(fā)送寄存,另一個是接收寄存器,但它們都共同使用同一個尋址地址-99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器,在寫時會指到發(fā)送寄存器,而且接收寄存器是雙緩沖寄存器,這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng),
42、數(shù)據(jù)沒有被取走,下一幀數(shù)據(jù)已到來,而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖,一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p> SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài),都會引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H,是一個可以位尋址的寄存器,作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可
43、以工作在幾個不同的工作模式下,其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下:</p><p> SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI</p><p> SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位,這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置如表1-1所示 :</p><p> 表1-1 串行口工作模式設(shè)置<
44、;/p><p> 在這里只說明最常用的模式1,其它的模式也就一一略過。表中的fosc 代表振蕩器的頻率,也就是晶振的頻率。UAR為(Universal Asynchronous Receiver)的英文縮寫。</p><p> RE為允許接收位,REM 置1時串口允許接收,置0時禁止接收。REM是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機相連,在軟件上有
45、串口中斷處理程序,當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷,那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收,在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。</p><p> TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8,在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除,通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位,在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。</p><p
46、> RB8 接收數(shù)據(jù)位8,在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位,地址/數(shù)據(jù)標識位。在模式0 中,RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中,當SM2=0,RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。</p><p> TI 發(fā)送中斷標識位。在模式0,發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時,由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初,由硬件置位。TI 置位后,申請中斷,CPU 響應(yīng)中斷后,發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下,
47、TI 都必須由軟件來清除,也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后,硬件發(fā)送數(shù)據(jù),中斷響應(yīng)(如中斷打開),這時TI=1,表明發(fā)送已完成,TI不會由硬件清除,所以這時必須用軟件對其清零。</p><p> RI 接收中斷標識位。在模式0,接收第8 位結(jié)束時,由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間,由硬件置位。RI=1,申請中斷,要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中,SM2=1時,當未收到有效的停止位,則不會對RI
48、 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個位的,1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位,低位在先,1 位停止位為1。它的波特率是可變的,其速率是取決于定時器1 或定時器2 的定時值(溢出速率)。</p><p> 1.5兩位七段式數(shù)碼管</p><p> 1.5.1兩位七段式數(shù)碼管介紹:</p><p> 兩位七段式數(shù)碼管其實就是將兩個一位
49、八段式數(shù)碼接相應(yīng)的電路組合在一起。并引出兩控制端 1和2,同過其電平的高低來控制兩個數(shù)碼管的高低位工作。其中兩個數(shù)碼管的八個端子A,B,C,D,E,F(xiàn),G,DP為公共所用。(其圖形如圖1-6所示)</p><p> 圖1-4:共陰極二極管 圖1-5:共陽極二極管</p><p> 圖1-6 兩位七段式數(shù)碼管</p><p>
50、2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)</p><p> 2.1簡易交通燈基本組成部分</p><p> 簡易交通燈主要是由復位電路 、時鐘電路 、鍵盤電路、顯示電路、LED指示電路這幾部分組成。</p><p> 此系統(tǒng)核心元件為單片機AT89C51,對其編寫相關(guān)程序來控制交通信號燈和數(shù)碼管的時間顯示。系統(tǒng)共采用12個發(fā)光二極管來模擬各路交通信號燈,2個LED七段數(shù)碼管以倒
51、計時的方式顯示各個方向上允許通行或禁止通行的信號燈剩余的時間。停25S,準備5S,之后通行20S,在東西和南北兩個方向上這兩種狀態(tài)不斷循環(huán)。源程序采用C語言編寫,并通過keil軟件進行編譯,最后倒入AT89C51單片機中,運行系統(tǒng)。設(shè)計好后通過PROTUES軟件仿真,并調(diào)試。</p><p><b> 2.2時鐘電路設(shè)計</b></p><p> AT89C51內(nèi)
52、置最高頻率達12MHz的時鐘電路,用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序但AT89C51單片機需外置振蕩電容。</p><p> 由上可見,AT89C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全,功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器,它實際上是一個完整的1位微計算機,這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效;而8位機在數(shù)據(jù)采集,運算
53、處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復合在一起,二者相輔相承,它是單片機技術(shù)上的一個突破,這也是MCS-51單片機在設(shè)計的精美之處。</p><p> 單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準,時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器,引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端,由
54、于采用內(nèi)部方式時,電路簡單,所得的時鐘信號比較穩(wěn)定,實際使用中常采用這種方式,如圖2-1所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式,片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖2-1中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路,它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用,其值為30P左右,晶振頻率選12MHz。
55、 圖2-1 時鐘電路</p><p> 2.3 復位電路設(shè)計</p><p> AT89C51的上電復位電路如下圖2-2所示,只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端,下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機,由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻,故可將外部電阻去掉,而將外接電容減至1uF。上電復位的工作過程是在加電時,復位電路通過電 容加給RST端一個短暫的高電平信號,此高電平信號
56、隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落,即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位,RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時,Vcc的上升時間約為10ms,而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率,如晶振頻率為10MHz,起振時間為1ms;晶振頻率為1MHz,起振時間則為10ms。在圖2的復位電路中,當Vcc掉電時,必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下,但是,由于內(nèi)部電路的限制作用,這個負電壓將不會對器件
57、產(chǎn)生損害。</p><p> 在復位期間,端口引腳處于隨機狀態(tài),復位后,系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位,則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值,因此,CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行 圖2-2 AT89C51復位電路</p><p> 程序。 </p><p> 2.4 按
58、鍵接口電路設(shè)計</p><p> 單片機使用的鍵盤分為獨立式和矩陣式兩種。</p><p> 方案一:矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合,它有行線和列線組成,按鍵位于行、列的交叉點上。行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端,而有鍵按下時,行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定,列線電平如果為低,則行線電平為低;反之,則為高。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否被按下的關(guān)鍵。矩陣式鍵盤各按鍵彼此將
59、相互發(fā)生影響,所以必須將行、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?,才能確定閉合鍵的位置。</p><p> 方案二:矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤,因為鍵的數(shù)目較多,所以鍵按行列組成矩陣。獨立式鍵盤就是各按鍵相互獨立,每個按鍵各接一根輸入線,一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因次,通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下了獨立式按鍵電路配置靈活,軟件結(jié)構(gòu)簡單。 </
60、p><p> 但每個按鍵需占用一根輸入口線,此種按鍵電路適用于按鍵較少或操作速度教高的場合獨立式實際上就是一組相互獨立的按鍵,這些按鍵可直接與單片機的I/O口連接,連接方法就是每個按鍵獨立一條口線,各按鍵之間狀態(tài)不會影響且接口簡單。</p><p> 考慮到這個控制器中,設(shè)定的按鍵不多,為了使系統(tǒng)簡單明了,在這里選擇獨立式按鍵。如圖2-3所示, 圖2-3 獨立
61、的按鍵電路連接圖</p><p> 2.5 交通燈狀態(tài)顯示電路的設(shè)計</p><p> 十字路口的交通燈分布示意圖如圖2-4所示,將這12個交通燈進行編號。</p><p> 圖2-4 十字路口交通燈分布示意圖</p><p> 這12個交通燈共有四個狀態(tài):</p><p> 狀態(tài)1(S1):東西紅燈(4、1
62、0)亮,南北綠燈(3、9)亮</p><p> 狀態(tài)2(S2):南北黃燈(2、8)亮,東西仍為紅燈(4、10)亮</p><p> 狀態(tài)3(S3):南北紅燈(1、7)亮,東西綠燈(6、12)亮</p><p> 狀態(tài)4(S4):東西黃燈(5、11)亮,南北仍為紅燈(1、7)亮</p><p> 對應(yīng)的硬件原理設(shè)計圖如圖2-5所示:&l
63、t;/p><p> 圖2-5 交通燈狀態(tài)顯示電路</p><p> 2.5.1 LED基本結(jié)構(gòu)</p><p> LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段,其中7個
64、長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形,另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用,其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如上圖2-5所示。 </p><p> 圖2-5 LED管腳排列</p><p> 2.5.2 LED譯碼方式</p><p> 譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段 表2-1 共陰極字段碼表</p
65、><p> 碼的方式,對于LED數(shù)碼管顯示器,通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。</p><p> 硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。</p><p> 軟件譯 碼就是編寫軟件譯碼程序,通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼,譯碼程序通常為查表程序。</p><p> 本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計,LED
66、譯碼采用軟件編程來實現(xiàn)。由于本設(shè)計采用的是共陰極LED,其對應(yīng)的字符和字段碼如表2-1所示。</p><p> 2.5.3 LED顯示器與單片機接口設(shè)計</p><p> 由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器,所以,在一般情況下,必須采用專用的驅(qū)動電路芯片,使之產(chǎn)生足夠大的電流,顯示器才能正常工作[7]。如果驅(qū)動電路能力差,即負載能力不夠時,顯示器亮度就低,而且驅(qū)動電路長期在超負
67、荷下運行容易損壞,因此,LED顯示器的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題。</p><p> 為了簡化數(shù)字式直流電壓表的電路設(shè)計,在LED驅(qū)動電路的設(shè)計上,可以利用單片機P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn),即將LED的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到P0口與上拉電阻之間,這樣,就可以加大P0口作為輸出口德驅(qū)動能力,使得LED能按照正常的亮度顯示出數(shù)字,如圖2-7所示。</p><p>
68、 圖2-7 LED數(shù)碼管與單片機接口電路</p><p><b> 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b> 3.1 程序流圖</b></p><p> 軟件部分采用模塊化程序設(shè)計的方法,由單片機控制主程序、數(shù)碼管顯示組成。系統(tǒng)軟件設(shè)計是在KeilC編譯環(huán)境下進行的,由于C語言程序可移植性好,所以提高了編
69、程的效率。軟件程序流程圖如圖3-1、3-2所示。</p><p> 圖 3-1 主程序流程</p><p> 圖3-2 主程序流程圖</p><p><b> 4 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b> 4.1硬件調(diào)試</b></p><p><b>
70、 模擬程序調(diào)試</b></p><p> 先編寫一個簡單無誤的程序,寫入AT89C51芯片,檢查數(shù)碼管是否可以正常顯示,如果不能正常顯示,則一一進行排查。如果能正常顯示,則說明整體電路沒有問題,可以進行軟件調(diào)試。</p><p><b> 4.2軟件調(diào)試</b></p><p> 當硬件調(diào)試完畢后,可進行軟件調(diào)試。首先編寫程序
71、,檢查程序編寫是否正確,當程序編寫無誤后再將程序?qū)懭階T89C51芯片,觀察電路有效果出來。如無法正常顯示,可能是程序編寫錯誤,繼續(xù)改正。如果檢查程序無誤,但是結(jié)果顯示還是不正確,則有可能是原件損壞。將程序進行編譯后,打開AT89C51單片機的元件屬性編輯對話框,如圖4-1所示。在PROGRAM FILE中,單擊文件夾圖標,選擇“程序RB.hex”文件后,即可對系統(tǒng)進行仿真。</p><p> 圖4-1 AT8
72、9C51屬性對話框</p><p> 4.3 Proteus軟件仿真</p><p> Proteus7.2是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具,可以仿真51 系列、AVR,PIC 等常用的MCU 及其外圍電路。因此在仿真和程序調(diào)試時,關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變,而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗,從某種意義上講,是彌
73、補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。</p><p> 4.3.1 仿真過程</p><p> ?。?)南北紅,東西綠.如圖4-2所示</p><p><b> 圖4-2</b></p><p> (2)南北紅,東西黃。如圖4-3所示</p><p><b> 圖4-3<
74、/b></p><p> ?。?)南北綠,東西紅.如圖4-4所示</p><p><b> 圖4-4</b></p><p><b> 5畢業(yè)設(shè)計體會</b></p><p><b> 5.1心得體會</b></p><p> 本設(shè)計系統(tǒng)是
75、基于單片機的模擬交通燈控制系統(tǒng),具有一定的實際意義。通過本次設(shè)計很好的完成了以單片機為核心,通過LED數(shù)碼管顯示和LED燈完成了十字路口的工作狀態(tài)的模擬,并且通過按鍵有效的控制等待時間的長短的目的.其運行可靠,操作方便,適用性強,可以廣泛應(yīng)用于城市路口,具有較大的推廣價值。</p><p> 由于時間比較緊張,其中不免出現(xiàn)一些不足的地方,但是,在短暫的時間內(nèi),從對題目的分析到方案的確定,再到軟件的模擬,最后通過
76、硬件的調(diào)試,都達到了預想的效果。</p><p> 這次的課程設(shè)計使我把單片機的理論知識用在實踐中,實現(xiàn)了理論和實踐相結(jié)合,從中更懂得理論是實踐的基礎(chǔ),實踐又能檢驗理論的正確性,讓我受益非淺, 對我以后參加工作或者繼續(xù)學習將會產(chǎn)生巨大的幫助和影響。</p><p><b> 結(jié)束語</b></p><p> 經(jīng)過了大學幾年的理論知識的積累
77、,畢業(yè)設(shè)計是對以前知識的總結(jié),也是一次理論結(jié)合實踐的良好機會。在設(shè)計的過程中很多平時想不到的問題都會出現(xiàn),我也學到了許多解決問題的方法。尤其是有專業(yè)的導師指導,讓我受益非淺。</p><p> 通過對單片機課程的學習,讓我對用單片機控制電路和單片機在現(xiàn)實生活中的重要作用有了很深的了解。課堂上老師講解的知識在我們與課程同步的實驗中得到了鞏固和提高,通過這次的課程設(shè)計更是升華了我們平時學習中所獲得的知識。我發(fā)現(xiàn)這項
78、技術(shù)在我們以后的工作和學習中將起到很大的作用,會讓我們?yōu)樯鐣鞒龈蟮呢暙I。課程設(shè)計要求我們立足實際,觀點新穎,多些創(chuàng)新,盡量滿足現(xiàn)實情況的前提下開動腦筋,大膽別致的作出更好的作品。經(jīng)過研究與學習終于作出了自己的設(shè)計,在完成設(shè)計的過程中查閱了很多資料,把課本的知識綜合的系統(tǒng)的應(yīng)用在我的設(shè)計之中。</p><p> 在這次畢業(yè)設(shè)計中我收獲很多。</p><p> 首先,在知識方面:經(jīng)過這
79、次畢業(yè)設(shè)計,我對大學幾年中所學的專業(yè)知識有一個良好的回顧和總結(jié)。平時學的知識在這里得到了綜合運用,使我對所學的專業(yè)知識有了更深的理解;使我學會如何將理論知識運用到具體的實用領(lǐng)域中。同時在設(shè)計的過程中,我還接觸到很多新的知識。</p><p> 其次,在能力方面:在設(shè)計過程中,我需要查找資料,找工具書,需要將所學的知識綜合,需要學習新的知識補充,需要與老師交流,這些都鍛煉了我運用現(xiàn)有知識的能力。學到知識又能應(yīng)用到
80、實踐中去才是最重要的。</p><p> 再次,我的個人素質(zhì)也得到鍛煉。在設(shè)計過程中,它需要耐心、毅力和解決問題的能力。碰到困難不能后退和放棄,要有不達目的不罷休、持之以恒的精神。</p><p> 當然,由于我的知識和能力有限,有很多不足之處,懇請老師指教。</p><p> 總之,在這次設(shè)計中我收益非淺。這必將為我即將踏上工作崗位帶來極大的幫助。</
81、p><p><b> 文獻</b></p><p> [1] 張有德:單片微型機原理、應(yīng)用與實驗.上海:復旦大學出版社,2000. </p><p> [2] 何立民:單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學出版社,2000.</p><p> [3] 李光飛:單片機課程設(shè)計實例指導. 北京航空航天大學出版社,2004.
82、</p><p> [4] 馮育長:單片機系統(tǒng)設(shè)計及工程應(yīng)用.西安電子科技大學出版社,2005.</p><p> [5] 張俊謨:單片機中級教程原理. 北京:北京航空航天大學出版社,2002.</p><p> [6]余發(fā)山:單片機原理及應(yīng)用技術(shù)。中國礦業(yè)大學出版社2003</p><p> [7] 張毅剛:單片機原理及接口技術(shù).哈
83、爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1990</p><p> 附錄一:交通燈硬件電路</p><p><b> 附錄二:源程序</b></p><p> ORG 0000H</p><p> LJMP MAIN</p><p> ORG 0003H</p><
84、;p> LJMP INTER0</p><p> ORG 000BH</p><p> LJMP TIME0</p><p> ORG 0013H</p><p> LJMP INTER1</p><p> ORG 0040H</p><p>
85、MAIN: MOV SP, #70H</p><p> MOV 40H, #14H ;東西綠燈顯示時間</p><p> MOV 41H, #14H ;南北綠燈顯示時間</p><p> MOV 42H, #05H ;黃燈閃
86、爍時間</p><p> START: MOV A, 41H</p><p> ADD A, 42H</p><p> MOV 43H, A ;紅燈時間</p><p> MOV TMOD, #01H ;開始正常工作狀
87、態(tài)</p><p> MOV TH0, #3CH</p><p> MOV TL0, #0B0H ;定時50ms</p><p> SETB EA ;開始計時</p><p> SETB ET0
88、 ;開T0中斷</p><p> SETB TR0 ;啟動定時器T0</p><p> SETB EX0</p><p> SETB INT0</p><p> SETB INT1</p><p> SETB EX1</p>&l
89、t;p> STATUS1: MOV P1, #01111011B ;東西綠燈,南北紅燈</p><p> MOV 44H, 40H</p><p> MOV 45H, 43H</p><p> J11: MOV R4, #14H</p><p>
90、 J0: LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J0</p><p> DEC 44H</p><p> DEC 45H</p><p> MOV A, 44H</p><
91、;p> JNZ J11</p><p> STATUS2: ;東西黃燈閃,南北紅燈亮</p><p> MOV P1, #10111011B</p><p> MOV R3, 42H</p><p> J22: MOV 44H,
92、 R3</p><p> MOV R4, #0AH</p><p> J20: LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J20</p><p> MOV P1, #11111011B</
93、p><p> MOV R4, #0AH</p><p><b> J21:</b></p><p> LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J21</p><p> M
94、OV P1, #10111011B</p><p> LCALL DISP</p><p> DEC 44H</p><p> DEC 45H</p><p> DJNZ R3, J22</p><p> STATUS3:
95、 ;東西紅燈,南北綠燈</p><p> MOV P1, #11001111B</p><p> MOV 44H, 43H</p><p> MOV 45H, 40H</p><p> J31: MOV R4, #14H</p><p&
96、gt; J30: LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J30</p><p> DEC 44H</p><p> DEC 45H</p><p> MOV A, 45H</p>
97、;<p> JNZ J31</p><p> STATUS4: ; 東西紅燈亮,南北黃燈閃</p><p> MOV P1, #11010111B</p><p> MOV 45H, 42H</p><p> J42: MOV
98、 R4, #0AH</p><p> J40: LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J40</p><p> MOV P1, #11011111B</p><p> MOV R4,
99、#0AH</p><p> J41: LCALL DISP</p><p> MOV A, R4</p><p> JNZ J41</p><p> MOV P1, #11010111B</p><p> LCALL DISP</p>
100、<p> DEC 44H</p><p> DJNZ 45H, J42</p><p> JMP START</p><p><b> RET</b></p><p> DISP: MOV A, 44H ;顯示</p>
101、<p> MOV B, #0AH</p><p> DIV AB</p><p> MOV 46H, A</p><p> MOV 47H, B</p><p> MOV A, 46H</p><p> MOV
102、 DPTR, #TAB</p><p> MOVC A, @A+DPTR</p><p> MOV 46H, A</p><p> MOV A, 47H</p><p> MOV DPTR, #TAB</p><p> MOVC
103、 A, @A+DPTR</p><p> MOV 47H, A</p><p> MOV A, 45H</p><p> MOV B, #0AH</p><p> DIV AB</p><p> MOV 48H, A&
104、lt;/p><p> MOV 49H, B ;46h,47h東西顯示的十位、個位</p><p> MOV A, 48H</p><p> MOV DPTR, #TAB</p><p> MOVC A, @A+DPTR</p><p> M
105、OV 48H, A</p><p> MOV A, 49H</p><p> MOV DPTR, #TAB</p><p> MOVC A, @A+DPTR</p><p> MOV 49H, A</p><p> MOV
106、 P0, 46H</p><p> SETB P1.0</p><p> CLR P1.1</p><p> LCALL DELAY</p><p> SETB P1.0</p><p> SETB P1.1 </p><p> MOV
107、 P0, 47H</p><p> CLR P1.0</p><p> SETB P1.1</p><p> LCALL DELAY</p><p> SETB P1.0</p><p> SETB P1.1</p><p> MOV
108、 P2, 48H</p><p> MOV P3, #11111101B</p><p> LCALL DELAY </p><p> MOV P3, #0FFH</p><p> MOV P2, 49H</p><p> MOV
109、P3, #11111110B</p><p> LCALL DELAY</p><p> MOV P3, #0FFH</p><p><b> RETI</b></p><p> DELAY: MOV R7, #06H</p><p>
110、 HERE: DJNZ R7, HERE</p><p><b> RETI</b></p><p><b> TIME0:</b></p><p> PUSH ACC</p><p> PUSH PSW</p><p><b>
111、 DEC R4</b></p><p> MOV TH0, #3CH</p><p> MOV TL0, #0B0H</p><p><b> SETB EA</b></p><p> SETB ET0</p><p> SETB
112、 TR0</p><p> POP PSW</p><p> POP ACC</p><p><b> RETI</b></p><p> INTER0: PUSH ACC</p><p> PUSH PSW</p><p> MOV
113、 P1, #11011011B</p><p> MOV 44H, #58H</p><p> MOV 45H, #58H</p><p> INTS: LCALL DISP</p><p> JNB P3.5, RED</p><p> JNB P
114、3.6, YELLOW</p><p> JNB P3.7, JEND</p><p> JNB P3.4, A1</p><p> LJMP INTS</p><p> RED: ;紅燈加1</p><p>
115、 MOV 44H, 41H</p><p> MOV 45H, 41H</p><p> LCALL DISP</p><p> MOV A, 40H</p><p><b> INC A</b></p><p><b> MOV 40H
116、,A</b></p><p><b> MOV 41H,A</b></p><p> CJNE A, #58H, DDD</p><p> MOV 40H, #1H</p><p> MOV 41H, #1H</p><p> D
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