單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--基于單片機(jī)的數(shù)字交通燈

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的數(shù)字交通燈 </p><p>　　系 別： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：電子信息1班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、;<p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　　設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過(guò)短暫的過(guò)渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下

3、圖所示。說(shuō)明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開(kāi)始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復(fù)始，即如圖2.1所示</p><p><b>　　圖1 交通狀態(tài)</b></p><p>　　通過(guò)具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下：</p><p>　　◆東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20

4、秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。</p><p>　　◆東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　◆南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。</p><p>　　◆南北方向綠燈滅，同時(shí)黃

5、燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：</p><p>　　表1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)</p><p>　　東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠

6、燈狀態(tài)如表1所示。說(shuō)明：0表示滅，1表示亮。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成及工作原理</b></p><p>　　單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了緊急情況處理與時(shí)間調(diào)整功能。</p><p>

7、;　　據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設(shè)置模塊產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)模塊模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。</p><p>　　單片機(jī)上電后，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過(guò)程中隨時(shí)調(diào)用急停按鍵和時(shí)間調(diào)節(jié)中斷。</p><p>　　單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求</p&g

8、t;<p>　　本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的</p><p>　　信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，通行時(shí)間調(diào)整和緊急處理等功能。</p><p><b>　?。?）倒計(jì)時(shí)顯示</b></p><p>　　倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過(guò)”兩者間作出合適的選擇。

9、駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來(lái)減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵時(shí)刻做出復(fù)雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過(guò)”兩者間作出合適的選擇 。</p><p><b>　　（2）時(shí)間的設(shè)置</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中可通過(guò)鍵盤對(duì)時(shí)間進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，增加

10、了人為的可控性，避免自動(dòng)故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡(jiǎn)單，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)特別浪費(fèi)I／0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，但是在單片機(jī)I／0 口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I／0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。</p><p>

11、<b>　?。?）緊急處理</b></p><p>　　交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過(guò)等，我們都必須盡量允許其暢通無(wú)阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭(zhēng)的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。</p><p><b>　　主要引腳功能</b></p>

12、<p><b>　　VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：接地</b></p><p>　　·P0口：P0口是一組8位雙向I／0口。P0口即可作地址／數(shù)據(jù)總線使用，又可以作為通用的I/O口使用。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口分時(shí)先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時(shí)，P0口就不能再作

13、I/O口使用了。在訪問(wèn)期間激活要使用上拉電阻。</p><p>　　·P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8準(zhǔn)位雙向I／O口，P1作為通用的I/O口使用。</p><p>　　·P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I／O 口，P2即可作為通用的I/O口使用，也可以作為片外存儲(chǔ)器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲(chǔ)器單元地址。</p&g

14、t;<p>　　·P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I／0 口。P3 口除了作為通用的I/O口使用之外，每個(gè)引腳還具有第二功能，具體分配如表2</p><p>　　表2 具有第二功能的P3口引腳</p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平

15、，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。</p><p>　　·ALE／PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1／6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

16、時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)F1ash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。</p><p>　　·PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)A

17、T89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSEN信號(hào)。</p><p>　　·EA／VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程

18、序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vcc。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成</b></p><p>　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)硬件電路由狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。

19、</p><p>　　其中P0用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，REST引腳接上復(fù)位電路，P2.6與P2.7對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行片選，P3.2即INT0緊急情況處理按鍵，P3.3即INT1接時(shí)間調(diào)整中斷按鍵。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作原理</b></p><p>　　系統(tǒng)上電或手

20、動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯P0口，在此同時(shí)用軟件方法計(jì)時(shí)1秒，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。</p><p>　　時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，</p><p>　　當(dāng)然，還要開(kāi)啟兩個(gè)外部中斷，其一為緊急情況處理中斷，一旦信號(hào)有效，即K

21、3鍵為低電平時(shí)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，東西南北路口的紅燈全亮禁止全部通行，再按一下Ｋ３鍵，中斷結(jié)束返回。其二為通行時(shí)間調(diào)整中斷，若K4按鍵有效，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，此后再按K4鍵則中斷結(jié)束返回。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.原理圖</b></p><p>　　

22、2. PCB上元器件的布線圖</p><p><b>　　四、制作與調(diào)試</b></p><p>　　1、PCB上元器件的布線圖</p><p><b>　　圖8 信號(hào)燈的連接</b></p><p><b>　　圖7 LED連接圖</b></p><p&g

23、t;<b>　　數(shù)碼管 連接圖</b></p><p><b>　　2、元件清單</b></p><p><b>　　3.調(diào)試過(guò)程</b></p><p><b>　　單片機(jī)調(diào)試:</b></p><p>　　首先，了解硬件接口以及功能，以便于配置IO端口

24、；第二，根據(jù)硬件設(shè)計(jì)以及功能需要，編寫單片機(jī)程序；第三，編譯程序，把程序燒寫到單片機(jī)中，或者鏈接debug調(diào)試器，在線對(duì)單片機(jī)進(jìn)行仿真；第四，在線仿真可以支持單步調(diào)試和斷點(diǎn)調(diào)試，測(cè)試單片機(jī)的軟件功能；第五，如果出現(xiàn)問(wèn)題，首先分析是軟件邏輯的問(wèn)題，還是硬件方面的問(wèn)題，以便于對(duì)癥下藥；最后，將軟件寫入單片機(jī)的flash中，將單片機(jī)加密，防止其他人竊取單片機(jī)內(nèi)部代碼。</p><p><b>　　五

25、、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩周的努力工作，終于完成了自己的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。雖說(shuō)忙碌了點(diǎn)，但我覺(jué)得這樣的生活充實(shí)且有成就感，當(dāng)然，也獲益匪淺。</p><p>　　在焊接過(guò)程中，我學(xué)會(huì)應(yīng)先合理的布局，并認(rèn)真檢查每個(gè)元器件，確保無(wú)誤后再焊接。還有，不能急于求成，要焊接一個(gè)模塊，檢查一個(gè)模塊，免得整個(gè)版子焊完后再在一大堆線中檢查，這樣不僅效率低且耗時(shí)。自然，我也學(xué)會(huì)

26、如何去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的一些方法。</p><p>　　至于軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，我覺(jué)得它主要考驗(yàn)?zāi)愕乃季S邏輯能力及你對(duì)指令的熟悉程度。可以說(shuō)再整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)會(huì)了延時(shí)的兩種方法，即軟件延時(shí)和硬件延時(shí)，還掌握數(shù)碼管的兩種顯示方式（即動(dòng)態(tài)顯示與靜態(tài)顯示）及其如何選擇。當(dāng)然，通過(guò)幾次反復(fù)調(diào)試過(guò)程，使得我對(duì)匯編指令有了更深刻的理解。</p><p>　　在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程我還掌握了一下幾

27、點(diǎn)：</p><p>　　（1）掌握了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。</p><p>　?。?）理解了最單片機(jī)的各部分組成及特性。</p><p>　?。?）熟練使用了各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具完成設(shè)計(jì)，充分掌握了這些工具的使用。</p><p>　　（4）學(xué)會(huì)了利用Keil uVision3對(duì)匯編語(yǔ)言進(jìn)行編譯過(guò)程.更進(jìn)

28、一步加深了對(duì)PROTEUS軟件的學(xué)習(xí)。</p><p>　　還有，我還發(fā)現(xiàn)自身一些毛病。一，前期準(zhǔn)備工作做的不夠好，想的還算多，可就是沒(méi)落實(shí)。先說(shuō)選題，就表現(xiàn)自己有畏難情緒，其實(shí)當(dāng)時(shí)找到好幾個(gè)題目，但交通燈最熟悉，所以就選了它。就這，還沒(méi)做的很理想，還有好些功能可以加上去，像通過(guò)測(cè)流量來(lái)自動(dòng)調(diào)整通行時(shí)間，加個(gè)監(jiān)控電路，看門狗電路等。二，行動(dòng)起來(lái)不是很賣力，雖說(shuō)動(dòng)手還算早，但每天的進(jìn)展卻不大，可以說(shuō)做與玩相伴而行。

29、</p><p>　　通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，充分意識(shí)到自己所學(xué)的東西還是非常有限的，不過(guò)通過(guò)設(shè)計(jì)，還是學(xué)到了一些書本上沒(méi)有學(xué)到的東西，為自己以后的學(xué)習(xí)起了很大的幫助。就我個(gè)人而言，很深刻地體會(huì)到一點(diǎn)，那就是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中一定要有一個(gè)整體的清晰的思路，知道自己的設(shè)計(jì)的對(duì)象的基本功能和核心器件的適用及其作用，只要把握住這些主要方面，一些小問(wèn)題都將圍繞著這些主要問(wèn)題而逐步得到解決。同時(shí)我也懂得，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，生活中