交通燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 09電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 3班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p&g

3、t;<p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　主要內(nèi)容</b></p><p>　　模仿十字路口交通燈功能，設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)。

4、要求東西方向，南北方向各自有紅，黃，直行綠，轉(zhuǎn)彎綠功能，有數(shù)碼管倒計(jì)數(shù)功能?；緞?dòng)作要求為紅60秒，直行37秒，黃 3秒（閃動(dòng)），轉(zhuǎn)彎綠17秒，黃 3秒（閃動(dòng)），理想設(shè)計(jì)是綠燈轉(zhuǎn)黃燈前3秒綠燈閃動(dòng)，利用按鍵可以修改不同方向綠燈工作時(shí)間，同時(shí)紅燈時(shí)間按綠燈工作時(shí)間調(diào)整?？蛇x做對(duì)緊急車輛用開關(guān)允許通行。 </p><p><b&

5、gt;　　具體要求</b></p><p>　　1．了解硬件電路組成，以及各部分的作用。</p><p>　　2．掌握交通燈的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　3．設(shè)計(jì)交通燈軟件程序，畫主程序，子程序流程圖，編寫程序清單。</p><p><b>　　4．完成系統(tǒng)調(diào)試。</b></p><p&

6、gt;　　5．撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　進(jìn)度安排</b></p><p>　　1．每個(gè)同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目，查找相應(yīng)資料，并由組長(zhǎng)組織分析任務(wù)要求，對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，明確每個(gè)同學(xué)的具體任務(wù)。 （半天） </p>

7、<p>　　2．基本技能培訓(xùn)：安裝實(shí)驗(yàn)板和下載線。 （2天） </p><p>　　3．按分工要求，分析電路結(jié)構(gòu)，擬定電路連接方案，畫出實(shí)現(xiàn)的軟件框圖，分頭進(jìn)行電路連接，軟件編寫。 （2天） </p><p&

8、gt;　　4．學(xué)會(huì)并熟練掌握在偉福和Keil C開發(fā)平臺(tái)上，用匯編和C語(yǔ)言編程和調(diào)試，并寫入CPU， 進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。 （2天半） </p><p>　　5．編寫不少于3000字的課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告及提供程序清單（電子版）。

9、 （1天）</p><p>　　6．總結(jié)與答辯。 （1天）</p><p><b>　　完成后應(yīng)上交的材料</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　源程序清

10、單（電子版）</p><p><b>　　總評(píng)成績(jī)</b></p><p>　　指導(dǎo)教師 簽名日期 年 月 日</p><p>　　系 主 任 審核日期 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><

11、;p>　　一. 軟件部分……………………………………………………1</p><p>　　1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容……………………………………………1</p><p>　　1.1 主要功能的介紹………………………………………1</p><p>　　1.2 程序基本功能…………………………………………1</p><p>　　2、程序框圖………

12、……………………………………………2</p><p>　　2.1 主程序的流程圖………………………………………2</p><p>　　2.2 交通燈子程序的流程圖………………………………2</p><p>　　2.3 定時(shí)器1流程圖………………………………………3</p><p>　　2.4 定時(shí)器0流程圖………………………………………3&l

13、t;/p><p>　　2.5 鍵盤掃描子程序流程圖………………………………4</p><p>　　2.6 定時(shí)器2程序流程圖…………………………………4</p><p>　　二. 硬件 ……………………………………………………………5</p><p>　　1、AT89C52芯片 ……………………………………………5</p><

14、p>　　2、74LS373鎖存器芯片………………………………………5</p><p>　　3、EEPROM（電可擦寫只讀存儲(chǔ)器）……………………7</p><p>　　4、1838紅外接收頭…………………………………………8</p><p>　　5、設(shè)計(jì)原理圖部分：………………………………………10</p><p>　　三、調(diào)試過(guò)程及編

15、程體會(huì)…………………………………………14</p><p>　　四、參考文獻(xiàn)………………………………………………………17</p><p><b>　　一.軟件部分</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：</p><p>　　1.1主要功能介紹：</p><p>　　仿十字路口交通燈功能

16、（使用兩塊學(xué)習(xí)板進(jìn)行模仿）</p><p>　　包含東西方向，南北方向各自有紅，黃，直行綠，綠燈，轉(zhuǎn)彎綠；</p><p>　　并用兩塊兩位的數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)倒計(jì)數(shù)等功能；</p><p>　　利用外部中斷實(shí)現(xiàn)緊急情況控制；</p><p>　　利用四個(gè)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)各方向通行時(shí)間調(diào)節(jié)。</p><p>　　使用紅外接收發(fā)送實(shí)現(xiàn)

17、數(shù)據(jù)傳送同步</p><p>　　1.2程序基本功能：其中“√”表示亮，“×”表示熄滅，“*”表示閃爍。</p><p><b>　　2、程序框圖：</b></p><p>　　2.1主程序的程序框圖：</p><p>　　圖1、主程序的程序框圖</p><p>　　2.2．交通燈子程序

18、流程圖</p><p>　　圖2、交通燈子程序框圖</p><p>　　2.3．定時(shí)器1框圖：8位自動(dòng)重裝定時(shí)器，</p><p>　　1200kps波特率發(fā)生器可用于串口通信，38khz方波發(fā)生器可用于紅外發(fā)射）</p><p>　　圖3、定時(shí)器1的程序框圖</p><p>　　2.4．定時(shí)器0框圖：（16位定時(shí)器，

19、每1/256秒進(jìn)入一次溢出中斷）</p><p>　　圖4、定時(shí)器0的程序框圖</p><p>　　2.5 鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　圖5、鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　2.6定時(shí)器2程序流程圖（16位捕捉模式，用于紅外發(fā)射、接收）</p><p><b>　　二.硬件</b

20、></p><p>　　1.STC89C52芯片</p><p>　　AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　圖6 STC89C52芯片</p&

21、gt;<p>　　MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，</p><p>　　功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 </p><p>　　STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照

22、常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。</p><p>　　2.74LS373鎖存器芯片</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片74LS373以及coms的74hc373。是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，其引腳圖與結(jié)構(gòu)原理圖、電路連接圖如下： </p><p>　　圖7、<74LS373引腳圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖電路連接圖>

23、</p><p>　　表2. 74LS373真值表：</p><p>　　<74LS373功能表>：</p><p>　　E G D Q</p><p>　　L H H H</p><p>　　L H L L</p><p>　　L L X Q</p&g

24、t;<p>　　上表是74LS373的真值表，表中： L——低電平；H——高電平；X——不定態(tài)；Q0——建立穩(wěn)態(tài)前Q的電平；</p><p>　　G——輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無(wú)阻低電平：關(guān)門鎖存。圖中OE——使能端，接地。</p><p>　　當(dāng)G=“1”時(shí)，74LS373輸出端1Q—8Q與輸入端1D—8D相同；當(dāng)G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。&

25、lt;/p><p>　　3.EEPROM（電可擦寫只讀存儲(chǔ)器）</p><p>　　EEPROM，或?qū)懽鱁2PROM，全稱電子抹除式可復(fù)寫只讀存儲(chǔ)器 （英語(yǔ)：Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory），是一種可以通過(guò)電子方式多次復(fù)寫的半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備。相比EPROM，EEPROM不需要用紫外線照射，也不需取下，就可以用特定的電壓，來(lái)抹

26、除芯片上的信息，以便寫入新的數(shù)據(jù)。</p><p>　　EEPROM有四種工作模式：讀取模式、寫入模式、擦除模式、校驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｗx取時(shí)，芯片只需要Vcc低電壓（一般+5V）供電。編程寫入時(shí)，芯片通過(guò)Vpp（一般+25V, 較新者可能使用 12V 或 5V）獲得編程電壓，并通過(guò)PGM編程脈沖（一般50ms）寫入數(shù)據(jù)。擦除時(shí)，只需使用Vpp高電壓，不需要紫外線，便可以擦除指定地址的內(nèi)容。為保證寫入正確，在每寫入一塊數(shù)據(jù)后

27、，都需要進(jìn)行類似于讀取的校驗(yàn)步驟，若錯(cuò)誤就重新寫入?，F(xiàn)今的 EEPROM 通常已不再需要使用額外的 Vpp 電壓，且寫入時(shí)間也已有縮短。</p><p>　　由于EEPROM的優(yōu)秀性能，以及在聯(lián)機(jī)操作的便利，它被廣泛用于需要經(jīng)常擦除的BIOS芯片以及閃存芯片，并逐步替代部分有斷電保留需要的RAM芯片，甚至取代部份的硬盤功能（見(jiàn)固態(tài)硬盤）。它與高速RAM成為當(dāng)前（21世紀(jì)00年代）最常用且發(fā)展最快的兩種存儲(chǔ)技術(shù)。他

28、可以直接利用電氣信號(hào)來(lái)更新程序，所以比EPROM更方便。</p><p>　　4.1838紅外接收頭</p><p><b>　　紅外遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　紅外遙控系統(tǒng)主要分為調(diào)制、發(fā)射和接收三部分，如圖1 所示：</p><p><b>　　圖8 紅外遙控系統(tǒng)</b></

29、p><p>　　1838紅外接收頭為接收部分：</p><p><b>　　一體化紅外接收頭</b></p><p>　　1　紅外信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)的典型電路如圖1所示，紅外接收電路通常被廠家集成在一個(gè)元件中，成為一體化紅外接收頭。 </p><p>　　2內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等

30、。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)， </p><p>　　3　然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流 </p><p>　　4　信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過(guò)30khz到60khz的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出 </p><p>　　5高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注

31、意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。 </p><p>　　6　一體化紅外接收頭，如圖2所示： </p><p><b>　　圖9 紅外接收頭 </b></p><p>　　紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制 </p><p&

32、gt;　　載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。 </p><p>　　紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。 </p><p>　　有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進(jìn)一步降低電源干擾。</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)原理圖部分</b></p>

33、<p>　　圖10. 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)</p><p>　　圖16 硬件調(diào)試過(guò)程圖</p><p>　　三.調(diào)試過(guò)程及編程體會(huì)</p><p>　　早在元旦前，老師布置題目以后，我們?nèi)齻€(gè)隊(duì)友就趕快聚集在一起，商量具體的做法以及任務(wù)分配。然后我們就投入的緊張的奮斗中去了。所以在還沒(méi)上課前，我們軟件編程方面已經(jīng)有初有成效了。下面介紹一下我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)這

34、個(gè)過(guò)程中所獲得的經(jīng)驗(yàn)跟遇到一些問(wèn)題。</p><p>　　本次我組所選的課程設(shè)計(jì)為交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)旨在模仿現(xiàn)實(shí)中較為普通的十字交叉路口交通燈的正常運(yùn)行工作模式。我組組員共三人，包括我，盧偉俊，彭文精。盧偉俊同學(xué)主要負(fù)責(zé)紅外線接收發(fā)送部分，及重要的定時(shí)中斷部分的編寫，我負(fù)責(zé)交通燈部分，led燈等部分比較簡(jiǎn)單的小程序的編寫，彭文精也參與了部分的編程，他最主要的是在查找資料，分析數(shù)據(jù)和整合最終結(jié)果的工作。&

35、lt;/p><p>　　由于之前學(xué)習(xí)過(guò)，郭天祥的基于C語(yǔ)言的51單片機(jī)編程，而且個(gè)人覺(jué)得C語(yǔ)言運(yùn)用起來(lái)比匯編方便，容易理解很多。</p><p>　　在開始編程的時(shí)候，由于從來(lái)還沒(méi)有自己編過(guò)這么長(zhǎng)的程序，所以難免有點(diǎn)摸不著頭腦。還不太清楚完成一個(gè)相對(duì)比較大的程序的具體方法。所以只好按照老師給我們說(shuō)的，先寫好程序框圖，不過(guò)在寫程序框圖的時(shí)候，頭腦也難免有點(diǎn)亂。</p><p&

36、gt;　　由于單純一塊學(xué)習(xí)板中不能夠我們想要達(dá)到的功能，所以一開始我們還按著預(yù)想的功能，我們按著思路想自己組的組員自己制版。我們按著事先想好的程序預(yù)想達(dá)到的功能，先分別把要實(shí)現(xiàn)的功能都實(shí)現(xiàn)，由于C語(yǔ)言有比較好的移植性，所以只要把每一個(gè)模塊都實(shí)現(xiàn)了，然后用一定的方式把所有的東西串起來(lái)就實(shí)現(xiàn)了完整的功能。而我們?nèi)齻€(gè)隊(duì)員，就每人負(fù)責(zé)一個(gè)模塊。有些模塊很容易就實(shí)現(xiàn)了，但是有些模塊遇到了很大麻煩，針對(duì)這個(gè)我們想了很多辦法：?jiǎn)枎熜?，?wèn)其他同學(xué)，自己

37、找資料……最后在大家的一起努力之下終于攻克了。</p><p>　　當(dāng)然，軟件方面初步順利有點(diǎn)成效了，還沒(méi)完善。其實(shí)在當(dāng)中過(guò)程中，我們?cè)?jīng)還打算做一個(gè)實(shí)際的交通燈電路板模型，當(dāng)程序快要完成的時(shí)候，我們就分配組員中的一個(gè)人，負(fù)責(zé)完成最后的工作，而其他兩個(gè)隊(duì)友，就開始畫PCB線路圖，有經(jīng)過(guò)了兩個(gè)人幾天的努力，線路也布好了。 于是就嘗試這做電路板，由于這是我們第一次做電路板，只是了解做板的流程而已，但是具體有什么細(xì)節(jié)需

38、要注意的，就只有靠實(shí)踐自己去琢磨咯。不過(guò)在我們的意料之中，我們做的板失敗了，給了我們很大的打擊，也磨削了我們的不少積極性，最后沒(méi)辦法就放棄了，選擇其他路徑去實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　接下來(lái)，我們?yōu)榱溯^為方便地實(shí)現(xiàn)該交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案（我們放棄了原先獨(dú)立做板的想法），同時(shí)也兼顧較為直觀化地給觀看著展示該設(shè)計(jì)成果（考慮作品的直觀效果），我們組采用了兩塊學(xué)習(xí)板進(jìn)行雙路同時(shí)顯示，即東西方向（第一塊學(xué)習(xí)板），和南

39、北方向（第二塊學(xué)習(xí)板），進(jìn)行模仿兩個(gè)交叉垂直方向的交通燈指示效果。兩塊學(xué)習(xí)板之間使用串口傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　這樣設(shè)計(jì)的話，好像略顯簡(jiǎn)單了些，所以盧偉俊同學(xué)提出了，板與板之間采用了紅外傳輸芯片1838進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)然這給這個(gè)設(shè)計(jì)添加了新的亮點(diǎn)。由于他是第一次嘗試真正使用這種芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所以這部分的編程存在一定的難度，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)也花費(fèi)了大量的時(shí)間。我們也從其中過(guò)程中學(xué)到了很多課外知識(shí)，使自己的

40、單片機(jī)知識(shí)得到拓展。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)，我發(fā)覺(jué)最大的問(wèn)題在于，不僅是我們組，很多組的同學(xué)都缺乏實(shí)際制板的經(jīng)驗(yàn)，而且要在兩個(gè)星期內(nèi)完成軟硬件的學(xué)習(xí)，的確很有苦難，這也給我最大的教訓(xùn)是，平時(shí)應(yīng)該多兼顧課外相關(guān)知識(shí)，多實(shí)踐才能了解認(rèn)識(shí)到自己是否在課堂中學(xué)到有用實(shí)用的東西。</p><p>　　另外，由于是第一次嘗試使用1838紅外接收頭這種類型的器件，難免在其中遇到一些無(wú)法解決的跟

41、回答的現(xiàn)象：首先，我們要解決多字節(jié)在紅外接收傳輸?shù)膯?wèn)題；其次是，我們發(fā)現(xiàn)紅外在數(shù)據(jù)存在延遲問(wèn)題，如果一直循環(huán)下去的話，會(huì)造成東西方向跟南北方向的數(shù)據(jù)偏差不斷增大，所以，在編程的時(shí)候，當(dāng)東西方向紅燈亮起的時(shí)候，就運(yùn)行重置數(shù)據(jù)的指令，使計(jì)時(shí)恢復(fù)到初始化狀態(tài)，這樣就使到數(shù)據(jù)偏差只保持恒定值（比較小的偏差水平）。最后，由于沒(méi)有使用串口之間連線數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，外界對(duì)紅外線的干擾特別大。稍微阻隔就可能使到數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)偏差，甚至是錯(cuò)誤。

42、我的個(gè)人設(shè)想是，如果像手機(jī)的發(fā)展歷史一樣，從紅外傳輸發(fā)展到現(xiàn)在很成熟的藍(lán)牙傳輸，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)方面，我們可以使用藍(lán)牙進(jìn)行傳輸?shù)脑?，將?huì)是一種更大的改進(jìn)，但是時(shí)間有限，沒(méi)法一一實(shí)現(xiàn)理想中的功能。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，給我最大的感受就是：很多事情只有我們嘗試了以后才能學(xué)到更多，嘗試多了以后才能達(dá)到熟練的地步，編程也一定要多聯(lián)系！ 對(duì)比現(xiàn)在和課程設(shè)計(jì)之前自己對(duì)單片機(jī)的了解，是決然不同了，這就是實(shí)踐的結(jié)