單片機(jī)交通燈課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《單片機(jī)原理及技術(shù)》課程考查報(bào)告</p><p>　　考查題目： 《單片機(jī)原理及技術(shù)》</p><p>　　系 別： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)電一體化 </p><p>　　班 級(jí)： 機(jī)電六班 </p>&l

2、t;p>　　2011年 6 月 10 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 摘要2</b></p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)目的2</p>&l

3、t;p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容2</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)及核心器件簡(jiǎn)介4</p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　2.2 AT89C514</p><p>　　2.3 LED發(fā)光二極管6</p><p>　　第三章 單元電路模塊設(shè)

4、計(jì)8</p><p>　　3.1 復(fù)位電路8</p><p>　　3.2 交通燈狀態(tài)顯示電路9</p><p>　　3.3 緊急情況中斷電路10</p><p>　　3.4 總體設(shè)計(jì)原理圖及功能介紹11</p><p>　　第四章 軟件編程設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)思

5、想12</p><p>　　4.2 程序框圖12</p><p>　　4.3 源程序13</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)心得17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

6、gt;　　交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會(huì)活動(dòng)的日益頻繁，這點(diǎn)更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)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(jī)AT89C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)就是采用單片機(jī)模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)I/O口擴(kuò)展系統(tǒng)、交通燈狀態(tài)顯

7、示系統(tǒng)、緊急情況選擇系統(tǒng)、復(fù)位電路等幾大部分組成。系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有緊急情況處理等功能，較好的模擬實(shí)現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的狀況。</p><p>　　軟件上采用C51編程，主要編寫了主程序，延時(shí)程序等。經(jīng)過(guò)整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口交通燈的模擬。</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b&g

8、t;　　1.1 概述</b></p><p>　　近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯

9、效果。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?。?）加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)和C51語(yǔ)言的認(rèn)識(shí)，充分掌握和理解設(shè)計(jì)各部分的工作原理、設(shè)計(jì)過(guò)程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項(xiàng)知識(shí)。</p><p>　?。?）用單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用，使個(gè)人設(shè)計(jì)能夠真正使用。</p><p>　　（3）把理論知識(shí)與實(shí)

10、踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個(gè)人能力，并在實(shí)踐中鍛煉。</p><p>　?。?）提高利用已學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　?。?）提高實(shí)踐動(dòng)手能力。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容</p><p><b>　　1.3.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　結(jié)合教材及參考資料，

11、用AT89C51單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)十字路口的交通燈亮滅,顯示、緊急情況處理等功能。</p><p><b>　　1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?。?）填寫設(shè)計(jì)任務(wù)書。</p><p>　?。?）進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，畫出原理圖。</p><p>　　（3）用Protel軟件畫出PCB板。</p><

12、;p>　?。?）編寫并調(diào)試程序。</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)及核心器件簡(jiǎn)介</p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，由I/O口擴(kuò)展，LED數(shù)碼管顯示,緊急情況中斷電路，watchdog復(fù)位電路組成。</p><p>　　硬件模塊入圖2-

13、1。</p><p>　　圖2－1 硬件模塊</p><p>　　2.2 AT89C51</p><p>　　AT89C51是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。    AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾

14、大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：</p><p><b>　　·中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p&

15、gt;　　·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)</p><p>　　·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p>　　8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/

16、計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p>　　2.2.2 MCS-51的引腳說(shuō)明：</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)

17、這些引腳的功能加以說(shuō)明：如圖2.2.2</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　2.2.2 MCS-51引腳圖</p><p>　　Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P

18、3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。</p><p>　　2.3 LED發(fā)光二極管</p><p>　　發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出

19、可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。</p><p>　　它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，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(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)

20、的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 </p><p>　　發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)管子的電流。</p><p><b>　　電壓</b><

21、;/p><p>　　LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 </p><p><b>　　效能</b></p><p>　　消耗能量較同光效的白熾燈減少80% </p><p><b>　　適用性</b></p&

22、gt;<p>　　很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 </p><p><b>　　發(fā)光二極管</b></p><p><b>　　穩(wěn)定性</b></p><p><b>　　響應(yīng)時(shí)間</b></p><p

23、>　　其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) </p><p><b>　　對(duì)環(huán)境污染</b></p><p><b>　　無(wú)有害金屬汞 </b></p><p><b>　　顏色</b></p><p>　　發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能

24、帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍(lán)的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。 </p><p><b>　　價(jià)格</b></p><p>　　LED的價(jià)格現(xiàn)在越來(lái)越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來(lái)，人們都會(huì)的把白熾燈換成LED燈?，F(xiàn)在，我國(guó)部分城市公路、學(xué)校、廠區(qū)等場(chǎng)所已換裝萬(wàn)LED路燈、節(jié)能燈等 </p&

25、gt;<p>　　單色光LED的種類及其發(fā)展歷史 </p><p>　　最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 </p><p>　　70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm），黃

26、光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 </p><p>　　到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。 </p><p>　　90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（λp=615nm）的光效

27、達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λp=530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。 </p><p>　　單色光LED的應(yīng)用 </p><p><b>　　發(fā)光二極管</b></p><p>　　最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12

28、英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 </p><p>　　汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國(guó)開(kāi)始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)速度快（納秒級(jí)

29、），可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。 </p><p>　　另外，LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。 </p><p>　　第三章 單元電路模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1復(fù)位電路</b></p><p>　　8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，

30、也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖2.2.3。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　圖2.2.3 AT89C51的復(fù)位方式</p><p>　　這里選用手動(dòng)復(fù)位方式。</p><p>　　3.2 交通燈狀態(tài)顯示電路</p><p>　　利用發(fā)光二極管的共陽(yáng)極

31、接法，通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，實(shí)現(xiàn)P2口的輸出變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)二極管的控制，實(shí)現(xiàn)兩路紅綠燈的轉(zhuǎn)化。如有緊急情況發(fā)生，急停鍵被按下，程序有中斷信號(hào)，跳轉(zhuǎn)的兩路紅燈都亮的狀態(tài)。交通燈模擬圖如下：</p><p>　　3.4 緊急情況中斷電路</p><p>　　遇到緊急情況，如有救護(hù)車通過(guò)時(shí)，按下急停鍵，通過(guò)硬件和程序來(lái)給P2一個(gè)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路紅燈亮。緊急情況解除以后按下恢復(fù)鍵，使急停鍵彈起，

32、通過(guò)程序來(lái)恢復(fù)之前紅綠燈狀態(tài)。如下圖：</p><p>　　其中S1為急停鍵，S2為恢復(fù)按鈕。</p><p>　　3.5 總體設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　第四章 軟件編程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中交通燈的功能結(jié)合理論知識(shí)

33、，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)交通燈的模擬控制。滿足以下要求：</p><p>　　主干道綠燈亮30秒，次干道綠燈20秒，黃燈都是5秒,且紅燈以1Hz的頻率閃爍。</p><p>　　要求用延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)時(shí)間。</p><p>　　如果有按鍵按下表示有緊急車輛通過(guò)，兩路亮紅燈；如果另一按鍵按下，則恢復(fù)正常。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)框圖<

34、;/p><p><b>　　系統(tǒng)總框圖</b></p><p>　　任意時(shí)刻如有緊急情況，子框圖如下：</p><p><b>　　4.3 源程序</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　START: MOV P3,#0FFH ；使P

35、3口處于接收狀態(tài)</p><p>　　LOOP1:MOV A,#0DEH ;讓ACC的內(nèi)容為DEH</p><p>　　MOV P2,A ；從P2口輸出</p><p>　　LCALL DE30 ；調(diào)用主道30秒延時(shí)程序 </p><p>　　MOV A,#0CBH ；;讓ACC的內(nèi)容

36、為CBH</p><p>　　MOV P2,A ；從P2口輸出</p><p>　　LCALL DE5 ；調(diào)用主道黃燈5秒延時(shí)程序</p><p>　　MOV A,#0EDH ；;讓ACC的內(nèi)容為EDH</p><p>　　MOV P2,A ；從P2口輸出&l

37、t;/p><p>　　LCALL DE20 ；調(diào)用次道20秒延時(shí)程序 </p><p>　　MOV A,#0C7H ；;讓ACC的內(nèi)容為C7H</p><p>　　MOV P2,A ；從P2口輸出</p><p>　　LCALL LY5 ；調(diào)用次道黃燈5秒延時(shí)程序<

38、/p><p>　　LJMP LOOP1 ；跳轉(zhuǎn)到LOOP1</p><p>　　LOOP2: MOV A,#0CFH ；緊急中斷程序</p><p>　　MOVP2,A ；從P2口輸出</p><p>　　LCALL DY0 ；中斷延時(shí)程序</p><p&

39、gt;　　LJMP LOOP2 ；跳轉(zhuǎn)到LOOP2</p><p>　　DE30: MOV R4,#02 ;主道30秒延時(shí)程序 </p><p>　　D3: MOV R5,#152</p><p>　　D2:MOV R7,#200</p><p>　　D1: MOV R6,#123<

40、;/p><p>　　A0:JNB P3.0,LOOP2 ：若P3.0口為0，則跳轉(zhuǎn)到LOOP2</p><p>　　DJNZ R6, A0</p><p>　　DJNZ R7,D1</p><p>　　DJNZ R5,D2</p><p>　　DJNZ R4,D3</p><p>

41、;<b>　　RET</b></p><p>　　DE20: ;次道20秒延時(shí)程序 </p><p>　　MOV R4,#02</p><p>　　D6: MOV R5,#100</p><p>　　D5:MOV R7,#200</p><p&

42、gt;　　D4: MOV R6,#123</p><p>　　A1:JNB P3.0,LOOP2 ：若P3.0口為0，則跳轉(zhuǎn)到LOOP2</p><p>　　DJNZ R6,A1</p><p>　　DJNZ R7,D4</p><p>　　DJNZ R5,D5</p><p>　　DJNZ

43、 R4,D6</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DE5: ;主道黃燈5秒延時(shí)程序</p><p>　　MOV R4,#5</p><p>　　D9: MOV R5,#20</p><p>　　D8:MOV

44、 R7,#100</p><p>　　D7: MOV R6,#123</p><p>　　A2:JNB P3.0,LOOP2 ：若P3.0口為0，則跳轉(zhuǎn)到LOOP2</p><p>　　DJNZ R6,A2</p><p>　　DJNZ R7,D7</p><p>　　DJNZ R5,D8&

45、lt;/p><p>　　XRL A,#10H</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　DJNZ R4,D9</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　LY5: ;次道黃燈5秒延時(shí)程

46、序</p><p>　　MOV R4,#5</p><p>　　D12: MOV R5,#20</p><p>　　D11:MOV R7,#100</p><p>　　D10: MOV R6,#123</p><p>　　A3:JNB P3.0,LOOP2 ：若P3.0口為0，則跳轉(zhuǎn)到L

47、OOP2</p><p>　　DJNZ R6,A3</p><p>　　DJNZ R7,D10</p><p>　　DJNZ R5,D11</p><p>　　XRL A,#20H</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　DJNZ R

48、4,D12</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DY0: ; 中斷延時(shí)程序</p><p>　　MOV R5,#10</p><p>　　D14:MOV R7,#200</p><p>　　D13: MOV R6

49、,#123</p><p>　　A4:JNB P3.1,A5</p><p>　　DJNZ R6,A4</p><p>　　DJNZ R7,D13</p><p>　　DJNZ R5,D14</p><p><b>　　SJMP D14</b></p><p>

50、<b>　　RET</b></p><p>　　A5: LJMP LOOP1</p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　本系統(tǒng)就是充分利用了AT89C51的I/O引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系

51、列單片機(jī)Intel8051為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)模擬交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過(guò)AT89C51芯片的P2口設(shè)置主次干道紅、綠，黃燈燃亮?xí)r間的功能。紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，每次轉(zhuǎn)換經(jīng)5秒黃燈警示；系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間等。這是由于本身地理位址以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析

52、、團(tuán)隊(duì)合作和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語(yǔ)言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]周美娟. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) . 北京：清華大學(xué)出版社</p><p