模擬交通燈課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電氣與電子信息工程學(xué)院</p><p>　　電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 模擬交通燈 </p><p>　　專業(yè)班級： 電子信息科學(xué)與技術(shù)082 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p

2、>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011.12.26－2012.01.06 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　利用AT89C51單片機(jī)

3、加一些外圍電路，設(shè)計(jì)一個(gè)模擬交通燈。通過《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)，熟練掌握AT89C51單片機(jī)的相關(guān)知識和硬件電路的設(shè)計(jì)。掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原則以及硬件調(diào)試方法，從而進(jìn)一步理解電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求</p><p>　　內(nèi)容：通過12個(gè)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(shí)間的分配和控制如下：設(shè)有一個(gè)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(gè)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(jì)時(shí)一段時(shí)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(shí)2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向通車。倒計(jì)時(shí)一段時(shí)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(fù)上述過程。東西南北方向分別對應(yīng)兩位LED，顯示時(shí)間。</p>

5、<p>　　要求：利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)模擬交通燈，要求東南西北四個(gè)方向分別有紅、黃、綠三種顏色的信號燈和兩位的LED數(shù)碼管顯示時(shí)間。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)模擬交通燈，通過P1口控制東西南北四個(gè)方向?qū)?yīng)的兩位LED數(shù)碼管，顯示時(shí)間。通過P2口控制東西南北四個(gè)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(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　1、假設(shè)一個(gè)十字路口。初始狀態(tài)0為四個(gè)路口的紅燈全亮。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)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(zhuǎn)狀態(tài)。</p><p>　　3、東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài)。</p>

7、<p>　　4、東西綠燈滅，閃3秒黃燈，倒計(jì)時(shí)一段時(shí)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、LED數(shù)碼管顯示</p><p>　　LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。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(shù)碼管，此共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)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(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管，此共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。</p><p>　　LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。靜態(tài)顯示就是無論多少位LED數(shù)碼管同時(shí)處于顯示狀態(tài)，動(dòng)態(tài)顯示是指無論

9、在任何時(shí)刻只有一個(gè)LED數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，本次課程設(shè)計(jì)使用的是動(dòng)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(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接

10、轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)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(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（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(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)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(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應(yīng)接電源正極。</p><p>　　3、AT89C51單片機(jī)及其復(fù)位電路和時(shí)鐘電路及P1、P2口的驅(qū)動(dòng) </p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定

12、義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定能夠以為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)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口被外部上拉為低電平時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P

13、2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，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(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的原因。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高8位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部8位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校

14、驗(yàn)時(shí)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(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1時(shí)，它們被內(nèi)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(shù)據(jù)輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行數(shù)據(jù)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(shí)器0外部計(jì)數(shù)輸入)</p><p>　　P3.5 T1(定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)輸入)&l

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

17、器反相放大器的輸出端。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，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(shí)，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(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如果想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令時(shí)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(gè)機(jī)器兩次/PSEN

19、有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</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(dāng)/EA為高電平時(shí)，在PC值不超過0FFFFH時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲器（4KB）中的程序；當(dāng)PC值超出時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外60KB程序存儲器空間中的程序。當(dāng)/EA引腳為低電平時(shí)，只讀取外部程序存儲器中的內(nèi)容。VPP為該引腳的第二功能，即在對片內(nèi)FLAS

20、H進(jìn)行編程時(shí)，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(nèi)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(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。</p><p>　　當(dāng)流過電感

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

22、線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>>ωL時(shí)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(dòng)勢的作用，可以使二極管的導(dǎo)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(dòng)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(shù)降低，波形變得比較平滑。</p><p><b>　　五、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　通過這次的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們運(yùn)用所學(xué)的知識，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)道路交通燈控制系統(tǒng)，這不僅使得我們對單片機(jī)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(guān)設(shè)計(jì)范例進(jìn)行了分析借鑒，并在此基礎(chǔ)上自主編寫了匯編程序，最后通過調(diào)試和改進(jìn)來達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。這次我不但對單片機(jī)I/O口的使用條件有了更深的了解，而且在常用編程設(shè)計(jì)思路及技巧的掌握和對單片機(jī)的各個(gè)管腳功能的理解等方面都向前邁出了堅(jiān)實(shí)的一大步。</p><p>　　此次的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)把單片機(jī)的理論知識用在實(shí)踐中的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的相結(jié)合，更從中懂得理論是實(shí)踐的基

25、礎(chǔ)，實(shí)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(xué)習(xí)將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助和影響。</p><p>　　在做課程設(shè)計(jì)的兩周，我收獲了很多。一方面，使我在知識上的應(yīng)用上了一個(gè)層次，更深一層地了解到書本上我們應(yīng)該掌握的理論，并將其付諸實(shí)踐，應(yīng)用到人們的日常生活中去，從而使我找到了更濃厚的學(xué)習(xí)興趣，也認(rèn)識到單片機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代生活中的重要地位。另一方面，我學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊與資料，通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料

26、，進(jìn)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(dú)立分析與解決問題的能力，學(xué)會(huì)了PROTEL原理圖和PCB板的制作，通過這次的課程設(shè)計(jì)，我懂得了原理圖的繪制和PCB板的制作。學(xué)會(huì)了獨(dú)立的完成一項(xiàng)小小的科技任務(wù)，編程，畫硬件圖，仿真的實(shí)現(xiàn)等等，這些都鍛煉了我思維謹(jǐn)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(shè)計(jì)過程中，帶給了我一些小小的成就感，我會(huì)帶著這些興趣和成就感繼續(xù)我的求學(xué)之旅，相信這對我今后

27、的學(xué)習(xí)會(huì)帶來很大的幫助。同時(shí)，也對課程設(shè)計(jì)的格式和要求有了詳細(xì)的了解，相信這會(huì)給以后帶來很大的方便。當(dāng)然，最重要的是通過我自己的學(xué)習(xí)和研究，對單片機(jī)這門課有了宏觀的理解，并使我所學(xué)的知識掌握的更加牢固。在本次課程設(shè)計(jì)中，我更加熟練的掌握了偉福軟件和PROTEL的應(yīng)用，這</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]奚大順、余小平 《

28、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》（第二版） 北京航空航天大學(xué)出版社 2007年</p><p>　　[2]吳金戍、沈慶陽 《8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》 清華大學(xué)出版社 2002年</p><p>　　[3]何小艇 《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 浙江大學(xué)出版社 2001年6月</p><p>　　[4]吳立新 《實(shí)用電子技術(shù)手冊》

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

30、<p>　　[8]姜志海 《單片機(jī)原理及應(yīng)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(shè)計(jì)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(shù)碼管的譯碼        MOV TMOD,#01H           ;設(shè)計(jì)定時(shí)方式及時(shí)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(jì)時(shí)        MOV R7,#19H               ;綠燈25s倒計(jì)時(shí)  MAIN1:CALL DELAY    &

37、#160;    </p><p>　　MOV R7,#00H ;紅燈繼續(xù)倒計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)子程序  DELAY:MOV A,R6          ;進(jìn)行南北方向倒計(jì)時(shí)時(shí)間十進(jìn)制調(diào)整 

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

47、160;       MOV P2,#01H        MOV P3,A                  ;輸出個(gè)位 

48、60;      MOV R4,#4               ;降低動(dòng)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(shí) 減1   &#

51、160;    DEC R7        MOV 30H,#08H          ;重新1s次數(shù)，重新計(jì)時(shí)        RET  TABLE:DB 0C0H,0F