單片機(jī)交通燈課程設(shè)計(jì).doc

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分院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 1003010524 設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的交通控制的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的： 1. 通過設(shè)計(jì)了解一個(gè)十字路口交通燈基本工作原理； 2. 掌握89C52計(jì)算器/定時(shí)器的工作方式和74LS573驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理； 3. 掌握keil軟件的使用； 4. 學(xué)會(huì)team work團(tuán)隊(duì)合作。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一個(gè)模擬十字路口交通燈控制器，程序運(yùn)行后，初始狀態(tài)時(shí)東南西北方向紅燈全亮5秒，接著程序開始循環(huán)以下的程序：先東西綠燈和南北紅燈亮15秒；然后南北紅燈亮和東西黃燈閃5秒；接著南北綠燈和東西紅燈亮15秒；最后東西紅燈亮和南北黃燈閃5秒。 總體設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)89C52作為控制器，通行時(shí)間及等待時(shí)間使用數(shù)碼管以倒計(jì)時(shí)的方式顯示，單片機(jī)P1口控制交通燈（紅黃綠三色LCD）的替換。 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日 分院院長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日 摘要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。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)往往作為一個(gè)核心部件來使用，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)軟硬件結(jié)合，加以完善。 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多，在學(xué)習(xí)了單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)之后，運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來設(shè)計(jì)完成交通信號(hào)燈。我對(duì)單片機(jī)很感興趣，所以在聽了老師給我們講解單片機(jī)相關(guān)知識(shí)以后，我自己課后查找資料， 不斷學(xué)習(xí)單片機(jī)方面的知識(shí)。這次課設(shè)給了我學(xué)以致用的機(jī)會(huì)，我利用自己學(xué)的單片機(jī)知識(shí)，做了一個(gè)基于單片機(jī)的模擬交通燈控制的設(shè)計(jì)。 目錄 1 設(shè)計(jì)目的 1 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 3 總體設(shè)計(jì) 2 4 硬件設(shè)計(jì)介紹 2 4.1數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示的理論分析 3 4.2三極管的工作原理 3 4.3二聯(lián)共陽數(shù)碼管原理 4 4.4 74LS573驅(qū)動(dòng)芯片原理 6 5 電路圖及仿真設(shè)計(jì) 7 6 源程序 8 7 設(shè)計(jì)體會(huì)及建議 13 單片機(jī)交通燈設(shè)計(jì) 1、 設(shè)計(jì)目的 （1） 通過設(shè)計(jì)了解一個(gè)十字路口交通燈基本工作原理 （2） 掌握89C52計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的工作方式和74LS573驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理； （3） 掌握keil軟件的使用 （4） 學(xué)會(huì)team work團(tuán)隊(duì)合作 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)模擬十字路口交通燈控制器，程序運(yùn)行后，初始狀態(tài)時(shí)東南西北方向紅燈全亮5秒，接著程序開始循環(huán)以下的程序：先東西綠燈和南北紅燈亮15秒；然后南北紅燈亮和東西黃燈閃5秒；接著南北綠燈和東西紅燈亮15秒；最后東西紅燈亮和南北黃燈閃5秒。 3、 總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)89C52作為控制器，通行時(shí)間及等待時(shí)間使用數(shù)碼管以倒計(jì)時(shí)的方式顯示，使用單片機(jī)P1口控制交通燈（紅黃綠三色LCD）的替換。用 單片機(jī)的P1.0-P1.5六個(gè)I/O口控制東西南北的紅黃綠燈，用P0.0—P0.7八個(gè)I/O口控制數(shù)碼管的段選，用P2.4—P2.7四個(gè)I/O口控制數(shù)碼管的位選，其中用四個(gè)NPN三極管放大數(shù)碼管位選的電流，用驅(qū)動(dòng)芯片74LS573驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段選。 四、硬件設(shè)計(jì)介紹 1. 數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示的理論分析 利用MCS-51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。在工作之前必須通過軟件設(shè)定它的工作方式，即對(duì)寄存器TMOD中每位進(jìn)行設(shè)定，格式如表3所示。 表3 TMOD格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CATE C/T M1 M0 CATE C/T M1 M0 其中，低四位用于決定T0的工作方式，高四位用于決定T1的工作方式，M1 和M0 工作方式控制位用以確定 4 種工作方式,如下表4所示： 表4 M1和M0控制4種工作方式 M1 M0 工作方式 說明 0 0 方式0 13位計(jì)數(shù)器 0 1 方式1 16位計(jì)數(shù)器 1 0 方式2 自動(dòng)裝載8位計(jì)數(shù)器 1 1 方式3 定時(shí)器0：分為兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器 定時(shí)器1：對(duì)外部停止計(jì)數(shù) 采用T0方式1，定時(shí)1S，系統(tǒng)時(shí)鐘為6MHZ，所以時(shí)鐘周期=(12*1/6)us=2us；采用每隔100ms中斷一次，中斷10次為1S，使時(shí)間的計(jì)數(shù)值減1，實(shí)現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)的功能。計(jì)算計(jì)數(shù)初值X：（216-X）*2us=1s，所以X=15536=3CB0H,因此TH0=3CH,TL0=B0H。 狀態(tài)燈顯示的理論分析 南北通行，東西禁止時(shí)利用定時(shí)器中斷倒計(jì)時(shí)15S；東西通行，南北禁止時(shí)利用定時(shí)器中斷倒計(jì)時(shí)15S。 中斷理論分析 MCS-51中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，分別是外部中斷0、外部中斷1、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷、串行口中斷請(qǐng)求。 MCS-51的CPU對(duì)中斷源的開放和屏蔽，是由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制。中斷允許控制寄存器IE的格式，如表5所示。 位地址 AF AE AD AC AB AA A9 A8 位符號(hào) EA / / ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA — 中斷允許總控制位，EA=0，中斷總禁止，禁止所有中斷。EA=1，中斷總 允許，總允許位打開后，各中斷的允許或禁止由各中斷允許控制位設(shè)置決定。 EX0(EX1)— 外部中斷允許控制位，EX0(EX1)=0，禁止外部中斷。EX0(EX1)=1， 允許外部中斷。 ET0(ET1)— 定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷允許控制位， ET0(ET1)=0， 禁止定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷。ET0(ET1)=1，允許定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷。 ES— 串行中斷允許控制位，ES=0，禁止串行中斷。ES=1，允許串行中斷。 利用MCS-51內(nèi)部的中斷進(jìn)行，采用外部中斷0，跳沿觸發(fā)方式；外部中斷0的中斷入口地址為0003H。 2.三極管的工作原理 三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。 分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。 如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)（β一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。 3. 二聯(lián)共陽數(shù)碼管原理 ① 靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示是當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的段恒定地導(dǎo)通或截止，指導(dǎo)顯示 另一個(gè)字符為止 當(dāng)采用靜態(tài)顯示方式時(shí)，各段公共端接地（共陰極）或接電源（共陽極），段選 線與一個(gè)8位鎖存器的輸出口相連，顯示器的各位相互獨(dú)立 靜態(tài)方式顯示器亮度較高，編程容易，但占用的IO口線資源較多，日常生活中比較少用。 ② 動(dòng)態(tài)顯示 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 4. 74LS573驅(qū)動(dòng)芯片原理 說明： LS573 的八個(gè)鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q 輸出 將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)， 新的數(shù)據(jù)也可以置入。 這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載， 可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總 線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工 作寄存器 五、電路圖及仿真設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完成原理圖如下 在電路連接完成后，將寫好的程序放入單片機(jī)，運(yùn)行。 單片機(jī)交通燈控制原理圖 交通燈實(shí)物圖 實(shí)物圖 六、源程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit red_dongxi=P1^0; //P1.0東西紅燈 sbit yellow_dongxi=P1^1; //P1.1東西黃燈 sbit green_dongxi=P1^2; //P1.2東西綠燈 sbit red_nanbei=P1^3; //P1.3南北紅燈 sbit yellow_nanbei=P1^4; //P1.4南北黃燈 sbit green_nanbei=P1^5; //P1.5南北綠燈 sbit nbweixuan1=P2^4; //P2.4南北數(shù)碼管位選1 sbit nbweixuan2=P2^5; //P2.5南北數(shù)碼管位選2 sbit dxweixuan1=P2^6; //P2.6東西數(shù)碼管位選1 sbit dxweixuan2=P2^7; //P2.7東西數(shù)碼管位選2 uint aa,shi1,shi2,ge1,ge2; //定義無符號(hào)整型變量 uint code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void delay(uint z); //延時(shí)函數(shù)聲明 void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2);//數(shù)碼管顯示函數(shù)聲明 void init1(); //狀態(tài)函數(shù)1聲明 void init2() //狀態(tài)函數(shù)2聲明 void init3(); //狀態(tài)函數(shù)3聲明 void init4(); //狀態(tài)函數(shù)4聲明 void init5(); //狀態(tài)函數(shù)5聲明 void main() //主函數(shù) { P0=0xFF; //P0口初始化 P1=0xFF; //P1口初始化 P3=0xFF; //P3口初始化 EA=1; //打開中斷 ET0=1; TR0=0; init1(); while(1) { init2(); init3(); init4(); init5(); } } void init1() //狀態(tài)函數(shù)1 { uint temp; temp=5; TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { red_dongxi=0; red_nanbei=0; green_dongxi=1; green_nanbei=1; yellow_nanbei=1; yellow_dongxi=1; if(aa==20) { aa=0; temp--; } shi1=shi2=temp/10; ge1=ge2=temp%10; if(temp==0) break; display(shi1,ge1,shi2,ge2); } } void init2() //狀態(tài)函數(shù)2 { uint temp; temp=10; TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { red_dongxi=1; red_nanbei=0; green_dongxi=0; green_nanbei=1; yellow_nanbei=1; yellow_dongxi=1; if(aa==20) { aa=0; temp--; shi1=(temp+5)/10; ge1=(temp+5)%10; shi2=temp/10; ge2=temp%10; } if(temp==0) break; display(shi1,ge1,shi2,ge2); } } void init3() //狀態(tài)函數(shù)3 { uint temp; temp=5; TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { red_nanbei=0; green_dongxi=1; if(aa==20) { aa=0; temp--; yellow_dongxi=~yellow_dongxi; shi1=temp/10; shi2=shi1; ge1=temp%10; ge2=ge1; } if(temp==0) break; display(shi1,ge1,shi2,ge2); } } void init4() //狀態(tài)函數(shù)4 { uint temp; temp=10; TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { red_dongxi=0; red_nanbei=1; yellow_dongxi=1; green_nanbei=0; if(aa==20) { aa=0; temp--; shi1=temp/10; ge1=temp%10; shi2=(temp+5)/10; ge2=(temp+5)%10; } if(temp==0) break; display(shi1,ge1,shi2,ge2); } } void init5() //狀態(tài)函數(shù)5 { uint temp; temp=5; TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1) { red_nanbei=1; red_dongxi=0; green_dongxi=1; green_nanbei=1; if(aa==20) { aa=0; temp--; yellow_nanbei=~yellow_nanbei; shi1=temp/10; shi2=shi1; ge1=temp%10; ge2=ge1; } if(temp==0) break; display(shi1,ge1,shi2,ge2); } } void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,uint ge2) //數(shù)碼管顯示 { dxweixuan1=1; dxweixuan2=0; nbweixuan1=0; nbweixuan2=0; P0=table[ge1]; delay(5); dxweixuan1=0; dxweixuan2=1; nbweixuan1=0; nbweixuan2=0; P0=table[shi1]; delay(5); dxweixuan1=0; dxweixuan2=0; nbweixuan1=1; nbweixuan2=0; P0=table[ge2]; delay(5); dxweixuan1=0; dxweixuan2=0; nbweixuan1=0; nbweixuan2=1; P0=table[shi2]; delay(5); } void xtimer0() interrupt 1 //中斷函數(shù) { TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65535-50000)%256; aa++; } void delay(uint z) //延時(shí)函數(shù) { uint x,y; for(x=0;x

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