单片机交通灯实训报告完整版Word格式文档下载.docx
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在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构软硬件结合,加以完善。
根据给出的要求设计交通灯东西、南北两干道交于一个十字路口各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换且黄灯亮的时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
关键词:
电子线路;
AT89C52;
LED交通灯。
目录
一、绪论4
二、总体设计方案4
1.设计思路4
2.设计目的5
3.设计任务和内容5
(1)设计任务5
4.电源提供方案5
5.复位方案5
6.输入方案5
三、显示界面方案6
四、交通管理的方案论证6
五、芯片简介6
1.AT89S52单片机简介6
2.主要性能6
3.功能特性描述6
六、设计原理分析6
1.交通灯显示时序的理论分析与计算6
2.交通灯显示时间的理论分析与计算6
七、LED数码管显示模块6
1.静态显示方式6
八、复位电路6
九、晶振电路6
十、总结与谢词6
十一、参考文献6
十二、附录6
附录1:
程序清单6
附录2:
电路设计图6
一、绪论
当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1869年1月2日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。
1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;
另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。
信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
1968年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
二、总体设计方案
1.设计思路
以单片机为核心器件,对系统进行控制,外加辅助电路对系统参数进行必要的设置和显示。
交通信号灯的显示时间可以固定,也可用键盘重新设置,时间控制和LED显示均由单片机进行控制。
交通信号灯控制系统主要可以分为定时、红绿灯转换、倒计时显示等三个控制模块,单片机作为系统的控制单元,在系统中的作用主要有以下几个方面:
(1)利用单片机中的定时器循环出一秒时间,然后将它累计到处于活动状态的寄存器中。
寄存器里的计数是递减的,一秒时间到则减1,直到计数为0,说明定时时间到。
(2)定时时间到后,单片机将对寄存器地址进行判断,不同的寄存器对应不同的红绿灯显示。
(3)每次一秒时间到,寄存器自减1后,还要将寄存器中的值,也就是剩余的秒数反映到LED显示器上,构成倒计时显示。
(4)扫描键盘上的数值,并将它反映到特定的寄存器里,根据寄存器的存储值对定时程序进行重新置数操作
2.设计目的
(1)加强对单片机和汇编语言的认识,充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。
(2)用单片机模拟实现具体应用,使个人设计能够真正使用。
(3)把理论知识与实践相结合,充分发挥个人能力,并在实践中锻炼。
(4)提高利用已学知识分析和解决问题的能力。
(5)提高实践动手能力。
3.设计任务和内容
(1)设计任务
单片机采用用AT89C52芯片,使用发光二极管(红,黄,绿)代表各个路口的交通灯,用8段数码管对转换时间进行倒时(东西路口25秒,南北路口20秒,黄灯时间5秒)。
(2)设计内容
a设计并绘制硬件电路图
b制作PCB并焊接好元器件
c编写程序并将调试好的程序固化到单片机中
4.电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源,采用单片机控制模块提供电源。
此方案的优点是系统简明扼要,节约成本;
缺点是输出功率不高。
5.复位方案
复位方式有两种:
按键复位与软件复位。
由考虑到程序的简洁,避免冗长,本设计采用按键复位,在芯片的复位端口外接复位电路,通过按键对单片机输入一个高电平脉冲,达到复位的目的。
6.输入方案
方案一:
采用89S52扩展I/O口及键盘,显示等。
该方案的优点是:
使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。
若用该方案,可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
方案二:
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路,所以剩余的口资源还比较多,我们使用2个按键,分别是K1、K2。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的I/O口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二
三、显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因,我们考虑了三种方案:
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字符,无法胜任题目要求。
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂,且须完成大量的软件工作;
但功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等。
方案三:
采用数码管与点阵LED(点阵式和8段式LED)相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出,又要求有状态灯输出等,为方便观看并考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求,又减少了系统实现的复杂度。
权衡利弊,第三种方案可互补一二方案的优缺,我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
设计方框图
整个设计以AT89S52单片机为核心,由数码管显示,LED数码管显示,复位电路组成。
硬件模块入图1-1。
图1
四、交通管理的方案论证
东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
指示灯燃亮的方案如表2。
25S
5S
……
东西道
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
南北道
图2
说明:
(1)当东西方向为红灯,此道车辆禁止通行,东西道行人可通过;
南北道为绿灯,此道车辆通过,行人禁止通行。
时间为25秒。
(2)黄灯5秒,警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
(3)当东西方向为绿灯,此道车辆通行;
南北方向为红灯,南北道车辆禁止通过,行人通行。
(4)这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
五、芯片简介
1.AT89S52单片机简介
其引DIP封装的脚图如下:
图3
2.主要性能
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:
0Hz~33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
3.功能特性描述
At89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89C52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89C52P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5MOSI(在系统编程用)
P1.6MISO(在系统编程用)
P1.7SCK(在系统编程用)
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写
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