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2.3复位部分电路的分析及设计6
3 电路设计7
3.1软件的设计7
3.2硬件电路的设计7
3.3电路程序9
4系统仿真与测试16
4.1调试所用的基本仪器清单16
4.2调试结果17
5总结18
参考文献19
1设计要求及方案选择
1.1设计要求
(1)完成交通灯的基本功能。
要求交通信号灯控制逻辑如下:
假设一个十字路口为东西南北走向。
开始为四个路口的红灯全部亮之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西路口方向通车,延时一段时间后(50秒),东西路口的绿灯,闪烁若干次后(3秒),东西路口的绿灯熄灭,同时东西路口的黄灯亮,延时一段时间后(2秒),东西路口的红灯亮,南北路口的绿灯亮,南北路口方向通车,延时一段时间后(30秒),南北路口的绿灯闪烁若干次后(3秒),南北路口的绿灯熄灭,同时南北路口的黄灯亮,延时一段时间后(2秒),再切换到东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,之后重复以上过程。
若有急救车到达时,两向交通信号为全红,以便让急救车通过。
假定急救车通过路口时间为10秒,急救车通过后,交通灯恢复中断前状态。
以按键为中断申请,表示有急救车通过。
(2)设计电路
(3)在KEIL中编辑、编译、调试程序,并在protuse中仿真。
1.2方案选择
交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用,现在交通灯一般设在十字路口,在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示计时器来控制行车,对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用,但根据实际行车过程中出现的情况,如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用单片机来控制交通灯,在软、硬件方面采取一些改进措施,,使交通灯在控制中灵活而有效。
硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。
单片机实质上是一个硬件的芯片,在实际应用中,通常很难直接和被控对象进行电气连接,必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件,才能构成一个单片机应用系统。
该交通灯拟系统的硬件部分主要由键盘、显示和运算部分组成。
按照题目的设计要求,本课题需要使用LED数码管显示和扩展键盘。
在该交通灯系统的设计中采用AT89C51单片机。
上电复
位电路
图1.2系统的原理框图
2理论分析与设计
2.1显示部分电路的分析及设计
LED显示器有两中工作方式:
静态显示方式和动态显示方式。
静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字型码。
送入一次字型码显示自行一直保持,直到送入新字型码为止。
这种方法的优点是占用CPU时间少,显示便于监测和控制。
缺点是硬件电路比较复杂,成本较高。
各数码管在显示过程中持续得到显示信号,与各数码管接口的I/O口是专用的。
动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起,由位选线控制是哪一位数码管有效。
这样一来,就没有必要每一位数码管配一个锁存器,从而大大地简化了硬件电路。
选亮数码管采用动态扫描显示。
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。
动态显示的亮度比静态显示要差一些,所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。
各数码管在显示过程中轮流得到显示信号,与各数码管接口的I/O口是共用的。
该设计采用如下所示的数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间。
片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的P1口和P0口,具体的共阴数码管下见图2.1。
其中,A到G为码段控制端口,1,2为片选端口。
图2.1
2.2时钟部分电路的分析及设计
时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号。
其内部电路在时钟信号控制下,严格地按时序执行指令进行工作。
在执行指令时,CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码,然后译码,并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定操作。
本设计采用12MHz晶振和两个30Pf瓷片电容,他们构成一个稳定的自激振荡器。
该电容的大小影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。
为单片机提供标准时钟。
其中两个瓷片电容起微调作用。
如图2.2所示:
图2.2时钟电路
2.3复位部分电路的分析及设计
复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连,斯密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
该设计采用加电直接复位,复位电容采用22uF,电阻1000欧,为了节省元件,没有采用上电加按键模式。
加电瞬间,RES管脚为高电平。
通过电阻回路放电,使电压逐渐降为零,从而实现了复位功能。
其连接图如下图2.3所示:
图2.3复位电路
3 电路设计
3.1 软件的设计
在进行应用系统的总体设计时,软件设计与硬件设计应统一考虑,相结合进行。
当系统的电路设计定型以后,软件的任务也就明确了。
一般来说,软件的功能可分为两大类。
一类是执行软件,它能完成各种实质性的功能,如测量计算、显示、打印、输出控制等;
另一类是监控软件,它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系,在系统软件中充当组织协调角色。
我们设计时,应从以下几个方面考虑:
1)根据软件功能的要求,将系统软件分为若干个相对独立的部分。
设计出合理的软件总体结构,使其清晰、简捷、流程合理。
2)各功能程序实行模块化、子程序化。
3)在编写应用软件之前,应绘制出程序流程图。
4)要合理分配系统资源,包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源等。
本设计采用了模块化设计,主要由主程序模块、功能实现模块两大部分模块组成。
3.2硬件电路的设计
该交通信号灯控制系统的四中工作状态(南北方向的交通灯为例):
(1)南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮。
表示南北方向上的车辆禁止通行,东西方向允许通行。
绿灯亮足规定的时间隔时,控制器发出状态信号,转到下一工作状态。
(2)南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮。
表示东西方向上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行,南北方向禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(3)南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮。
表示南北方向允许通行,东西方向上的车辆禁止通行,绿灯亮足规定的时间间隔时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(4)南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮。
表示东西方向禁止通行,南北方向上位过限停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔时,控制器发出状态转换信号,系统又转换到第
(1)种工作状态。
3.3电路程序
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
LJMPEINT0;
跳到设定时间中断服务程序
ORG000BH
LJMPEINT1;
跳到跳到救护车自动服务程序
;
.........数字显示代码...........................................
ORG0100H
TAB:
DB3FH,6H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,7H,7FH,6FH
主程序
ORG0300H
MAIN:
MOV25H,#50;
东西通行时间初始值,存到25H单元
MOV26H,#30;
南北通行时间初始值,存到26H单元
MOVSP,#40H;
CLRP3.0;
MOVTMOD,#66H;
T0、T1都计数方式,工作模式2,启动方式TRi确定
MOVTL0,#255;
MOVTH0,#0;
MOVTL1,#255;
MOVTH1,#0;
SETBIT0;
SETBIT1;
MOVIE,#8FH;
开中断
SETBTR0;
T0开始计数
SETBTR1;
T1开始计数
;
.......东西绿灯南北红灯................................
NBLD:
MOVR1,25H;
东西通行时间50秒(25h)=50,
NBLD1:
MOVP2,#1EH;
点亮东西绿灯东西红灯
MOV20H,R1;
MOVA,R1;
ADDA,#5;
MOV21H,A;
LCALLDISP1;
DJNZR1,NBLD1;
判断50秒是否已完,若未完则从新显示、延时
.......东西黄灯闪南北红灯........
ShanHD:
MOVR2,#3;
黄灯闪亮3秒
HD:
MOVP2,#1DH;
点亮黄灯
MOV22H,R2;
LCALLDISP2;
MOVP2,#1FH;
熄灭黄灯
DJNZR2,HD;
.........东西红灯南北绿灯..........
DXLD:
MOVR3,26H;
南北通行30秒
DXLD1:
MOVP2,#33H;
点亮东西红灯南北绿灯
MOV24H,R3;
MOVA,R3;
MOV23H,A;
LCALLDISP3;
DJNZR3,DXLD1;
判断30秒是否已完
.......东西红灯南北黄灯闪.........................................
ShanHD1:
转入黄灯闪亮3秒
HD1:
MOVP2,#2BH;
点亮东西红灯南北黄灯
显示时间,并延时0.5秒
MOVP2,#3BH;
点亮东西红灯关闭南北黄灯
DJNZR2,HD1;
判断3秒是否到,若未到继续闪灭南北黄灯
AJMPNBLD
.......救护车通过..................................
Jiuhuche:
MOVP2,#1BH;
点亮东西南北红灯
SETBP3.0;
MOVR4,#10;
特殊车辆通过时间10秒
QHD:
MOV27H,R4;
LCALLDISP4;
显示时间
DJNZR4,QHD;
判断10秒是否到,若不到继续显示时间
CLRp3.0;
AJMPNBLD;
.......主程序完..........
.......延时程序..........
DELAY:
ACALLDELAY1;
ACALLDELAY1
RET
DELAY1:
MOVR6,#50;
DE6:
MOVR0,#50
DE7:
DJNZR0,DE7
DJNZR6,DE6
.....东西通行的时间显示子程序..(其中有0.5秒延时)..........
DISP1:
MOVP0,#0;
MOVR7,#25;
RP1:
MOVA,20H;
MOVDPTR,#TAB;
MOVB,#10
DIVAB;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVP1,#00001110B;
MOVP0,A;
LCALLDELAY1;
MOVA,B;
MOVP1,#00001101B;
MOVA,21H;
MOVP1,#00001011B;
MOVP1,#00000111B;
LCALLDELAY1
DJNZR7,RP1;
................黄灯的时间显示子程序......................
DISP2:
RP2:
MOVA,22H;
MOVP1,#00001010B;
LCALLDELAY;
MOVP1,#00000101B;
DJNZR7,RP2
..............南北通行的时间显示子程序.....................
DISP3:
RP3:
MOVA,23H;
MOVA,24H;
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
DJNZR7,RP3
..............救护车通过的时间显示子程序....................
DISP4:
MOVR7,#50;
RP4:
MOVA,27H;
MOVB,#10;
DJNZR7,RP4
..........设定时间子程序...............
根据哪个方向亮绿灯设定那个方向的通行时间,没有绿灯亮不能设定时间,中断,直接退出。
......................................
EINT0:
MOVIE,#0;
关闭中断允许
MOVA,P2;
JNBAcc.3,DXSJ;
JNBAcc.0,NBSJ;
POP28H;
MOVDPTR,#NBLD;
PUSHDPL;
PUSHDPH;
EXIT:
恢复开中断
RETI;
-----东西通行时间设定-----
NBSJ:
XSSM1:
MOVA,25H;
MOV20H,A;
MOVA,P3
JNBP3.2,EXIT;
JNBP3.3,JX;
JNBP3.5,JX1;
AJMPXSSM1;
JX:
ADDA,#2;
MOV25H,A;
JX1:
SUBBA,#2;
----南北通行时间设定------
DXSJ:
MOVDPTR,#DXLD;
XSSM2:
MOVA,26H;
MOV24H,A;
JNBP3.2,EXIT1;
JNBP3.3,JX2;
JNBP3.5,JX3;
AJMPXSSM2;
EXIT1:
LJMPEXIT;
JX2:
MOV26H,A;
JX3:
.............救护车通过,中断服务程序.............
EINT1:
MOVDPTR,#jiuhuche;
END
4系统仿真与测试
4.1调试所用的基本仪器清单
AT89C51单片机*1
共阴数码管*2
270R电阻*4
10R电阻*1
30p电容*1
LED灯*12
4.2调试结果
如图4.2.1所示,正常情况下东西方向绿灯,南北方向红灯。
东西方向放行,南北方向禁行。
图4.2.1
如图4.2.2所示东西方向亮红灯,南北方向亮黄灯3秒。
图4.2.2
如图4.2.3所示,循环后南北方向亮绿灯,东西方向亮红灯,南北方向放行,东西方向禁行。
图4.2.3
如图4.2.4所示,当救护车通过时,按下K2键,东西南北路口红灯全部亮起,10秒时间。
5总结
这次课程设计经过一个星期的反复琢磨与修改,终于完成了。
在重复修改与设计的过程中,我又重新把《单片机原理与应用技术》这本书仔细的看了一下,弄懂了一些以前一知半解的东西,进一次加强和巩固了我的理论知识。
在此次课程设计过程中,我把单片机的理论知识用于实践中,使理论与实践相结合,使我的理论知识的到了巩固,在查资料翻阅资料的过程中也丰富了我的知识跟阅历。
参考文献
[1]蔡美琴等-2版.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京:
高等教育出版社,2004.1-4
[2]张毅刚,刘杰.MCS-51系列单片机原理及应用[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2004.256-270
[3]蔡美琴,张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京:
高等教育出版社,1992.68-96
[4]蒋廷彪等.单片机原理及应用(MCS-51)[M].重庆:
重庆大学出版社,2003.56-89
[5]余发山,王福忠.单片机原理及应用技术[M].徐州:
中国矿业大学出版社,2008
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