基于C51单片机的简单交通灯系统设计课程设计报告书.docx
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基于C51单片机的简单交通灯系统设计课程设计报告书
课程设计报告书
所属课程名称单片机原理与接口技术
题目基于C51单片机的简单交通灯系统设计
分院机电学院
目录
一、课程设计任务书1
二、总体设计2
(一)单片机交通控制系统方案的比较、论证2
(二)单片机交通控制系统总体设计2
三、智能交通灯控制系统的硬件设计5
(一)AT89C51单片机简介5
(二)交通灯中的中断处理流程7
(三)系统硬件总电路构成及原理8
四、程序设计10
(一)程序主体设计流程10
(二)理论基础知识10
(三)子程序模块设计11
(四)系统软件调试12
五、程序调试及结果分析15
(一)总体设计程序15
(二)protues仿真模拟及模拟图17
六、总结19
七、参考文献20
一、课程设计任务书
课程设计题目:
基于C51单片机的简单交通灯系统设计
课程设计时间:
自2012年07月02日起至2012年07月13日。
课程设计要求:
我们本次模拟系统由单片机硬/软件系统、LED灯显示系统和复位电路控制电路等组成,较好的模拟了交通路面的控制。
(1)分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案,并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。
(2)确定系统交通控制的总体设计,包括,十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能。
(3)进行LED灯状态电路,按键电路的设计和对各器件的选择及连接,大体分配各个器件及模块的基本功能要求。
(4)进行软件系统的设计,对于本系统,我们采用单片机汇编语言编写,对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究,了解定时器,中断以及延时原理,总体上完成了软件的编写。
学生签名:
年月日
课程设计评阅意见
项目
课程设计态度评价
10%
出勤情况评价10%
任务难度
、量评价10%
创新性评价
10%
综合设计
能力评价20%
报告书写规范评价20%
答辩
20%
成绩
综合评定等级
评阅教师:
2012年月日
二、总体设计
(一)单片机交通控制系统方案的比较、论证
1、电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源。
因此考虑了两种电源方案:
方案一:
采用独立的稳压电源。
此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。
方案二:
采用单片机控制模块提供电源。
改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。
综上所述,我们选择第二种方案。
2、输入方案
题目要求系统能调节灯亮时间,并可处理紧急情况,我们研究了两种方案
方案一:
采用8155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I/O口线上接上按键开关。
由于该系统对于交通灯的控制,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。
综上所述,我们选择第二种方案。
(二)单片机交通控制系统总体设计
1、单片机交通控制系统的通行方案设计
设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。
其具体状态如下图所示。
图2-1交通状态
说明:
黑色表示亮,白色表示灭。
交通状态从状态1开始变换,直至状态6然后循环至状态1,周而复始。
表2-1表示灯状态和行止状态的关系
状态1
状态3
状态4
状态6
东西向
禁行
等待变换
通行
等待变换
南北向
通行
等待变换
禁行
等待变换
东西红灯
1
1
0
0
东西黄灯
0
0
0
1
东西绿灯
0
0
1
0
南北红灯
0
0
1
1
南北绿灯
1
0
0
0
南北黄灯
0
1
0
0
在任一个路口,遇红灯禁止通行,转绿灯允许通行,之后黄灯亮警告行止状态将变换。
状态及红绿灯状态如表1所示。
说明:
0表示灭,1表示亮。
2、单片机交通控制系统的功能要求
本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的信号发生。
还可以进行紧急处理,交通路口出现紧急状况在所难免,如特大事件发生,救护车等急行车通过等,我们都必须尽量允许其畅通无阻,毕竟在这种情况下是分秒必争的,时时刻刻关系着公共财产安全,个人生死攸关等。
由此在交通控制中增设禁停按键,就可达到想此目的。
3、单片机交通控制系统的基本构成及原理
单片机设计交通灯控制系统,可用单片机直接控制信号灯的状态变化,基本上可以指挥交通的具体通行。
本系统在此基础上,加入了紧急情况处理功能。
图2-2系统的总体框图
据此,本设计系统以单片机为控制核心,连接成最小系统,由按键设置模块产生输入,信号灯状态模块。
系统的总体框图如上所示。
单片机上电后,系统进入正常工作状态,执行交通灯状态显示控制,在此过程中随时调用急停按键。
三、智能交通灯控制系统的硬件设计
(一)AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1、AT89C51单片机的主要特性
与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器,寿命:
1000写/擦循环,数据保留时间:
10年,全静态工作:
0Hz-24Hz,三级程序存储器锁定,128*8位内部RAM,32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源(两个外部中断源和3个内部中断源),可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路。
●时钟电路:
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
●中断系统:
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。
AT89S51共有5个中断源,其中又2个外部中断源和3个内部中断源。
图3-1AT89C51系列单片机的内部结构示意图
2、主要引脚功能
图3-2AT89C51引脚图
●VCC:
电源电压
●GND:
接地
●P0口:
P0口是一组8位双向I/0口。
P0口即可作地址/数据总线使用,又可以作为通用的I/O口使用。
当CPU访问片外存储器时,P0口分时先作低8位地址总线,后作双向数据总线,此时,P0口就不能再作I/O口使用了。
在访问期间激活要使用上拉电阻。
●P1口:
Pl是一个带内部上拉电阻的8准位双向I/O口,P1作为通用的I/O口使用。
●P2口:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口,P2即可作为通用的I/O口使用,也可以作为片外存储器的高8位地址总线,与P0口配合,组成16位片外存储器单元地址。
●P3口:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位准双向I/0口。
P3口除了作为通用的I/O口使用之外,每个引脚还具有第二功能。
表3-1具有第二功能的P3口引脚
端口引脚
第二功能:
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
/INT0(外中断0)
P3.3
/INT1(外中断1)
P3.4
T0(定时/计数器0外部输入)
P3.5
T1(定时/计数器1外部输入)
P3.6
/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
/RD外部数据存储器读选通)
●RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRT0位(地址8EH)可打开或关闭该功能。
DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。
●ALE/
:
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对F1ash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。
●
程序储存允许(
)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次
有效,即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器,没有两次有效的
信号。
●
/VPP:
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
如EA端为高电平(接VCC端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
F1ash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压Vcc。
●XTAL1:
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
3、MCS—51的中断源
8051有5个中断源,它们是两个外中断INT0(P3.2)和INT1(P3.3)、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1,一个是片内串行口中断TI或RI,这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口。
表3-2中断源程序入口
入口地址
中断源
0003H
外部中断0(
)
000BH
定时器0(T0)
0013H
外部中断1(
)
001BH
定时器1(T1)
0023H
串行口
(二)交通灯中的中断处理流程
●现场保护和现场恢复
有特殊车辆要通过时就要进行中断,在中断之前,先将交通灯中断前情况保护好,当中断执行后再恢复现场,包括信号灯显示电路。
●中断打开和中断关闭
为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断,关闭中断开关就关闭中断。
●中断返回
执行完中断服务程序后,必然要返回,即回交通灯信号回到中断前状态。
(三)系统硬件总电路构成及原理
实现本设计要求的具体功能,可以选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统,12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块和紧急按钮。
1、系统硬件电路构成
本系统以单片机为核心,系统硬件电路由状态灯,按键等组成。
图3-3硬件电路总图
其中P1用于控制红绿黄发光二极管,XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路,REST引脚接上复位电路,P3.2即INT0紧急情况处理按键。
2、系统工作原理
系统上电或手动复位之后,系统显示状态灯,将状态码值送显P1口。
时间到达一个状态所要全部时间,则要进行下一状态判断及衔接,并装入次状态的相应状态码值以及时间值,
当然,还要开启两个外部中断,其一为紧急情况处理中断,一旦信号有效,即K键为低电平时进入中断服务子
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