电气自动化技术毕业设计-精品

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1、沈阳大学沈阳大学 毕毕 业业 设设 计计 题目 模拟交通灯 系别 机电系 专业 电气自动化技术 班级 电气 0401 姓名 学号 指导教师 日期 2007 年 12 月 沈阳大学 I 设计任务书 设计题目：设计题目： 模拟交通灯 设计要求：设计要求： 1.在十字路口的两个方向上各设一组红绿黄灯,显示顺序为： 其中一个方向是 绿灯、黄灯、红灯,另一个方向是红灯、绿灯、黄灯。 2.设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通过或禁止通行的时间,其中左转 灯、绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是 15S、30S、3S、48S。 3.当各条路上任意一条出现特殊情况,例如消防车、救护车或其他需要优先放行 的车辆

2、时,各方向上均是红灯亮,倒计时停止,且显示数字在闪烁,当特殊运行状态结 束后,控制器恢复原来状态,继续正常运行。 设计进度要求：设计进度要求： 第一周 第二周 指导教师（签名）：指导教师（签名）： II II 摘 要 设计以单片机为核心部件的模拟交通灯，利用 74LS244 作为断码驱动器， 74LS07 作为位码驱动，LED 七断数码管作为计时显示用，用发光二极管指示交通的 通行，用按键进行紧急事件的发生，使两个方向都亮红灯，绿灯亮通行，红灯亮停 止通行。 本设计利用定时器进行定时，使定时器工作于方式一定时 50ms，配合软件计数 器，调用中断程序使定时器定时 20 此，达到定时 1S 的目

3、的，同时调用显示程序， 显示到计时的时间，用单片机 Intel89S51 作为核心部件,8 路 74ls244 总线驱动器 作为字形驱动芯片和 6 路驱动 74ls07 位选码作为中心器件来设计交通灯控制器，实 现了交通灯的控制，显示时间直接通过 89S51 的 P0、P1 口输出；交通灯信号通过 P3 口输出；按件通过 p3 口输入，本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维 护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。 关键词：单片机，交通灯，位码，段码，显示 沈阳大学 I 目 录 摘 要 .II 1 单片机的发展及应用 1 1.1 单片机的发展.1 1.2 单片机的应用 .1 2 总体方案设

4、计 3 2.1 系统框图 .3 2.2 计时控制方案.3 2.3 显示控制方案.3 2.4 键盘控制方案.4 3 硬件设计 5 3.1 89S51 单片机的简介 .5 3.2 89S51 单片机的引脚 .6 3.3 89S51 单片机复位方式 .7 3.4 74LS244 的功能 .7 3.5 74LS07 的功能 8 3.6 键盘接口工作原理.9 3.7 七段 LED 显示工作原理10 3.8 电路原理11 4 软件设计 .13 4.1 定时秒的方法13 4.2 定时器初值计算13 4.3 主程序模块13 4.4 中断服务程序模块15 4.5 显示程序模块16 5 系统调试 .18 6 结

5、论 20 致 谢 .21 参考文献 .22 附 录 A23 沈阳大学 1 1 单片机的发展及应用 1.11.1 单片机的发展单片机的发展 单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具有生 命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于工业控制领域，因此又称为 微控器。 1971 年微处理器研制成功不久，就出现了单片微型计算机即单片机，但最早的 单片机是 1 位的，处理能力有限。 单片机的发展分为 4 个阶段： 第一阶段（197476 年）：单片机初级阶段。因为受工艺限制，单片机采用单 片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的 F8 单片机，实际上只包括了 8 位

6、CPU，64 个字节的 RAM 和 2 个并行接口 第二阶段（197678 年）：低性能单片机阶段。以 Intel 公司生产的 MCS 48 系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有 8 位 CPU，8 位定时器/计数器，并 行 I/O 接口，RAM 和 ROM 等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单 而且片内 RAM 和 ROM 容量较小，且寻址范围不大与 4KB。 第三阶段（197883）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接 口。多级中断系统，16 位定时器/计数器，片内 ROM，RAM 容量加大，且寻址范围可 达 64KB，有的片内还带有 A/D 转换器。 第四阶

7、段（1983 年至今）8 位单片机巩固发展以及 16 位单片机，32 位单片机推出 阶段。此阶段的主要特征是：一方面发展 16 位单片机，32 位单片机及专用型单片 机；另一方面不断完善高档 8 位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同 的客户要求。 1.21.2 单片机的应用单片机的应用 单片机的应用很广，分别在以下领域中得到了广泛的应用。 工业自动化：在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集技术还是测控 技术，都离不开单片机。在工业自动化的领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重 2 2 要的作用，在这种机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术（例如机器人技术、 数控技术）中，单片机

8、将发挥非常重要的作用特别是近些年来，随着计算机技术的 发展，工业自动化也发展到了一个新的高度，出现了无人工厂、机器人作业、网络 化工厂等，不仅将人从繁重、重复和危险的工业现场解放出来，还大大提高了生产 效率，降低了生产成本。 仪器仪表：目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在自动化测量仪 器中，单片机应用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度， 简化结构，减小体积，易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化和多功能 化方向发展。 消费类电子产品：该应用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展 趋势是不断提高其智能化程度。例如，电子游戏、照相机、洗衣机、电冰箱、空调

9、、 电视机、微波炉、手机、IC 卡、汽车电子设备等。在这些设备中使用了单片机后， 其功能和性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制 信方面：较高档的单片机都具有通信接口，因而为单片机在通信设备中的应用 创造了很好的条件。例如，在微波通信、短波通信、载波通信、光纤通信、程控交 换等通信设备和仪器中都能找到单片机的应用。 武器装备：在现代化的武器装备中， 如飞机、军舰、坦克、导单、鱼雷制导、 智能武器设备、航天飞机导航系统，都有单片机在其中发挥重要作用。 终端及外部设备控制：计算机网络终端设备，如银行终端，以及计算机外部设 备如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单

10、片机。 近年来随着科技的飞速发展，同时带动自动控制系统日新月异更新，单片机的 应用正在不断地走向深入。 沈阳大学 3 2 总体方案设计 2.12.1 系统框图系统框图 交通灯控制的总体设计框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统框图 2.22.2 计时控制方案计时控制方案 利用 MCS-51 内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。该方 案节省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到 锻炼与提高， 2.32.3 显示控制方案显示控制方案 显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常 采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显

11、示亮度由保证，但硬件开销大， 电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。 LED 动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用 CPU 较多的时间，在该 系统中由于单片机除了扫描 89S51 芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫 描方式。 显示 时间 电路 指 示 灯 电 路 74 74 急停按键 系 统 处 理 重起按键 4 4 2.42.4 键盘控制方案键盘控制方案 键盘分为独立式键盘和行列式键盘，独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构 简单，工作可靠但每个按键必须占用一跟 I/O 接口线，I/O 接口线浪费较大，在单 片机应用系统中，有时只需要几个

12、简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一 根 I/O 接口线上，故只在按键数量不多时采用。而行列式键盘每条行线与列线在交 叉处不直接相通，而是通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以 节省 I/O 接口。本设计采用两个按键，所以这里选用独立式键盘。 沈阳大学 5 并 行 / 接 口 存储器 并 行 / 接 口 中断系统定时器/计数器 3 硬件设计 3.13.1 89S5189S51 单片机的简介单片机的简介 89S51 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲 解。89S51 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时

13、/计数 器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等 三大总线，现在我们分别加以说明： 图图 3.13.1 单片机内部结构示意图单片机内部结构示意图 1、中央处理器 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能 处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作， 完成运算和控制输入输出功能等操作。 2、数据存储器(RAM) 89S51 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们 是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用 于存放用户数据，所

14、以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算 的中间结果或用户定义的字型表。 3、程序存储器(ROM) 6 6 89S51 共有 4KB 掩膜 ROM，最大可扩展 64K 字节，用于存放用户程序，原始数 据或表格。 4、定时/计数器： 89S51 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控 制程序转向。 5、并行输入输出(I/O)口： 89S51 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 6、中断系统 89S51 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串 行中断，可满足不同的

15、控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 3.23.2 89S5189S51 单片机的引脚单片机的引脚 89S51 单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89S51 有 40 条引脚, 与其他 51 系列单片机引脚是兼容的. 这 40 条引脚可分为 I/O 接口线、 电源线、控制线、外接晶体线 4 部分. 89S51 单片机为双列直插式封装结构, 如图 3.2 所示. 图 3.2 89S51 引脚分配图 89S51 单机的电源线有以下两种： （1） VCC：+5V 电源线。电源线 （2） GND：接地线。 89S51 单片机的外接晶体引脚有以下两种: 沈阳大学 7 （1）

16、XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内 部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。 （2） XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另 一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。 控制线 89S51 单片机的控制线有以下几种： （1） RST：复位输入端，高电平有效。 （2） ALE/PROG：地址锁存允许/编程线。 （3） PSEN：外部程序存储器的读选通线。 （4） EA/Vpp：片外 ROM 允许访问端/编程电源端。 3.33.3 89S5189S51 单片机复位方式单片机复位方式 单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循 环状态，在这种情