交通信号灯设计 单片机课程设计

《交通信号灯设计 单片机课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯设计 单片机课程设计（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、郑州科技学院单片机课程设计题 目 交通信号灯的设计 学生姓名 李 康 专业班级 11电子科学与技术一班 学 号 201131007 院 （系） 电气工程学院 指导教师 朱小会 完成时间 2015 年 1月 9日 目 录前言11 课题方案设计31.1 系统总体设计要求31.2 系统的总体框图32 系统硬件设计42.1 总体设计42.2 单片机运行的最小系统42.2.1 系统时钟电路72.2.2 系统复位电路82.3 信号灯电路设计92.3.1 驱动电路92.3.2信号灯电路103 系统软件的设计123.1 主程序流程图123.2子程序流程图134 软硬件调试及调试结果164.1 软硬件调试中出现

2、的问题及解决措施164.1.1 硬件调试164.1.2 软件调试164.2 调试结果17结 论 19参考文献20附录1:单片机控制交通灯设计原理图21附录2:单片机控制交通灯设计实物图22附录3:Proteus仿真图23附录4:基于单片机的交通灯设计元器件目录24附录5:基于单片机的交通灯设计C语言程序清单25三号、黑体、1.5倍行距、段前0.5行、段后0.5行前 言 单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前的发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力

3、助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 1）单片机在智能仪表中的应用：单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2）单片机在机电一体化中的应用：机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 3）单片机在实时控制中的应用:单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器

4、、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 4）单片机在分布式多机系统中的应用：在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 5）单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器

5、配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。综合所述，单片机已成为计算机发展应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 6）由单片机控制的交通灯：随着现代社会的发展，和交通设施的日益健全，对交通的维持交通秩序的功能有了越来越高的要求，要求交通灯必须有一定的反馈功能，和计时功能。 1 课题方案设计单片机设计交通灯控制系统，

6、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，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。1.1 系统总体设计要求(1)东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车。2延时一段时间后，东西路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并开始闪烁，闪烁三 次后，东西路口的红灯亮，同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车。3延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并开始闪烁，闪烁三 次后，再切换到东西路口方向。 4之后一直重复以上三步。1.2 系统的总体框图 系统的主要控制部分是单片机最小系统，由单片机最小系统通过驱动电路对三色 LED 灯进行控制。单片机内部

7、已存在写进去的程序，直流电源分别向单片机和驱动电路三色LED灯电路供电，使两个模块工作，进而使整个系统运行。 系统的总体框图如图 1-1 所示：直 流 电 源单片机最小系统驱 动 电 路三 色 LED 灯图1-1 系统的总体框图2 系统硬件设计2.1 总体设计 实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最 小控制系统，12个LED分成四组红黄绿三色灯构成信号灯指示模块。反相器 74LS04 构成驱动电路。2.2 单片机运行的最小系统AT89C52 引脚结构如图 2-2 所示：图2-1 AT89C52引脚结构单片机的最小系统由电源、晶振、复位、/EA=1组成，下面介

8、绍每一个组成部分引脚GND20接地端Vcc 40电源端（工作电压为5V）外接晶体引脚XTAL1 19、XTAL2 18 复位RST 9输入输出引脚 （1）P0端口 0.0-P0.7 P0 是一个8位漏极开路型双向I/O 口，端口置1,（对端口写1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接受指令字节；校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/ 数据总线访问期间内部的上拉电阻起作用。 （2）P1 端口P1.0-P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 输出时可驱动4

9、个TTL。 端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。 （3）P2 端口P2.0-P2.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。输出时可驱动 4 个 TTL， 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存 储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访 问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 （4）P3 端口P3.0-P3.7 P3 一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。输出时

10、可驱动4个TTL。 端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还用于一 些专门功能，具体功能如表 2-3：第二功能P3.0RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2/INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3/INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）P3.5T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）P3.6/WR（外部数据存储器写选诵信号输出端）P3.7/WD（外部数据存储器读选诵信号输出端）表2-1 P3口特殊功能口2.2.1 系统时钟电路内

11、部时钟电路结构如图 2-2 所示。图2-2 内部时钟电路结构内部时钟是单片机的心脏，单片机的各功能部件的运行都是以时钟的频率为基准的。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟质量也直接影响单片机系统的稳定性。通常的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，一种是 外部 时钟方式。AT89C52 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益方向放大器，该高增 益方向放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出引脚为 XTAL2。使用外部振荡 器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟 发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频 率可

12、以再 1MHz-24MHz 内选择。电容取 30PF 左右。系统的时钟电路设计是采 用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89C52 单片机内部有一个用于 构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输 入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自 激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器 的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振 荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此 系统电路的晶体振荡器的值为 12 MHz，电容应尽可能的选择陶瓷

13、电容，电容值 约为 22 F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装的与单片机芯 片靠近，以减小寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠工作。2.2.2 系统复位电路 （1）复位状态 在8051单片机中，只要在单片机的RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平，单片机就实现了复位。单片机在复位后，从0000H地址开始执行指令。复位以后单片机的 P0P3 口输出高电平，且处于输入状态，SP（堆栈寄存器栈顶指针）的值为07H（因此，往往需要重新赋值，其余特殊功能寄存器和PC（程序计数器）都被清为0。复位不影响内部RAM的状态。 （2）复位电路 复位电路如图2-3 所示： 图2-3 单片机复位电路

14、单片机可靠的复位是保证单片机正常运行的关键因素。因此，在设计复位电路时，通常要使RST引脚保持10ms以上的高电平。当RST从高电平变为低电平之后，单 片机就从 0000H 地址开始执行程序。8051单片机通常都采用上电自动复位和开关复位两种方式。实际使用中，有些 外围芯片也需要复位，如8255 等。这些复位端的复位电平要求与单片机的复位要求 一致时，可以把它们连起来。在最小系统板上，提供了一个通用的复位电路，在使用该板之前，必须将该电路 与单片机联结起来。另外，还可以采用主板上的微处理器监控模块来控制复位脚，以便更加可靠地管理单片机的工作。2.3 信号灯电路设计2.3.1 驱动电路驱动部分采用74LS05非门来对LED发光二极管进行驱动，当输入为高点平时， 输出为低电平。确保LED发光二极管的稳定性，能更有效地工作。74LS05 为六组反向 器，共有 54/7405、54/74H05、54/74S05、54/74LS05 四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如表2-2所示：型号tPLHtPHLPD5405/740512ns8ns60mW54H05/74H056ns6.5ns140mW54S05/74S053ns3ns113mW54LS05/74LS059ns