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1、序 号11单片机原理及接口技术课程设计说明书题 目： 基于单片机的现代交通灯的设计 学 院： 国际教育学院 班 级： 机电141班 学 号： 141425010114 姓 名： 刘浩乐 指导教师： 徐爱军 日 期： 2017年 9月 30 日 河南科技大学2017 至 2018 学年 第 一 学期课程设计任务书 学生姓名： 刘浩乐 班级： 机电141班 学号：1414250101141、 设计题目基于单片机的现代交通灯的设计2、 设计要求设计任务：1. 设计一款带左转、直行、右转三种通行绿灯，参见实物效果图； 2. 带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯； 3. 夜间运行模式按钮
2、，按下时，所有方向黄灯闪烁； 4* 可更在线修改红绿灯等待时间； 5* 实现显示倒计时功能； 6 其他功能（创新部分）提示： 1. Proteus里的traffic模块为传统交通灯模型（只有红、绿、黄三色）； 现可用单管LED（或LED点阵）来取代左右转指示，或直行指示。2.实物效果图 指导教师： 日期： 2017年 9月 4日目 录课程设计任务书11设计目的12设计思路13设计过程13.1 硬件电路设计13.2 单片机电源电路23.3 振荡电路设计33.4 复位电路设计33.5 显示电路设计33.6 中断系统43.7功能控制电路设计33.8初值输入电路设计33.9报警电路设计34设计仿真74
3、.1 Proteus仿真软件简介74.2 Proteus仿真软件的使用84.3 Proteus仿真过程95 总结10参考文献10附录:单片机程序111设计目的1.每个方向具有绿灯左拐、右拐、直行，人行道蓝灯，提示红灯、黄灯6种通行指示；2.数码管显示倒计时；3.在紧急情况下按下紧急模式按钮所有路口均亮红灯，蜂鸣器报警提醒；4.夜间按下夜间模式按钮，所有方向的黄灯闪烁；5.普通模式下按下初值设定按钮可修改红绿灯等待间隔时间；6.数码管显示红灯倒计时；7.创新功能： （1）倒计时到3s时蜂鸣器鸣叫；（2）紧急模式下蜂鸣器报警；（3）普通模式、紧急模式、夜间模式可相互跳转，不用重新复位。2设计思路1
4、） 设计硬件电路2） 设计电源电路3） 设计振荡电路4） 设计复位电路5） 设计显示电路6） 设计中断系统7） 设计功能控制电路8） 设计初值输入电路9） 设计报警电路3设计过程3.1硬件电路设计硬件电路由AT89C51、MAX7219、4个2位共阴数码管、LED灯、S8050三极管、44矩阵键盘等组成。主控制器采用AT89C51，是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机，AT89C51具有1个8KB的FLASH程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I/O端口，3个16位定时、计数器及1个串行口和6个二级中断结构。单片机的P0口用于控制南北及东西的通行灯， P1.0-
5、P1.2口用于控制Max7219驱动4组2位LED数码管，键盘赋值采用P2口，蜂鸣器报警使用P1.3,夜间模式使用P1.5。它们之间的联系如（图3-1）所示：AT89C51 南北通行灯(2组)东西通行灯(2组)2位LED灯显示(4组)键盘输入上电复位振荡电路驱动MAX7219蜂鸣器报警电路图3-1-1 硬件电路联系图 图3-1-2 单片机最小系统何谓单片机最小系统？实际上是以最小的外围电路就能让单片机正常工作，这样的电路支持成为单片机最小系统电路。一般情况下，单片机的最小系统由电源供电、晶振电路及复位电路组成。3.2 单片机电源电路电源电路不单单是为单片机运行提供工作电压，还需要对单片机的外围
6、电路提供工作电源。这里提供2种电源供电方案：1) USB接口供电具有USB接口的设备一般工作电压都为5V。计算机上的USB接口（图3-2）可以输出稳定的+5V电压，最大额定电流为500mA，足以满足本设计的要求。需要注意电路不能出现短路，以免损坏电脑的USB接口。 图3-2-1 USB接口要注意，接口上的电源为四只引脚的最旁边的两个，而中间的两个引脚是USB的差分数据线，在本设计中不需要使用。2) 7805稳压管电路电源电路的设计也可使用7805的稳压三极管IC，该IC只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠
7、、方便，而且价格便宜。3.3 振荡电路设计图3-3振荡电路 单片机的运行需要一个时钟频率，类似我们的计算机的CPU主频的高低，现在计算机的CPU一般用GHz来左单位。而我们的51单片机常用到的时钟频率有12MHz，11.0592MHz，这些时钟频率都是依靠外部晶振产生的。晶振连接到单片机的XTAL1、XTAL2引脚处。电路上的晶振旁有两个无极性电容，容量为22PF。这两个电容称晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。 晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C （3.1） 式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对
8、地的电容,Cic（集成电路内部电容）+C（PCB上电容）经验值为3至5pf。设计需要考虑到串行通信的使用，为了减少误码率提高通信质量，因此选用11.059MHz晶振。3.4复位电路设计当单片机上电后，通过复位电路（图3-4）使得单片机的PC指针复位到0000H。这时，单片机就从0000H地址开始执行代码。理论上51单片机的复位需要12个时钟周期的高电平，系统中使用一个0.1Uf极性电容和1K电阻组成的复位电路。系统通电后，电容开始充电，此时单片机复位引脚输入的是高电平。当电容充满电后，复位引脚输入变为低电平，单片机完成复位，开始从0000H执行代码。复位电路延时时间计算公式如下：T = C*R
9、 T = 10*(10-6) * (103) = 100 ms （3.2） 图3-4 单片机复位电路3.5 显示电路设计设计4组交通指示灯。红灯表示停止通行；黄灯表示等一等，绿灯分别实现左转、直行、右转，蓝灯亮表示人行道通行；设计4组2位LED数码显示电路，用来表示允许停车或通行的时间，与MAX7219串行输入/输出共阴极显示驱动器相接的。MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个
10、数据。 图3-5-1 Max7219引脚图图3-5-2 交通灯布局图3.6 中断电路89C51具备完善的中断功能，有两个外中断、两个定时器/计数器中断，可以满足不同的控制要求，并具有优先级别选择。3.7 功能控制电路的设计按钮S1实现复位功能；K3实现在线时间调整；按钮K2实现夜间模式；K4实现紧急模式。 图3-7 功能按钮3.8 初值输入电路的设计初始化的时候修改红绿灯通行时间，使用4*4矩阵键盘进行设置，接单片机P2口。图3-8 4X4矩阵键盘3.9 报警电路的设计报警电路，使用5V有源蜂鸣器，采用S8050三极管驱动，原理电路如下； 图3-9报警示意图4设计仿真 通过Proteus软件对
11、系统硬件设计和软件设计结合仿真，从仿真的效果检查系统设计存在的错误或者缺陷，这样可以比较有针对性地进行系统硬件设计和软件设计的修改。4.1 Proteus仿真软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片
12、机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS 是单片机课堂教
13、学的先进助手。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。 使用Proteus 软件进行
