1、單片機與嵌入式系統作品設計報告單片機與嵌入式系統作品設計報告 專 業： 自動化 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 完成日期：2013 年 12 月 12 日目錄1 設計任務和性能指標設計任務和性能指標.11.1 設計任務.12 設計方案設計方案.12.1 任務分析.42.2 方案設計.43 系統硬件設計系統硬件設計.53.1 時鐘的電路設計.53.2 復位電路設計.53.3 燈控電路設計.53.4 倒計時電路設計.63.5 按鍵控制電路設計.74 系統軟件設計系統軟件設計.84.1 1 秒定時 .84.2 定時程序流程.8 4.3 交通燈的設計流程圖.9 4.4 定時器 0 與中斷

2、響應.105 仿真仿真及性能分析及性能分析.85.1 仿真結果圖.115.2 仿真結果與分析.126 心得體會心得體會.13參考文獻參考文獻.14附錄附錄 1 系統原理圖系統原理圖.15附錄附錄 2 系統系統 PCB 圖圖.16附錄附錄 3 程序清單程序清單.171 設計任務設計任務1.1 設計任務設計任務 利用單片機完成交通信號燈控制器的設計，該交通信號燈控制器由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。用紅、綠、黃發光二極管作信號燈。如圖 5.1 所示。設東西向為主干道，南北為支干道

3、。圖 5.1 交通燈示意圖1. 基本要求（1）主干道處于常允許通行的狀態，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。（2）主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行 30 秒，支干道每次放行 20 秒，設立 30 秒、20 秒計時、顯示電路。（3）在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉換過程中，要亮 5 秒黃燈作為過渡。黃燈亮時，原紅燈按 1Hz 的頻率閃爍。（4）要求主支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在 099 秒內任意設置。2. 選做（1）可設置緊急按鈕，在出現緊急情況時可由交警手動實現全路口車輛禁行而行人通行狀態，即主干道和支干道均為紅燈亮。（2

4、）實現綠波帶。所謂綠波帶 ，是指在一定路段，只要按照規定時速，就能一路綠燈暢行無阻。 “綠波帶”將根據道路車輛行駛的速度和路口間的距離，自動設置信號燈的點亮時間差，以保證車輛從遇到第一個綠燈開始，只要按照規定速度行駛，之后遇到的信號燈將全是綠燈。南北東西2 設計方案設計方案2.1 任務分析任務分析模擬交通燈控制器就是使用單片機來控制一些 LED 和數碼管，模擬真實交通燈的功能。紅、黃、綠交替閃亮，倒計數顯示時間等，用于管理十字路口的車輛及行人交通，計時牌顯示路口通行轉換剩余時間等。2.2 方案設計方案設計1.硬件方案根據設計的要求可知，系統的硬件原理框圖如圖 5.2 所示。單單片片機機鍵鍵盤盤

5、LED顯顯示示三三色色指指示示燈燈圖 5.2 系統的硬件原理框圖單片機可選用 AT89C51，它與 8051 系列單片機全兼容，但其內部帶有 4KB 的 FLASH ROM，設計時無需外接程序存儲器，為設計和調試帶來極大的方便。南北向和東西向各采用 2 個數碼管計時，同時需要對該方向的指示燈的點亮時間進行倒計時。鍵盤系統可以根據系統的需要設置不同的鍵的個數，可以選擇線式鍵盤或矩陣式鍵盤，若單片機的 IO 口不夠用時，可以考慮擴展 8255或 8155 滿足系統的要求。2. 軟件方案 根據設計要求，程序框圖如圖 5.3 所示。軟件可由匯編語言完成，也可由 C語言完成。軟件設計可以分為以下幾個功能

6、模塊：主程序：初始化及鍵盤監控。計時程序模塊：為定時器的中斷服務子程序，完成 0.1 秒（或其他時間）和 1 秒的時間定時。 顯示程序模塊：完成 12 個發光二極管（實際上只需驅動 6 個）和4 個 LED 數碼管的顯示驅動。鍵盤掃描程序模塊：判斷是否有鍵按下，并求取鍵號。主程序流程圖3 系統硬件設計系統硬件設計3.1 時鐘電路設計時鐘電路設計 如上圖所示，采用內部時鐘產生方式，在XTAL1 和XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內部反相器構成穩定的自擊震蕩。其發出的時鐘脈沖直接送入片內定時控制部件。3.2 復位電路設計復位電路設計 如上圖所示，采用上電+按鈕電平復位方式，當按下按鈕時，R

7、ST 管腳高電平觸發。為保證復位可靠，RC 時間常數應大于兩個機器周期，電容取33uf，電阻取200 歐。3.3 燈控制電路設計燈控制電路設計 如上圖所示，交通燈狀態顯示電路由東西南北四個方向各三個LED燈組成，分別顯示四個方向上紅、黃、綠三個狀態，用以指示十字路口各方向車輛的行駛。通過軟件編程，可使路口交通變化情況為:南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設為30 秒、支干道每次通行時間為20 秒；在綠燈轉為紅燈時，要求黃燈先亮5 秒鐘，才能變換運行車道；黃燈亮時每秒閃亮一次。3.4 倒計時顯示電路設計倒計時顯示電路設計如上圖所示，由

8、兩個個共陰極兩位數碼管來實現倒計時。由于P0 口輸出電流小，需外接上拉電阻，C1、C2 端接到P1 口的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 口用單片機來控制其片選。3.5 按鍵控制電路設計按鍵控制電路設計 如上圖所示，開關控制由五個連接到單片機的控制按鈕組成。通過軟件編程，按下K3 鍵電路進入外部中斷0 響應，此時，可通過按鍵K1 和和K0 設置通行時間，每按一次K1 鍵南北通行時間增加一秒，而按下K0 鍵東西通行時間增加一秒，此時若按下K4 鍵東西南北的通行狀況返回到初次設的狀況（即南北通行） ，重新返回循環狀態；按下按鍵K2，這是對緊急狀況的控制，此時停止計數，東西方向和南北方向都不通

9、行，如果K4 鍵按下，返回緊急狀況的狀態，并重啟計數；按鍵K1 按下，控制南北方向通行；按鍵K0 按下，控制東西方向通行。4 系統軟件設計系統軟件設計4.1 1S 定時定時以在系統中要實現準確的1s定時。采用89C51內部的定時計數器T0，工作在方式1，定時時間計算公式為：z(216-計數初值)晶振周期x12或扛(2-6-計數初值)機器周期其最大定時時間為131ms，離ls還差很遠。因此把秒計時用硬件和軟件計數相結合的方法實現。即把定時器的定時時間定為125ms，這樣計數溢出8次就可得到h而8次計數可用軟件方法實現。為得到125ms定時，設計數初值為工，則有(216_X)x2=125 000從

10、上式計算得到計數初值。定時器定時采用中斷方式完成以便于通過中斷服務程序進行溢出次數(每次125ms)的累計，計滿8次即得到ls計時。4.2 定時程序流程定時程序流程(1)To定時主程序流程定時主程序的主要功能是進行定時器，計數器的初始化編程，然后通過反復調用顯示子程序的方法，等待125ms定時中斷的到來。(2)死定時中斷服務程序流程中斷服務程序的主要功能是進行計時操作。程序先判斷計數溢出是否滿了8次。不滿8次表明還沒達到最小計時單位秒中斷返回；如滿8次則表明已達到最小計時單位秒程序繼續向下執行進行計時操作。 4.3 交通燈的設計流程圖交通燈的設計流程圖4.4 定時器定時器 0 及中斷響應及中斷

11、響應5 仿真與性能分析仿真與性能分析5.1 仿真結果圖仿真結果圖5.2 仿真結果仿真結果 當交通燈上電復位后，數碼管顯示 p。當按下開始鍵 k1 后，南北方向開始亮綠燈，東西方向亮紅燈。顯示器開始倒計時。當按下結束鍵 k2 后，顯示器重新顯示 p，并且南北東西的方向全滅。 6 心得體會心得體會 這次單片機課程設計歷時三個星期的時間，在這三個星期里我們體驗了從設計、畫板、編程、焊板到調試的整個過程，讓我們小小的體驗了一次工程師的感覺。 起初我們先到圖書館和網上查閱了大量有關超聲波測距儀的資料，然后開始設計我們自己的方案，為了設計精度要求和抱著學習新知識的想法，我們選擇則了從沒接觸過的 DS18B

12、20 和 LCD1602 液晶芯片，雖然我們并沒把這兩個芯片的應用原理研究的很透徹，但基本的應用編程是可以實現的，說實話整天抱著電腦查資料、看資料是一件很痛苦的事情，一天下來眼都花了，但每學會一點新知識還是挺高興的，有的時候想要的資料查不到我們就向老師求助，他們都會毫無保留的幫助我們。 設計完電路以后我們便開始畫 PCB 板，這是我們上學期學習的一門課程，趁著這次機會也讓我們又將這部分只是復習了一下，并將其應用于實際，終于發現我們所學的知識和實際有點聯系了，也對其產生了一點興趣。不過我們學得并不全面，只能說是引路用的，所以在實際當中我們還要再加深一下學習，這也是我們獲得新知識的一個地方。畫板時

13、需要注意的地方很多，比如封裝要根據實際器件的尺寸來設計孔的大小，間距也要符合要求，布線時線寬與線距也有一定講究，部件擺放要按一定規律等等。 這三周的時間說輕松也不輕松，說緊張卻稍帶著愉快的氣氛，整個過程應該是充實的，時而驚喜，時而煩悶特別是最后調試階段有一塊調通了都會讓我們高興不已，當卡在某處時也確實是讓人抓狂。總之通過這次課設，我們不但復習了過去所學，并且學到了一些新東西。更重要的是通過這一次切身實踐，才使我們真正將理論與實際結合起來，并且遇到了很多實實在在的需要我們親自解決的問題。通過解決這些問題，我們處理實際問題的能力有了很大提高，積累了我們的實踐經驗，以便為以后打下牢固的基礎。而這些才

14、是我們作為一名工科學生最寶貴的財富。參考文獻1 郭天祥.新概念 51 單片機 C 語言教程M.北京:電子工業出版社,2009.2 胡漢才.單片機原理與接口技術M.北京: 清華大學大學出版社,2004.1-505.3 邢國泉. LM35 溫度傳感器的溫度特性及其應用J. 醫療設備信息.2007,11,25-28.4 薛國紅,趙修斌,盧艷娥等.零漂與增益控制對量化的影響分析J.西安：空軍工程大學,2008.5 馬忠梅，劉濱等. 單片機 C 語言 Windows 環境編程寶典M. 北京: 北京航空航天大學出版社. 2003.附錄附錄 1 系統原理圖系統原理圖附錄附錄 2 系統系統 PCB 圖圖附錄附

15、錄 3 程序清單程序清單#include#define unit unsigned int#define uchar unsigned charuchar codea10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;uchar code b4=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7;uchar code c4=0 xcc,0 xd4,0 x78,0 xb8;uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5;uchar i,k=0,cnt=0,j=0;sbit K0=P35;sbit K1=

16、P36;sbit K4=P37;sbit K3=P32;sbit K2=P33;void delay(uchar t);void key();void display();void settime();void init(void)TMOD=0 x01;TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;IT0=1;ET0=1;TR0=1;EA=1;EX0=1;EX1=1;P2=ck;void int0(void) interrupt 0EA=1;P2=0 xd8;for(;)settime();if(K1=0)delay(40);if(K1=0)while(!K1)settime();NBG+;if(N

17、BG=100)NBG=0;if(K0=0)delay(40);if(K0=0)while(!K0)settime();DXG+;if(DXG=100)DXG=0;if(K4=0)delay(40);if(K4=0)while(!K4)k=0;P2=ck;NB=NBG,DX=NBG+H;display();EA=1;break;void int1(void) interrupt 2EA=0;TR0=!TR0;for(;)P2=0 xdb,P0=a0;P1=0 xfe;delay(20);P1=0 xfd;delay(20);P1=0 xfb;delay(20);P1=0 xf7;delay(20);if(K4=0)delay(20);EA=1;P2=ck;TR0=!TR0;break;void time1(void) interrupt 1TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;cnt+;if(cnt=20)NB-;DX-;cnt=0;if(NB=0|DX=0)k+;if(k3)k=0;switch(k)case 0:NB=NBG,DX