1、 1 交通燈的設(shè)計(jì)目的及方案介紹1設(shè)計(jì)課題的目的通過單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)， 加深和鞏固單片機(jī)知識(shí)， 提高綜合及靈活運(yùn)用 所學(xué)的知識(shí)來解決日常生活及工業(yè)控制的能力， 提高針對(duì)知識(shí)的需要， 選擇和查 閱其他資料書籍、靈活運(yùn)用其中知識(shí)及自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、制版、 調(diào)試的全方面能力，通過對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較，熟悉單片機(jī)運(yùn)用 于系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分 析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的提高。1.2 設(shè)計(jì)要求及說明設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的十字路口交通燈。 該交通燈上電或按鍵復(fù)位后 能自動(dòng)顯示系統(tǒng)提示符“ P. ”， 進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)

2、。按開始鍵則開始工作，按 結(jié)束鍵則返回“ P. ”狀態(tài)。要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn) 行，甲車道為主車道，每次通車時(shí)間為 60 秒，乙車道為次車道，每次通車時(shí)間 為 30 秒，要求黃燈亮 3 秒，并且 1 秒閃爍一次。有應(yīng)急車輛出現(xiàn)時(shí)，紅燈全亮， 應(yīng)急車輛通車時(shí)間 10 秒，同時(shí)禁止其他車輛通過。1.3 方案介紹及工作原理1.3.1 方案介紹系統(tǒng)整體框圖如圖 1.1 所示：1.3.2 工作原理該系統(tǒng)采用的是使用現(xiàn)有單片機(jī)最小的硬件電路和 P3 口控制交通燈， P2 口 控制數(shù)碼管各位，P0 口控制數(shù)碼管各段，P1.0、P1.1 口線控制數(shù)碼管各位和P1.2 口接收緊急信號(hào)電路集

3、合而成， 構(gòu)成交通燈的總體電路， 即交通燈。 通過對(duì)單片 機(jī)編寫對(duì)應(yīng)的程序 , 控制各個(gè)部分，達(dá)到預(yù)期的效果。2 交通燈的硬件設(shè)計(jì)及 PCB 圖2.1 交通燈原理圖電路原理圖如附錄一，電路原理圖由各功能模塊組成。2.2 交通燈各模塊功能2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)由CPU復(fù)位電路，振蕩電路三部分構(gòu)成，CPU采用的是 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全 兼容的AT89S52芯片。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié) RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì) 數(shù)器，一個(gè)6向

4、量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模 式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉 電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashAT89S52 。復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過RST引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。而 復(fù)位電路又可以分為上電復(fù)位，按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位這三種，在這次設(shè)計(jì)中，選用的是按鍵電平復(fù)位電路。其功能為：上電的同時(shí)，RC回路開始充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈

5、沖，只要 RST段保持10ms以上的高電平，就能夠使單片機(jī) 有效的復(fù)位。振蕩電路是從AT89S52的XTAL1和 XTAL2接入時(shí)鐘信號(hào)的。由外接晶振及電 容C1, C2所構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)為 減小干擾，晶振和電容應(yīng)該盡可能的與單片機(jī)近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠。其功能為：產(chǎn)生振蕩脈沖，為單片機(jī)運(yùn)行提供時(shí)序。上拉電阻是為了拉高電壓，增強(qiáng)IO 口的驅(qū)動(dòng)能力。2.2.2顯示電路設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）、LED（液晶顯 示器）。這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動(dòng)電路簡單、 易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低

6、廉，因此，得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)要顯示數(shù)字倒計(jì)時(shí)，用 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。將LED顯示器各位數(shù)碼管的所有段控端相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由P0的8個(gè)口線控制，形成段選線多路復(fù)用，而各位數(shù)碼管的共陽極分別由P2 口的其中四個(gè)口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。共陽極數(shù)碼管字形代碼表如表2.1所示。表2.1共陽極數(shù)碼管字形代碼表字型共陽代碼字型共陽代碼0C0H682H1F9H7F8H2A4H880H3B0H990H499HP.0CH592H滅FFH223數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)是采用 PNP三極管驅(qū)動(dòng)，有效增強(qiáng)數(shù)碼管顯示的亮 度。當(dāng)給P2 口線與三極管的發(fā)射極相連，用于連接數(shù)碼管位控與三極管的集電

7、 極相連，三極管的基極通過電阻與地相連，當(dāng)給P2高電平的同時(shí)，輸出高電平信號(hào)控制數(shù)碼管的顯示位顯示。2.2.4緊急按鍵電路設(shè)計(jì)緊急信號(hào)為低電平，通過設(shè)計(jì)緊急按鍵電路與P1.2 口相連接，緊急信號(hào)通過P1.2輸入單片機(jī)內(nèi)部，當(dāng)緊急事件過去后，單片機(jī)回到原來的地方繼續(xù)工作。 2.2.5程序下載口電路設(shè)計(jì)ATME公司的89S5XX提供了支持ISP（在線下載程序）并口下載功能,它只需 一塊八位鎖存器就可以實(shí)現(xiàn)了 ,原理如下：MOSI:數(shù)據(jù)串行輸出（S52P1.5腳），MISO:串行數(shù)據(jù)輸入（S52 P1.6腳），SCK:同步控制時(shí)鐘（S51 P1.7腳），RST 接單片機(jī)復(fù)位腳，當(dāng)有足夠的高電平使S5

8、1處于復(fù)位狀態(tài)，它就會(huì)開啟讀寫程序 功能。2.2.6電源電路設(shè)計(jì)因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所需電源的模塊有單片機(jī)最小系統(tǒng)， 數(shù)碼管顯示器，二極管交 通燈，它們所需電源都為+5V,因而電源設(shè)計(jì)只需設(shè)計(jì)一個(gè)+5V電源。為了供電 方便，我們直接在插孔處引一根數(shù)據(jù)線用 USB接 口供電。2.2.7交通燈元器件清單交通燈元件清單如表2.2。表2.2交通燈元件清單元件名稱元件個(gè)數(shù)元件特性AT89S521電阻254.7K Q31K Q1200 Q電容233pF極性電容r 1 :22 口 FLED數(shù)碼管24位一體共陽晶振112M發(fā)光二極管4紅色4綠色按鍵9四角開關(guān)1六角USB電源接口12.3 PCB設(shè)計(jì)圖我們可以根據(jù)設(shè)計(jì)電

9、路原理圖，以購買的元器件的尺寸、引腳，仔細(xì)封裝各 個(gè)元器件，如果不能在庫里找到的我們自己根據(jù)實(shí)際需要，自己創(chuàng)建封裝。2.3.1元器件布局圖交通燈元器件布局圖如附錄二所示2.3.2PCB 圖根據(jù)電路原理圖，將每個(gè)元器件放置在適當(dāng)?shù)奈蛔樱凑誔CBB線的原則，以正確，美觀，認(rèn)真將各個(gè)元器件連接起來。PCB圖如附錄三所示。3交通燈的軟件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)資源分配由電路原理圖可知，單片機(jī) AT89S52的資源分配如下：第9腳RST接復(fù)位電路和下載口復(fù)位端；第18腳XTAL1第19腳XTAL2接振蕩電路；P0 口用于數(shù)碼管顯示器的段控控制；P1 口接數(shù)碼管的位控控制P3 口接LED燈3.2軟件系統(tǒng)各模塊功

10、能3.2.1 顯示P.模塊該模塊的功能是在單片機(jī)上電或者復(fù)位后，在數(shù)碼管上顯示“P. ”，此時(shí)系統(tǒng)處于等待工作狀態(tài)。在按下開始按鈕后，跳出此模塊，進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。3.2.2亮燈模塊該模塊的功能是控制交通燈的亮與滅，在程序中，先控制主路的綠燈亮57S, 再黃燈閃爍3秒，即每秒亮半秒滅半秒，同時(shí)支路上的紅燈亮60S;再控制支路上的綠燈亮27S,再黃燈閃爍3秒，即每秒亮半秒滅半秒，同時(shí)主路上的紅燈亮 30S。正常情況下，隨著主程序循環(huán)。當(dāng)緊急按鈕按下后，控制兩個(gè)路口的紅燈 同時(shí)亮十秒，待緊急時(shí)間過去，主動(dòng)跳出。3.2.3顯示模塊該模塊的功能是主路和支路上的時(shí)間顯示。 當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)， 同時(shí)在主

11、路 和支路上顯示60S的倒計(jì)時(shí)，待60S過后，同時(shí)在主路和支路上顯示 30S的倒計(jì) 時(shí)，正常情況下，隨著主程序循環(huán)。當(dāng)按下緊急按鈕之后，同時(shí)在主路和支路上 顯示 10S 的倒計(jì)時(shí)，之后主動(dòng)跳出。緊急按鈕模塊該模塊的功能是在出現(xiàn)緊急情況下， 按下緊急按鈕， 送入單片機(jī)信號(hào)， 系統(tǒng) 進(jìn)入緊急狀態(tài)，在數(shù)碼管顯示10S倒計(jì)時(shí)，同時(shí)主路和支路的紅燈都亮。待 10S 過后，自動(dòng)跳出。延時(shí)模塊該模塊的功能是為其他各模塊提供延時(shí)。 不論是數(shù)碼管顯示的延時(shí)， 紅綠燈 亮的延時(shí)，黃燈的閃爍， 都需要此模塊來提供延時(shí)。 采用延時(shí)子程序， 延時(shí) 50ms。 3.3 程序流程框圖交通燈程序流程框圖如圖 3.1 所示。圖

12、3.1程序流程框圖Y中斷結(jié)束3.4交通燈程序清單交通燈程序清單如附錄四所示4交通燈設(shè)計(jì)仿真4.1仿真原理圖仿真是我們檢測(cè)我們的硬件設(shè)計(jì)和軟件與硬件的結(jié)合好壞的重要方法，也能為我們做實(shí)物提供保障。我們采用Kiel結(jié)合Proteus仿真，仿真電路原理圖如附錄五所示。圖4.1“P. ”顯示(2)當(dāng)按開始按鈕時(shí)，數(shù)碼顯示管和交通燈均開始正常工作。如圖4.2所示圖4.2正常工作顯示(3)當(dāng)緊急按鈕按下時(shí)，數(shù)碼顯示管和交通燈均按照計(jì)劃工作。如圖4.3所示ABCDEFG DF 12I I I I I I I I II圖4.3緊急情況下顯示5 設(shè)計(jì)體會(huì)及出現(xiàn)的問題5.1 設(shè)計(jì)體會(huì) 通過這次對(duì)交通燈的設(shè)計(jì)， 我

13、們更加認(rèn)識(shí)了單片機(jī)， 更加熟悉了對(duì)單片機(jī)的 應(yīng)用。在這次設(shè)計(jì)的過程中， 從電路原理圖的設(shè)計(jì)， 就透徹的理解了單片機(jī)最小系 統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理。 從數(shù)碼管的選擇中， 懂得了可以采用不同的元器件， 只 要我們運(yùn)用相應(yīng)的程序， 就能達(dá)到同樣的效果。 從三極管的應(yīng)用中， 發(fā)現(xiàn)了理論 跟實(shí)踐存在的巨大差別。 只有實(shí)踐才能檢驗(yàn)所學(xué)的理論， 才能發(fā)自己對(duì)理論認(rèn)識(shí) 的誤區(qū)和盲點(diǎn)。在軟件的設(shè)計(jì)過程中， 收獲更大。 通過此次設(shè)計(jì)程序， 透徹的明白了每一個(gè) 指令的應(yīng)用方法和功能， 很好的統(tǒng)一復(fù)習(xí)了單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 也正是在運(yùn)用中 也發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)部分指令的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和誤區(qū)， 在改正錯(cuò)誤中獲得了收獲。 在實(shí)驗(yàn) 的基礎(chǔ)

14、上， 再一次對(duì) keil 軟件進(jìn)行了一次全面的運(yùn)用， 更加熟悉了 keil 軟件的 各項(xiàng)功能。在做實(shí)物的過程中， 很好的鍛煉了自己的動(dòng)手能力， 同時(shí)也提高了自己發(fā)現(xiàn) 問題，解決問題的能力。當(dāng)最終看到自己的成果握在手中時(shí)， 有一種非常美妙的成就感， 也激發(fā)了自 己的學(xué)習(xí)興趣。增強(qiáng)了自信，培養(yǎng)了自己的各個(gè)方面的能力。5.2 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題 在本次試驗(yàn)中，由于理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，出現(xiàn)了很多問題。首先是先到倒 計(jì)時(shí)的問題， 我設(shè)計(jì)了 1 秒鐘的子程序， 然后再按鍵功能 1 中調(diào)用它， 同時(shí)在最 后 3 秒鐘閃爍燈， 后來發(fā)現(xiàn)這樣根本不能實(shí)現(xiàn)燈閃爍一秒， 而是兩秒， 針對(duì)這個(gè) 問題，我就將 1 秒鐘的

15、子程序改為 0.5 秒，然后再程序里面兩次調(diào)用它。 其次出 現(xiàn)了按了一個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)了功能不能跳往另外一個(gè)鍵功能程序， 我就想到了要分別在 鍵功能程序里面再調(diào)用子程序， 這個(gè)問題就解決了。 最后在應(yīng)急的時(shí)候我只想到 了在應(yīng)急里面循環(huán)， 在老師的提點(diǎn)下， 我想到了應(yīng)急之后應(yīng)該恢復(fù)原來的交通秩 序，這個(gè)就要牽扯到現(xiàn)場的保護(hù)和恢復(fù)， 于是我馬上聯(lián)想到剛學(xué)完不久的中斷知 識(shí)，首先我想用外部中斷，但是發(fā)現(xiàn)外部中斷的兩根口線已經(jīng)被 LED燈占用，然 后我就想到要用定時(shí)器中斷，編好以后，發(fā)現(xiàn)又有新的問題出現(xiàn)了。 。6 鳴謝附錄一原理圖 附錄二 程序清單 附錄三仿真電路圖 附錄四PCB圖附錄二 *J*;設(shè)計(jì)者： X

16、X;設(shè)計(jì)日期： 2010年 12月 24 日 *J*;堆棧棧底 :7FH *J*;LED 數(shù)碼管設(shè)置：;P0.0P0.7 接段控線，分別接 a,b,c,d,e,f,g,dp.;P2.0P2.7 接位控線，分別接（從右至左） LED1LED8 ;顯示緩沖區(qū)： LED1LED8 分別對(duì)應(yīng) 78H7FH *J*;獨(dú)立式鍵盤：;八個(gè)按鍵 S0S7 分別接 P1.0P1.7 *J*;LED 流水燈設(shè)置：;八個(gè) LED 燈 LED1LED8 分別接 P3.0P3.7 *J*;項(xiàng)目名稱：交通燈;KEYA （S0 鍵鍵功能程序 ）;KEYB （S1 鍵鍵功能程序 ）;KEYC （S2 鍵鍵功能程序 ） *J*

17、;常數(shù)表格 ;KKK（ 系統(tǒng)顯示四位序號(hào)表 ）;TAB（ 共陽數(shù)碼管字型代碼表 ） *J*; 子程序 ;DELAY （延時(shí) 10ms 子程序）;DL （延時(shí)2ms子程序）;KEY（ 鍵掃描子程序 ）;LOOP0（P1.0 口數(shù)據(jù)處理子程序 ）;LOOP1（P1.1 口數(shù)據(jù)處理子程序 ）;LOOP2（P1.2 口數(shù)據(jù)處理子程序 ） ;DISP （數(shù)碼管顯示子程序） ;KK0（0.5 秒顯示處理程序 ） *J*; 起始程序區(qū)：ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:MOVSP,#7FH;堆棧初始化MOVR0,#20H;對(duì) RAM 區(qū)清零MOVR2,#96QL:MOVR0,#

18、00HINCR0DJNZR2,QLMOVP2,#7FH;送位控MOVP0,#0CH;送段控顯示 P.* J監(jiān)控程序*程序初始化*KEY: LCALLKEYK;監(jiān)控程序JB20H.0,LOOP0JB20H.1,LOOP11JB20H.2,LOOP22LJMPKEYLOOP11: LJMPLOOP1LOOP22: LJMPLOOP2* J鍵功臺(tái)匕能程序*LOOP0:MOVR3,#60;甲通道顯示初值 60 秒MOVR5,#57;乙通道顯示初值 57 秒MM0:MOVP3,#33H;顯示交通燈，甲通道綠，乙通道紅LCALLKK0;調(diào)顯示程序LCL0:LCALLKK0JNBP1.0,LCL0;判按鍵

19、0 是否按下JNBP1.1,LOOP1;判按鍵 1 是否按下JNBP1.2,LL0;判按鍵 2 是否按下LJMPLK0LL0:LCALLLOOP2LK0:DECR5DECR3CJNER5,#00H,MM0M1:MOVR3,#03;等于 3 時(shí)顯示乙通道黃燈處理MOVR5,#03MM1:MOVP3,#33HLCL1:LCALLKK0JNBP1.1,LOOP1JNBP1.2,LL1JNBP1.0,LCL1MOVP3,#077HLCALLKK0LJMPLK1LL1:LCALLLOOP2LK1:DECR3DECR5CJNER3,#00H,MM1M2:MOVR3,#30;乙通道亮綠燈，甲通道亮紅燈MOV

20、R5,#27MM2:MOVP3,#0CCH;點(diǎn)亮交通燈LCALLKK0LCL2:LCALLKK0JNBP1.0,LCL2JNBP1.1,LOOP1JNBP1.2,LL2LJMPLK2LL2:LCALLLOOP2LK2:DECR3DECR5CJNER5,#05H,MM2M3:MOVR3,#03MOVR5,#03MM3:MOVP3,#0CCH;等于三秒時(shí)甲通道黃燈處理LCL3:LCALLKK0JNBP1.0,LCL3JNBP1.1,LOOP1JNBP1.2,LL3LJMPLK3LL3:LCALLLOOP2LK3:MOVP3,#0DDHLCALLDECDECCJNEKK0R3R5R3,#00H, M

21、M3;等于三秒時(shí)乙通道黃燈處理LJMPLOOP0;沒有按鍵按下則在此程序循環(huán)LOOP1:MOVP3,#0FFH;按鍵 1 按下處理程序LCALLFUWEIJNBP1.0,KEY0JNBP1.2,LOOP2LJMPLOOP1;沒有按鍵按下則在此程序循環(huán)LOOP2:MOV24H,R3;按鍵 2 按下處理程序MOV25H,R5;將原寄存器內(nèi)容保存MOVR3,#10MOVR5,#10MOVR7,#00HMOVP3,#55HMM5:LCALLKK0LCALLKK0JNBP1.1,LOOP1DECR3DECR5CJNER3,#00H, MM5MOVR3,24H;返回時(shí)將原寄存器內(nèi)容還原MOVR5,25H;保護(hù)現(xiàn)場RET;緊急十秒處理后返回KEY0:LJMPLOOP0KEY1:LJMPKEY*顯示子程序DISP: PUSHDPHPUSHDPLPUSHACCPUSHPSWCLRRS0SETBRS1MOVR1,#78HMOVR5,#08HMOVR2,#0FEHDISP1: MOVA,R1MOVDPTR,#TAB*;保護(hù) DPTR 內(nèi)容MOVCA,MOVP0,MOVP2,LCALLDLMOVA,RLAMOVR2,INCR1DJ