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1、-单片机交通灯实习报告-第 10 页单片机原理与应用课程设计说明书题 目： 十字路口交通灯控制 系 部： 专 业： 自动化 班 级： 三班 学生姓名: 学 号: 指导教师: 2015年 12 月 21 日目 录1 设计任务与要求11.1设计任务11. 2设计要求12 设计方案12. 1方案比较12.2 stc89C52简介22.2.1 STC89C52单片机主要特性22.2.2管脚说明23.交通灯控制系统硬件组成43.1单片机最小系统设计43.2路口指示灯部分43.3元件清单54 主要参数分析65 交通灯控制软件设计65.1源程序65.2交通灯控制系统软件流程图96 Proteus软件仿真10
2、6.1 绘制原理图106.2系统仿真图107 实物焊接与调试137.1焊接注意事项137.2焊接过程及焊接成果展示137.3调试148 结论159 参考文献161 设计任务与要求1.1设计任务1. 十字路口交通灯控制 2. 分别用红、绿、黄发光二级管显示3. 红、绿、黄发光二级管显示时间自定4. 用PROTEUS仿真5. 焊接电路板并调试运行1. 2设计要求 1了解并掌握交通灯控制电路的工作原理。 2熟练掌握组装与调试方法。 3画出原理图。 4在proteus中进行仿真。 5. 定时5s交通灯进行交换。 6. 实物的焊接与测试。7. 1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯
3、的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间段开通，循环往复，计时电路以秒为单位作倒计时。2.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。2 设计方案2. 1方案比较方案一： 系统以89C52单片机为核心，通过控制8279采用点阵式数码管显示。这种方案实现复杂且需要完成大量的软件工作。方案二： 系统以89C52单片机为核心，通过控制74HC05采用发光二极管（红、黄、绿）来显示。本方案操作简单方便故选用该方案2.2 stc89C52简介2.2.1 STC89C52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以
4、读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。【1】4. 四个8 位并行IO 接口P0-P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计
5、数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度【1】。2
6、.2.2管脚说明 图3-1 stc89c52引脚图P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
7、 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，
8、它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 3.交通灯控制系统硬件组成3.1单片机最小系统设计本系统采用内部时钟产生方式
9、：在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。晶振采用12MHz的振荡频率和两个22Pf瓷片电容C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。其电路如图3-1图3-1最小系统电路图3.2路口指示灯部分采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代表路口的交通灯（电路图中用两组示意）.其中每两组控制一个路口,具体时序如表3-3 表3-2时序表方向灯色东西南北红灯55黄灯55绿灯55该交通信号灯控制系统的四种工作状态如图3-2所示（1）东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮。表示东西方向车道上的车辆允许通行，南北方向车道禁止通行。绿灯亮足5s时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2
10、）南北方向车道红灯亮，东西方向车道黄灯闪亮。表示东西方向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北方向车道禁止通行。黄灯闪亮5次时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3）南北方向车道绿灯亮，东西方向车道红灯亮。表示南北方向车道允许通行，东西方向车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足5s时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）南北方向车道黄灯闪亮，东西方向车道红灯亮。表示东西方向车道禁止通行，南北方向车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯闪亮5次时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。图3-2工作状态分析图3.3元件
11、清单交通灯元器件列表名称封装型号参数数量瓷片电容直插30PF2石英晶体直插11.0592MHZ1电解电容直插22UF/16V1电阻直插1/4W10K1电阻直插1/4W300欧6CPU双列直插STC89C51HD1CPU座双列直插DIP-40174HC05双列直插DIP14174HC05座双列直插DIP141发光二极管直插5绿色4发光二极管直插5黄色4发光二极管直插5红色4排针直插脚距2.54高111X40单排插针22针洞洞板9X7CM单面1最小系统版1杜邦线母对母彩色22线4 主要参数分析 定时器的定时方式中方式1是定时时间最长的一种方式，但是它的最长时间也只有65.536ms，无法达到5s的
12、延时，本体采用定时器延时50mms的方法，在定时器的中断程序中采用软件计数的方法来加长延时时间。 设定定时器的初值TH0=（65536-50000）/256TL0=(65536-50000)%2565 交通灯控制软件设计 5.1源程序#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit RED_A = P20; /A组为东西向指示灯sbit YELLOW_A = P21;sbit GREEN_A = P22;sbit RED_B = P23; /B组为南北向指示灯sbit YELLOW_B = P24;sbit GR
13、EEN_B = P25;uchar Count = 0,Flash_Count = 0,Operation_Type = 1; /软件计数器设置void T0_INT() interrupt 1 /T0中断程序 TH0=(65536-50000)/256; /首先重新设置定时器的初值TL0=(65536-50000)%256;switch(Operation_Type) case 1: /模式1，东西向绿灯与南北向红灯亮5sRED_A=0;YELLOW_A=0;GREEN_A=1;RED_B=1;YELLOW_B=0;GREEN_B=0;if(+Count != 100) return; /模
14、式1未到5s，中断返回Count=0; /模式1已到5s，计数器清零，改为第2种模式Operation_Type = 2;break;case 2: /模式2，东西向绿灯灭，黄灯闪烁5次if(+Count != 8) return;Count=0;YELLOW_A=! YELLOW_A;GREEN_A=0;if(+Flash_Count != 10) return; /闪烁5次Flash_Count=0;Operation_Type = 3;break;case 3: /模式3，东西向红灯与南北向绿灯亮5秒RED_A=1;YELLOW_A=0;GREEN_A=0;RED_B=0;YELLOW_
15、B=0;GREEN_B=1;if(+Count != 100) return; /模式3未到5s，中断返回Count=0; /模式3已到5s，计数器清零，改为第4种模式Operation_Type = 4;break;/case 4: /模式4，南北向绿灯灭，黄灯闪烁5次if(+Count != 8) return;Count=0;YELLOW_B=! YELLOW_B;GREEN_B=0;if(+Flash_Count !=10) return;Flash_Count=0;Operation_Type = 1;break;void main() TMOD = 0x01; TH0=(65536
16、-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;IE = 0x82;TR0 = 1;while(1);5.2交通灯控制系统软件流程图交通灯控制系统软件流程图，如图5-1所示图5-1主程序流程图6 Proteus软件仿真6.1 绘制原理图根据设计需要和上述框图，我们可得到交通灯控制系统的原理图如图6-1所示：图6-1交通灯控制系统原理图6.2系统仿真图仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行，南北方向（主干道）每次通行时间设为5秒、东西方向通行时间设为5秒，时间可以在程序中修改。同时能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换，红绿灯转换时间为5秒，转黄期间黄灯亮
17、。可以准确显示每个状态所剩余的时间，按下禁行普通车辆键，东西南北方向都亮红灯；按下南北放行键，南北绿灯亮，东西红灯亮；按下东西放行键，东西绿灯亮，南北红灯亮；任何时候按下返回键，此系统都将回到初始状态，当紧急状况出现时，按下紧急开关，可实现主干道和支干道全部禁止通行，允许紧急车辆安全通行，实现了课程设计的要求。图6-2西向绿灯与南北向红灯亮5s图6-3西向绿灯灭，黄灯闪烁5次图6-4西向红灯与南北向绿灯亮5秒图6-5南北向绿灯灭，黄灯闪烁5次7 实物焊接与调试7.1焊接注意事项1.对每一块PCB印制电路板要进行仔细的检查，检查焊盘是否有焊点、过孔是否有未金属化现象。2.焊接中检查它的印制线是否
18、有断线、是否有毛刺、是否与其它线或焊盘粘连、焊盘有否脱落等。如印制板无质量问题，则将集成芯片的插座焊接在印制板上，并检查其焊点是否有毛刺，是否与其它印制线或焊盘连接、焊点是否光亮饱满无虚焊。 3.对单片机应用系统中所用的器件与设备，要仔细核对型号，检查它们对外连线(包括集成芯片引脚)是否完整无损。4.通过目测查出一些明显的器件、设备故障并及时排除。7.2焊接过程及焊接成果展示 焊接时先焊接时序电路部分，依次焊接瓷片电容、电阻、石英晶体、89C51底座、电解电容。然后焊接电路板，依次焊接电阻、74CH05底座、发光二极管、排针。焊接完成后进行连线。 图7-1系统正面焊接图 图7-2系统背面焊接图
19、 图7-3灯正面焊接图 图7-4灯背面走线图 7.3调试 问题：无法将程序下载到最小系统中解决方办法：将usb端得RXD接入最小系统的TXD，将usb端的TXD接入最小系统的RXD端。问题得到解决将源代码用keil软件进行编译，无错后生成“.hex”文件，将文件用STC程序下载器下载到最小系统中进行调试。调试过程如下图 图7-5东西向绿灯与南北向红灯亮5s 图7-6南北向绿灯灭，黄灯闪烁5次 图7-7东西向红灯与南北向绿灯亮5秒 图7-8东西向绿灯灭，黄灯闪烁5次8 结论课程设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次基于单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现，我摆脱了单纯
20、的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行课程设计的目的所在。 通过这次课程设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现基于单片机的交通灯的所有功能。9 参考文献1 余发山 王福忠 单片机原
21、理及应用技术 M.徐州：中国矿业大学出版社 2008.2 吴黎明 单片机原理及应用技术M.北京：科学出版社 2003.3 刘乐善 微型计算机接口技术及应用M.北京： 华中科技大学出版社 2004.4 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设计M.北京：电子工业出版社，2004.5 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术 M . 北京: 科学出版社,2005.6 张兰红，邹华, 等. 单片机原理及应用 M . 北京：机械工业出版社,20127 苏家健，曹柏荣，汪志锋, 等. 单片机原理及应用技术 M . 北京:高等教育出版社,2004.8 冯文旭，等. 单片机原理及应用 M . 北京: 机械工业出版社,2008.9 从零开始学单片机C语言 M . 北京:国防工业出版社10 马忠梅， 等. 单片机的C语言应用程序设计 M . 北京: 北京航天航空大学出版社