【正文】 專業(yè)（電子）課程設(shè)計報告 題目： 交通燈 電子信息工程專業(yè) 10 級學(xué)生單片機(jī)原理課程設(shè)計任務(wù)書 2 課程設(shè)計題目 一 、 交通燈 指導(dǎo)教師 職稱 設(shè)計任務(wù)和要求： 。要求具有如下功能： (1)A 道和 B 道上均有車輛要求通過時， A、 B 道輪流放行。 A 道放行 5 分鐘（調(diào)試時改為 5 秒鐘）， B 道放行 4 分鐘（調(diào)試時改為 4 秒鐘）。 (2)一道有車而另一道無車（實驗時用開關(guān) K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放 行。 (3)有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行， A、 B 道均為紅燈，緊急車由 K2 開關(guān)模擬，有緊急車時 UINT0 為高電平。 (4)綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時黃燈亮 1 秒鐘。 (1) 使用 Proteus 按設(shè)計要求繪制電路圖。 (2) 按要求編寫相應(yīng)程序。 (3) 使用 Proteus 仿真程序，對程序進(jìn)行調(diào)試。 (4) 撰寫課程設(shè)計報告 3．撰寫課程設(shè)計報告 課程設(shè)計報告內(nèi)容包括題目、摘要、目錄、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)等。 學(xué)生在完成上述全部工作之后，應(yīng)將全部內(nèi)容以先后順序?qū)懗稍O(shè)計報告一份， 闡述整個設(shè)計內(nèi)容，要求重點突出、特色鮮明、語言簡練、文字通暢，字跡工整。報告書以 A4 紙打印，裝訂成冊（文字不少于 3000 字）。 3 目 錄 目 錄 .................................................................3 摘 要： ...............................................................4 1．設(shè)計任務(wù) 要求及目的 ..................................................5 設(shè)計任務(wù) ........................................................5 基本要求 ........................................................5 設(shè)計目的 ........................................................5 2．設(shè)計思路 ............................................................6 設(shè)計原理： ......................................................6 設(shè)計方案及其總體設(shè)計框圖 ........................................6 3．交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ............................................7 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成及外部硬件件的選取 ..............................7 系統(tǒng)工作原理 ....................................................8 單片機(jī)小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 .................................11 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 ...................................11 4．系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 .................................................14 5．課程設(shè)計心得體會 ...................................................15 參考文獻(xiàn) ..............................................................16 附 錄： ..............................................................17 4 題目： 交通燈 摘要： 實現(xiàn)這井然秩序靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng) 的 交通信號燈控制方式很多。本 系統(tǒng)采用 MSC51 系列單片機(jī) ATSC51 和可編程并行 I/O 接口芯片 80C51 為中心器件來設(shè)計交通燈控制器 ，完成對 A 、 B 道上均有車輛要求通過時各自順時放行；在一道有車而另一道無車和有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)做出正確應(yīng)急控制。 本系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng) 。 在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用， 本系統(tǒng) 還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合加以完善。 5 1． 設(shè)計任務(wù) 要求及目的 設(shè)計任務(wù) （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng) 的焊制并 以其為核心，設(shè)計制作一個 交通燈控制 系統(tǒng) 。 （ 2） 按設(shè)計 要求 使用 Proteus軟件 繪制電路圖。 （ 3） 編寫相應(yīng)程序， 按要求 實現(xiàn)相應(yīng)控制 。 （ 4）已編寫的程序 用 Proteus仿真，對程序進(jìn)行 反復(fù) 調(diào)試。 （ 5） 按要求 撰寫課程設(shè)計報告。 基本要求 （ 1） A 道和 B 道上均有車輛要求通過時， A、 B 道輪流放行。 A 道放行 5 分鐘（調(diào)試時改為 5 秒鐘）， B 道放行 4 分鐘（調(diào)試時改為 4 秒鐘）。 （ 2） 一道有車而另一道無車（實驗時用開關(guān) K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 （ 3） 有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行， A、 B 道均為紅燈，緊急車由 K2 開關(guān)模擬，有緊急車時 UINT0 為高電平。 （ 4） 綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時黃燈亮 1 秒鐘。 設(shè)計目的 （ 1） 使學(xué)生基本電子元器件加深了解，并掌握各個器件對物理量的的識別和檢測方法。 （ 2） 提高學(xué)生的動手能力，并在實踐中鞏固升華理論知識。 （ 3） 熟練 應(yīng)用 相應(yīng) 軟件 如 Proteus 等對電 路的設(shè)計和仿真。 （ 4） 在熟練 掌握單片機(jī)的基本原理 同時 能將其應(yīng)用于系統(tǒng)的設(shè)計。提高學(xué)生的 動手 興趣，激發(fā)自主學(xué)習(xí) 意識并在理論知識應(yīng)用中使 創(chuàng)新意識 得到培養(yǎng) 。 6 2． 設(shè)計思路 設(shè)計原理： 本次課程設(shè)計是基于單片機(jī)的 道路交通燈的設(shè)計 ， 需要掌握 KEIL 及 Proteus等仿真軟件 ， 在開始課程設(shè)計的時候我們要理解并掌握單片機(jī)的基本原理和使用、開發(fā)技巧 。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求選擇 相應(yīng) 器件， 根據(jù)所需要實現(xiàn)的功能 編寫程序 ，之后進(jìn)行軟件仿真 運(yùn)行 聯(lián)調(diào) ，驗證系統(tǒng)是否 完成相應(yīng)功能，完成預(yù)期效果 。 經(jīng)過方案對比 篩選， 可以選用 AT89C52 單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊， 8 個 LED 東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕 等，以及用 1 個蜂鳴器進(jìn)行報警。 設(shè)計方案及其總體設(shè)計框圖 （ 1）溫度計設(shè)計系統(tǒng)流程圖 單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 程序設(shè)計流程圖如圖 1 所示。 圖 1 設(shè)計流程圖 單片機(jī) AT89S52 紅黃綠信號燈 8 級 LED數(shù)碼管顯示 車流量傳感器 最小系統(tǒng)外 圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 7 3． 交通燈控制 系 統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成及外部硬件件的選取 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路， REST 引腳接上復(fù)位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和緊停／東西時間設(shè)置鍵 J， 即 INT1 接車流量檢測電路， 接南北時間設(shè)置鍵 S， 接自動模式選擇／返 回鍵 F， 接蜂鳴器。 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S52 具有如下特點： 40 個引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個 全雙工串行通口 ,此外， AT89S52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 8 圖 2 AT89S52引腳 圖 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時 F 鍵按下，則設(shè)置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設(shè)置為時間設(shè)置模式，依次按 S 若干次， J 鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F 鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。 接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2 口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯 P0 和 P1 口，在此同時以 50ms 為周期，用軟件方法計時 1 秒， 到達(dá) 1s 就要將時間值減 1，刷新 LED 數(shù)碼管。 時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值， 當(dāng)然，還要開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下 F 鍵，中 9 斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的寄存器加 1，然后中斷結(jié)束返回。 每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再 調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達(dá)到自動控制的目的。 如圖 3 所示。 10 圖 3 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 11 單片機(jī)小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 圖 4 單片機(jī)小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 為了達(dá)到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進(jìn)行檢測。本次設(shè)計用一種手動的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時，有撥斷開關(guān)送出一個高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。 12 基于光電隔離的作用，再加上撥斷開關(guān)和 LED，為了避免 干擾信號，可以加入光電耦合器。如圖所示，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)如圖所示時， LED 點亮，同時低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開關(guān)撥下時 LED 熄滅，同時高點平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過捕獲的 電平狀態(tài)做出相應(yīng)的控制，與 LED 的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。 電路上電后，進(jìn)入普通模式。按 K0 時， A 道通車，按 K1 時， B 道通車。按 K2時，所有道禁行，按 ” 恢復(fù) ” 后，電路進(jìn)入普通模式。 圖 5 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 13 圖 6 外圍電路工作原理 軟件仿真圖 14 4． 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè) 置處理程序，狀態(tài)燈控制程序， LED顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。 整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和 50ms 掃描程序。流程圖如圖 6 所示。 圖 7 系統(tǒng)總的流程圖 15 5． 課程設(shè)計心得體會 本次對交通燈的課程設(shè)計，使我對單片機(jī)的設(shè)計有進(jìn)一步的了解，我發(fā)現(xiàn)單片機(jī)課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，這些只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的并且意識到要理論聯(lián)系 實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。要設(shè)計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中