单片机LED模拟交通灯课程设计报告.docx

<p>单片机控制应用
实训说明书

题 &nbsp; &nbsp;目： &nbsp;LED灯模拟交通灯 &nbsp;
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;院 （系）： &nbsp; &nbsp; 机电工程学院 &nbsp; &nbsp;
专 &nbsp; &nbsp;业： &nbsp;机械设计及其自动化
学生姓名： 李建来 龙俊光 李东安
学 &nbsp; &nbsp;号：0901120734 &nbsp;0901120722
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;0901120726 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;
指导教师： &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 范勇 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;

2012年 1月07日
目 &nbsp; 录

1 设计任务和性能指标 1
1.1设计任务 1
1.2性能指标 1
2 设计方案 2
2.1任务分析 2
2.2方案设计 2
3 系统硬件设计 3
3.1单片机的最小系统 3
3.2电源电路 4
3.3数码管显示时间电路设计 4
3.4信号灯控制电路设计 5
4 系统软件设计 5
4.1 主程序设计 5
5 调试及性能分析 6
5.1 &nbsp;调试分析 6
5.1.1 软件调试 6
5.1.2 硬件调试 6
5.1.3 系统功能调试 6
6 心得体会 6
参考文献 8
附录1 系统原理图 9
附录2 系统仿真图 10
附录3 程序设计原理 11

1 设计任务和性能指标
&nbsp;
1.1设计任务
我们利用单片机设计了简单的交通信号灯模型，该可以模拟实现交通信号灯的红绿黄灯变换，达到引导交通的效果。控制器由一条支干道路和一条主干道路汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。如图上图所示。
1.2性能指标
（1）处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。
（3）绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡。黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。
2 设计方案
2.1任务分析
模拟交通灯控制器就是使用单片机来控制一些LED 和数码管，模拟真实交通灯的功能。当南北方向通车时绿灯亮，而东西方向红灯亮；当通车的时间到后，南北方向绿灯熄灭，而黄灯亮，黄灯亮后由南北方向切换到东西方向通车。
此时南北方向黄灯熄灭，而红灯亮，东西方向红灯熄灭，而绿灯亮，东西方向开始通车，通车的时间到后，东西方向的绿灯熄灭，而黄灯亮，黄灯亮后由东西方向切换到南北方向，东西方向黄灯熄灭，红灯亮；而南北方向红灯熄灭，绿灯亮，如此不断循环。红、黄、绿交替闪亮，利用数码管倒计数显示间隔等，用于管理十字路口的车辆及行人交通。
2.2方案设计
&nbsp; 设计以单片机为核心部件的模拟交通灯，利用8051系列单片机作为断码驱动器，8051作为位码驱动，LED九断数码管作为计时显示用，用发光二极管指示交通的通行，使两个方向都亮红灯，绿灯亮通行，红灯亮停止通行。
本设计利用定时器进行定时，配合软件计数器，调用中断程序使定时器定，达到定时5S的目的，同时调用显示程序，显示到计时的时间，用单片机AT89C51作为核心部件,9路AT89C51总线驱动器作为字形驱动芯片和6路驱动74ls07位选码作为中心器件来设计交通灯控制器，实现了交通灯的控制，显示时间直接通过89C51的P0口输出；交通灯信号通过P0口输出,本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。
单片机可选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASH ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。南北向和东西向各采用2个数码管计时，同时需要对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数，可以选择线式键盘或矩阵式键盘，若单片机的IO口不够用时，可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。

8051单片机
3 系统硬件设计
3.1单片机的最小系统
89C51单片机它是硬件电路的核心部分，时钟电路晶振使用12MHz。

单片机系统的时钟电路

3.2电源电路设计
电源用5V直流变压器直接供电。

3.3数码管显示电路
&nbsp; &nbsp; &nbsp;显示电路采用8个共阴数码管，P1口作为数码管的输入，P00、P01、P02、P03、P04、P05分别作为东西南北四路数码管的位选端。
&nbsp; &nbsp; &nbsp;
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 数码管显示电路

4 系统软件设计
开始
4.1 主程序设计
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;

参数初始化

显示子程序

中断处理

紧急中断子程序

系统程序流程图 &nbsp; &nbsp;
&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 芯片初始化

东西方向绿灯亮5秒，南北方向红灯亮5秒

东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁5秒

东西方向红灯亮5秒，南北方向绿灯亮5秒

东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯亮

&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;设计流程图

&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;

5 调试及性能分析
5.1 &nbsp;调试分析
5.1.1 软件调试
&nbsp;软件调试主要是利用proteus仿真软件完成电路的搭建，运行以发现设计中的错误及时改正。
5.1.2 硬件调试
&nbsp; &nbsp; &nbsp;用单片机电路实验板按照设计的电路连接好设计所需的电路进行模拟，模拟成功，实现了预期设计的模拟功能。
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下：
（1）检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，对未连接的进行修复。
（2）参照原理图，检查各个器件之间的连接是否连接正确，是否存在虚焊，经测试，各连接不存在问题。
（3）以上两项检查并修复完后，给该硬件电路上电，电源指示灯点亮。
5.1.3 系统功能调试
&nbsp; &nbsp; 通过软件仿真显示，系统基本能完成要求，由于设计思路出现问题，键盘没有正确的做出来，没有键盘电路，紧急情况也可以通过一个按钮来采取相关的动作。
6 心得体会
&nbsp; &nbsp;为期二周的课程设计很快就结束了，在这次设计过程里我们体验了从设计、画板、编程、焊板到调试的整个过程。
&nbsp; 对于LED交通灯这个题目，由于学过单片机这个课程，做过类似相关的实验，觉得这个比较简单而且做出的东西也比较直观，在确定题目之后，查阅了大量的资料，初步完成了电路设计方案。
&nbsp; 这个软件的上学期也学过了，但是学的时候感觉很简单，但是到了具体设计的时候，问题不断的出来，比如有的器件库里面没有封装，要自己花封装，这时候就很容易出问题，比如焊盘的大小，有的器件上焊盘大小不一样，有个别大的是用来固定的，这个很容易被忽略。
&nbsp; 程序的设计，虽然感觉交通灯程序没什么难的，就是数码管倒计时显示加几个闪烁的二极管就完事，但是也许是起初想的太简单，设计时到了细节处，也出了不少问题，而且很难被检查出来，但是最后经过我们的不断努力，还是写出来正确的代码。
&nbsp; &nbsp;积极参与单片机课程设计，不仅让我们充分的体会到自己动手实践的乐趣，获得哪怕是前进一小步时候的那种成功的喜悦，还能学到很多我们在理论中学不到的知识。有利于我们学习能力的提高。表达能力等很多方面······有利于我们团队精神的培养。我们都是一起共同完成项目，这就要求我们必须互相信任、互相配合、分工合作。我们顺利完成了设计作业。
&nbsp; &nbsp; 通过这次课设，对以前学过的知识进行了巩固，加深了理解，提高了应用的能力，而且提高了我们的发现、分析、解决问题的能力。经历了从最初的设计到最后做出产品的开发过程，提高了对专业的认识及兴趣，对于我们工科来说，对以后就业有及其重大的影响。
&nbsp; &nbsp; &nbsp;这二周给我们的感触很深、收获很多：经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我们得到一次较全面的工程实训练。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计打下扎实的基础。

参考文献
[1] &nbsp;李继灿. 新篇16/32位微型计算机原理及应用[M]. &nbsp;北京: 清华大学大学出版社（3）2004.1P52-P117
[2] 王守中. 单片机原理与接口技术[M].北京: 清华大学大学出版社,2004.2 P79-P166.
[3] 徐维祥.单片微型机原理及应用 大连理工大学出版社，2006.12
[4] 胡汉才.单片机原理与接口技术[M].北京: 清华大学大学出版社,2004.1-505.
[5] 闫胜利.Altium Designer 6.Ｘ中文版使用教程　电子工业出版社　2007.6
[6] 康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社（5）2006.1 P101-P114.
[7] 毛敏 MCS-51系列单片机系统及应用实践教程[M]. 北京：高等教育出版社2006.7 P128-P138.

附录1 系统原理图

附录2 系统仿真图

附录3 程序设计原理
;程序实现功能
东西向绿灯亮若干秒，黄灯闪烁5次后红灯亮， 红灯亮后，南北向由红灯变为绿灯，若干秒后南北向黄灯闪烁5此后变红灯，东西向变绿灯，如此重复。
;西南北路口直行与转弯交替通行，数码管显示直行通行倒计时，红绿黄灯显示包括人行道在内的道路交通状态。</p>