654524088单片机应用基础课程设计交通灯控制系统

华 北 水 利 水 电 学 院课 程 设 计 说 明 书课程名称：单片机应用基础专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：学 号： 2 0 0 7 0 5 7 0 8 姓 名： 设计期限： 2010年05月24日 开始2010年06月04日 结束课 程 设 计 任 务 书课程设计名称单片机应用基础课程设计专业班级（学生人数）机自20070552007061（93人）指导教师本学期承担相应课程教学任务情况单片机应用基础理论：26学时实验：6学时课程设计目的及任务单片机应用基础课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。课程设计任务：根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下：步进电机控制、模拟交通灯控制、模拟键盘输入及显示模块。课程设计要求要求：1、利用proteus软件设计各模块工作原理图，并进行模拟仿真；2、控制程序设计、调试及实现：（1）根据要求，写出完整的程序流程图；（2）将设计程序输入、汇编，排除语法错误，生成*.OBJ文件；（3）利用proteus软件进行电路模拟仿真和调试4、设计硬件电路并烧写程序，调试后系统能按照要求工作5、写出课程设计说明书（统一格式）课程设计目标1课程设计说明书一份；2系统工作原理图一张；3汇编源程序（或者C语言源程序）4硬件电路板调试通过参考文献及资料1 李广第主编单片机基础第一版北京航空航天大学出版社北京1994年6月2 王修才主编单片机接口技术第一版复旦大学出版社上海1995年10月3 周志德主编单片机原理及应用第一版高等教育出版社4 李运华主编机电控制第一版北京航空航天大学出版社5 秦曾煌主编电工学 上册：电工技术第五版高等教育出版社6 秦曾煌主编电工学 下册：电子技术第五版高等教育出版社注：此套表填写一式三份，于课程设计前一周分别交至教学督导团、教务科、教研室目录第一章 课程设计的目的和要求 4一课程设计的目的 4二课程设计预备知识 4三课题设计的任务 4第二章 总体设计 5第三章 硬件设计 5一单片机及其外围 5二电路图 9第四章 软件设计 11一软件概述 11二汇编语言指令说明 12三定时/计数器的原 13四中断 14第五章 系统调试 15第六章 结束语 15附录1 17附录2 18第一章 课程设计的目的和要求 一、课程设计的目的单片机应用基础课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 二、课程设计预备知识 掌握PROTEUS、WAVE软件的基本操作知识，复习单片机原理、微型计算机系统原理及应用、电子技术等内容。 三、课程设计的任务根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下：1. 模拟交通灯模块。2. 设计系统工作原理图，利用PROTEUS软件绘制系统工作原理图。3. 系统控制程序设计、调试及实现：（1）根据要求，写出完整的程序流程图；（2）将设计程序输入、汇编，排除语法错误，生成*.OBJ文件；（3）按所设计的原理图，在实验平台上连线，检查无误；（4）将目标文件传送到实验系统，执行并运行调试该程序，最终实现控制要求。 具体任务：设计并实现单片机交通灯控制系统，实现以下情况下的交通灯控制。 交通灯的状态如表所示。A方向B方向状态红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯灭灭亮亮灭灭A方向通行，B方向禁行灭闪烁灭亮灭灭A方向警告亮灭灭灭灭亮A方向禁行，B方向通行亮灭灭灭闪烁灭B方向警告灭灭亮亮灭灭特殊情况， A放行亮灭灭亮灭灭有紧急车辆时，AB均为红灯第二章 总体设计本次设计采用发光二极管的亮灭模拟交通灯。发光二极管属于单向导通元件，在这次设计中把发光二极管正极与+5V电源连接，通过控制负极电平的高低实现二极管的亮灭。对于电平高低的控制则是通过单片机来实现。第三章 硬件设计 一、单片机及其外围 1 单片机的选择单片微机(Single-Chip Microcomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集中成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数和多功能输入/输出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。就其组成而言，一块单片机就是一台计算机。其典型结构如图所示。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。本次设计采用AT89C51单片机。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示主要特性： .与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路管脚说明： VCC：供电电压。GND：接地。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。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，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。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。如图所示：芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2 单片机的特点及其应用范围单片机特点：1) 单片机体积小巧、使用灵活、成本低，易于真正产品化。组装各种智能式控制设备和仪器，能做到机电仪一体化。2) 面向控制。能有针对性地解决各种从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。3) 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作。这是其它微机集中无法比拟的。4) 可以方便的实现多机、分布式的集散控制，使整个控制系统的效率大大地提高。5) 单片机应用产品的研制周期短，所开发出来的样机就是以后批量生产的产品，可以避免不必要的二次开发过程。单片机应用：1) 工业方面：电机控制，工业机器人，过程控制，智能传感器，机电仪一体化等。2) 仪器仪表方面：智能仪器，医疗仪器，色谱仪，示波器等。3) 家用电器：高级电子玩具，微波灶，洗衣机，录像机等。4) 电讯方面：调制解调器，智能通讯设备等。5) 导航与控制方面：导弹控制，鱼雷制导控制，智能武器装置，航天导航系统等。6) 数据处理方面：图形终端，彩色与黑白复印机，温式硬盘驱动器，磁带机，打印机等。7) 汽车方面：点火控制，变速器控制，防滑刹车，排气控制等。二、电路图按键S1、S2模拟紧急情况和特殊情况的发生，当S1、S2为高电平（不按按键）时，表示正常情况。当S1为低电平（按下按键）时，表示紧急情况，将S1信号接至INT0脚（P3.2）；当S2为低电平（按下按键）时，表示特殊情况，将S2信号接至INT1脚（P3.3），S3为复位键。第四章 软件设计一、软件概述本次设计，编写软件使用的是汇编语言。因为汇编语言是面向机器硬件的语言，助记符指令和机器指令一一对应，用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，用汇编语言能编写出最优化的程序。能直接管理和控制硬件设备（功能部件），它能处理中断，也能直接访问存储器及I/O接口电路。下面即是十字路口交通灯控制程序流程图。开始A红灯，B绿灯延迟30SB黄灯闪烁5SA绿灯，B红灯延迟30SA黄灯闪烁5S中断流程图关中断保护现场和断点开中断A绿灯，B红灯关中断恢复现场开中断中断响应关中断返回断点中断响应保护现场和断点开中断A红灯，B红灯关中断恢复现场开中断返回断点交通灯控制源程序（见附录2）二、汇编语言指令说明AJMP 功能：绝对转移。ANL功能：对字节变量做逻辑“与”。ANLC功能：对位变量做逻辑“与”。CJNE功能：比较且不相等则转移。CPL功能：累加器取反。DEC 功能：减量。DJNZ 功能：减量且如果不等于零则转移。INC功能：增量。MOV功能：传送字节变量。MOVX 功能：外部传送。NOP 功能：空操作。ORL 功能：对字节变量进行逻辑或。RETI 功能：从中断返回。三、定时/计数器的原理89C51系列单片机内部都设有2个16位的可编程定时计数器，可分别称为“定时器0(T0)”和“定时器1(T1)”。16位的定时计数器实质上是一个加计数器，其控制电路受软件控制、切换。通过软件可以设置为种工作方式，每种方式都可以用作定时或计数。当选择定时计数器作为定时器工作时，计数器的加1信号有震荡器的12分频信号产生，即每经过个机器周期，计数器增1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因为个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fCOUNT=(1/12)fOSC。如果晶振频率为12MHz,则计数周期：T=1/(121000000)Hz(1/2)=1S这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则须改变定时期的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位或16位等）。TCON用语控制定时器的启动、停止以及标明定时器的溢出和中断情况。 TCON各功能定义TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H（88H）TF0TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1：定时器溢出标志。T1溢出时由硬件置1，并申请中断。CPU响应中断后，由硬件清0。TH1也可由软件清0。TR1：定时器1运行控制位，可由软件置1或清0来启动或停止T1。TF0：定时器0溢出标志，功能与TF1相同。TR0：定时器0运行控制位，功能与TR1相同。IE1：外部中断1请求标志。IT1：外部中断1触发方式选择位。IE0：外部中断0请求标志。IT0：外部中断0触发方式选择位。四、中断中断的定义：CPU正在执行主程序时，单片机外部或内部发生的某一事件（如外部设备产生的一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或内部计数器的计数溢出等）请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的事件。中断服务处理程序处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继续原来的工作（例如，继续执行被中断的主程序），这称为中断。 CPU处理事件的过程，称为CPU的中断响应过程。能够实现中断处理功能的部件称为中断系统；产生中断的请求源称为中断请求源。中断源向CPU提出的处理请求，称为中断请求(或中断申请)。中断的工作：保护现场、恢复现场、中断返回。中断方式的优点是大大地提高了CPU的工作效率。本次设计采用两个外部中断：1 /INT0外部中断请求0，由引脚/INT0输入，中断请求标志为IE0。2 /INT1外部中断请求1，由引脚/INT1输入，中断请求标志为IE1。第五章 系统调试按图连线，烧录程序，接通电源。 按键S1、S2均不按下，使用全速运行的方法调试程序。调试结果如下：A方向B方向红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯亮灭灭灭灭亮亮灭灭灭闪烁灭灭灭亮亮灭灭灭闪烁灭亮灭灭亮灭 灭灭灭亮亮灭灭灭闪烁灭按键S1按下时，调试结果如下：A方向B方向红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯灭灭亮亮灭灭按键S2按下时，调试结果如下：A方向B方向红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯亮灭灭亮灭灭第六章 结束语计算机技术的发展对社会进步产生了巨大的影响。今天，计算机及其应用技术的发展速度、深度及其广度，都远远超过了历史上任何一种技术手段和装备，在国防、科学研究、政治经济、教育文化等方面无所不及。计算机应用技术不仅引起社会各领域的巨大变革，反过来又推动计算机技术本声不断向前发展。在这次为期两周的课程设计过程中，我认识到了自己的不足，同时我也学到了很多知识，对于单片机我原先不懂的地方现在已经明白，巩固了自己所学的知识，并且这次设计还令我掌握了Proteus的一些基本操作技能，扩展了自己的知识面。总之这次课程设计我收获颇多。参考文献1 李广第主编单片机基础第一版北京航空航天大学出版社北京1994年6月2 王修才主编单片机接口技术第一版复旦大学出版社上海1995年10月3 周志德主编单片机原理及应用第一版高等教育出版社4 李运华主编机电控制第一版北京航空航天大学出版社5 秦曾煌主编电工学 上册：电工技术第五版高等教育出版社6杨素行等编著微型计算机系统原理及应用第三版清华大学出版社北京2009年4月附录1 系统工作原理图附录2 交通灯控制源程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP SUT0ORG 0013HLJMP SUT1ORG 0030HMAIN: MOV SP,#70H ；确定堆栈区 SETB EA ；中断总允许 SETB EX0 ；开放外中断0 SETB EX1 ；开放外中断1LOOP1:SETB P1.1 ；LOOP1实现A方向红灯亮B方向绿灯亮其余灯灭 SETB P1.2 CLR P1.0 SETB P1.3 SETB P1.4 CLR P1.5 ACALL DEL30S ACALL S1 SJMP LOOP2LOOP2:SETB P1.1 ；LOOP2实现A方向绿灯亮B方向红灯亮其余灯灭 CLR P1.2 SETB P1.0 CLR P1.3 SETB P1.4 SETB P1.5 ACALL DEL30S ACALL S2 SJMP LOOP1 S1:SETB P1.0 ；S1实现B方向黄灯闪烁5S CLR P1.1 ACALL DELAY SETB P1.1 ACALL DELAY CLR P1.1 ACALL DELAY SETB P1.1 ACALL DELAY CLR P1.1 ACALL DELAY RET S2:SETB P1.3 ；S2实现A方向黄灯闪烁5S CLR P1.4 ACALL DELAY SETB P1.4 ACALL DELAY CLR P1.4 ACALL DELAY SETB P1.4 ACALL DELAY CLR P1.4 ACALL DELAY RET SUT0: CLR P1.2 ；中断0 SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.4 SETB P1.5 CLR P1.3 JNB P3.2 ,SUT0 RETISUT1: SETB P1.3 ；中断1 CLR P1.2 SETB P1.1 SETB P1.0 SETB P1.4 CLR P1.5 JNB P3.3, SUT1 RETIDELAY:MOV R3 ,#20 ；DELAY实现1S延时 MOV TMOD,#10H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H SETB TR1LOOP:JBC TF1,NEXT SJMP LOOPNEXT:MOV TL1,#080H MOV TH1,#3CH DJNZ R3,LOOP RETDEL30S: MOV R0,#1EH ；DEL30S实现30S延时 F: LCALL DELAY DJNZ R0,F RET END21