交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　第二章 主要元件介紹2</p><p>　　2.1 AT89S51芯片2</p><p>　　2.1.1 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2</p><p&

2、gt;　　2.1.2 芯片引腳介紹4</p><p>　　2.2 74LS164芯片的介紹5</p><p>　　2.3 八段LED數(shù)碼管的簡介5</p><p>　　2.3.1 結(jié)構(gòu)及介紹6</p><p>　　2.3.2 性能特點(diǎn)6</p><p>　　2.3.3 使用注意事項(xiàng)6</p>

3、<p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)要求7</b></p><p>　　3.1.1硬件材料名稱規(guī)格數(shù)量7</p><p>　　3.2電路原理圖7</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能8</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)9

4、</p><p><b>　　4.1 流程圖9</b></p><p>　　4.2 程序編寫10</p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析11</p><p>　　第五章 實(shí)驗(yàn)小結(jié)13</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><

5、p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。</p><p>　　通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)

6、合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。同時(shí)帶動(dòng)傳

7、統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。</p><p>　　十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本次課程設(shè)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89S51和芯片74LS164為中心器件來

8、設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)定時(shí)控制AT89S51芯片的P0口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)的時(shí)間由LED數(shù)碼管顯示。 </p><p>　　第二章 主要元件介紹</p><p>　　2.1 AT89S51芯片</p><p>　　2.1.1 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　AT89S51是MCS-5

9、1系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明:</p><p><b>　　·中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)

10、據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)</p><p>　　AT89S51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，

11、運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　圖2.1 AT89S51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　·程序存儲(chǔ)器(ROM)：</p><p>　　AT89S51共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p

12、>　　AT89S51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　·并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　AT89S51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　·全雙工串行口：</b></p

13、><p>　　AT89S51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　AT89S51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先

14、級別選擇。</p><p><b>　　·時(shí)鐘電路：</b></p><p>　　AT89S51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)

15、廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1.2 芯片引腳介紹</p><p>　　芯片引腳的功能圖如圖2.2所示：</p><p>　　·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作

16、時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　·ALE/:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（）。</p><p>　　一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。</p>

17、<p>　　·：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)</p><p>　　器的讀選通信號。當(dāng)AT89C51執(zhí)行外部程序存</p><p>　　儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過兩個(gè)信號。 </p><p>　　·/VPP:外部訪問允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

18、器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)EA端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。 </p><p>　　當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，應(yīng)該接到VCC端。 </p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。</p><p>　　·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p&

19、gt;<p>　　·Vcc—電源電壓輸入端。</p><p><b>　　·GND—電源地。</b></p><p>　　2.2 74LS164芯片的介紹</p><p>　　電特性的典型值如下：型號fmPn 54/74164 36MHz 185mW 54/74LS164 36 MHz 80mW，如圖2.3為7

20、4LS164的引腳圖。</p><p>　　當(dāng)清除端CLEAR74LS164接線圖：8 位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）為低電平時(shí)，輸出端（QA－QH）均為低電平。</p><p>　　串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁</p><p>　　止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當(dāng)A、B</p&

21、gt;<p>　　有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK 上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。</p><p><b>　　芯片引腳介紹：</b></p><p>　　CLOCK 時(shí)鐘輸入端</p><p>　　CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） </p>

22、;<p>　　A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端； </p><p>　　QA－QH 輸出端極限值 </p><p>　　電源電壓： 7V 輸入電壓： 5.5V</p><p>　　工作環(huán)境溫度：74LS164 -0～70℃</p><p>　　儲(chǔ)存溫度

23、： -65℃～150℃</p><p>　　74LS164是八位并出串行移位寄存器.功能是將數(shù)據(jù)串行移入,并行輸出.P14=VCC,P7=GND.</p><p>　　P1=A,P2=B,兩腳是數(shù)據(jù)串行移入口；P8=時(shí)鐘.P9=清除. P3=QA,P4=QB,P5=QC,P6=QD,P10=QE,P11=QF,P12=QG,P13=QH是并行輸出口。</p><

24、;p>　　2.3 八段LED數(shù)碼管的簡介</p><p>　　2.3.1 結(jié)構(gòu)及介紹</p><p>　　LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，

25、8，10位等等....，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。</p><p>　　2.3.2 性

26、能特點(diǎn) </p><p>　　LED數(shù)碼管的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。</p><p>　　(2)發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短(<0．1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。</p><p>　　(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。</p><p&g

27、t;　　(4)壽命長，使用壽命在10萬小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬小時(shí)。成本低。</p><p>　　2.3.3 使用注意事項(xiàng) </p><p>　　檢查時(shí)若發(fā)光暗淡，說明器件已老化，發(fā)光效率太低。如果顯示的筆段殘缺不全，說明數(shù)碼管已局部損壞。</p><p>　　數(shù)碼管，用數(shù)字萬用表的h距擋可完成下述測試工作：①判定數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)形式(共陰或共陽)；②識別管腳；③檢查

28、全亮筆段。預(yù)先可假定某個(gè)電極為公共極，然后根據(jù)筆段發(fā)光或不發(fā)光加以驗(yàn)證。當(dāng)筆段電極接反或公共極判斷錯(cuò)誤時(shí)，該筆段就不能發(fā)光。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　根據(jù)給出的要求設(shè)計(jì)交通燈，東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和

29、行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈亮的時(shí)間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。</p><p>　　3.1.1硬件材料名稱規(guī)格數(shù)量</p><p>　　面包板1塊、40腳基座1個(gè)、14腳基座1個(gè)、雙色LED燈4個(gè)、470歐姆電阻8個(gè)、10UF電容1個(gè)、20PF電容2個(gè)、12MHZ石英晶振1個(gè)、八段數(shù)碼管1個(gè)、74LS164一個(gè)。&l

30、t;/p><p><b>　　3.2電路原理圖</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求下圖3.1為交通燈的電路原理圖單片機(jī)的P0口控制四只雙色LED燈。</p><p>　　圖3.1 交通燈電路原理圖</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能</p><p>　　利用AT89S51單片機(jī)

31、的P0口控制四只雙色LED燈，來模擬十字路口交通燈的工作方式。交通燈變化規(guī)律：十字路口是東西南北走向，初始狀態(tài)為狀態(tài)S1（南北綠燈、東西紅燈），延時(shí)8秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)S2（南北綠燈閃爍2次變黃燈，東西紅燈），2秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)S3（東西綠燈，南北紅燈），延時(shí)8秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)S4（東西綠燈閃爍2次變黃燈，南北紅燈），2秒左右后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1循環(huán)。并且利用串行口以工作方式0在LED上顯示時(shí)間。</p><p>　　此處雙色LED燈有

32、3只引腳，工作時(shí)中間引腳接電源，另外兩只引腳單獨(dú)接低電平，一種亮紅燈，一種亮綠燈（最短引腳），兩只引腳同時(shí)接低電平時(shí)，亮黃燈。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 流程圖</b></p><p>　　根據(jù)老師給的參考程序，主要采用中斷方式來實(shí)現(xiàn)紅綠黃燈的交替顯示和循環(huán)，LED顯示模塊主要用的串口發(fā)送數(shù)據(jù)

33、8~0的循環(huán)顯示，與紅綠黃燈交替顯示時(shí)間相對應(yīng)。畫出流程圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 交通燈設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　　4.2 程序編寫</b></p><p>　　4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　將上述LED顯示程序和數(shù)碼管顯示程序?qū)懭敕抡嫫?，編譯沒有錯(cuò)誤后，在線運(yùn)行，可以看到L

34、ED燈先是南北方向綠燈，東西方向紅燈，過8S后，南北向綠燈閃兩下，變成黃燈，過了2S，南北向變成紅燈，此時(shí)東西向變?yōu)榫G燈，如此循環(huán)。而數(shù)碼管程序顯示8到0不斷循環(huán)。如將兩程序之間加起來，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是不行的，那樣的話數(shù)碼管顯示的是亂碼。必須利用上面的led和數(shù)碼管同時(shí)顯示程序，必須加入判斷位（上面程序中的30H）。寫入仿真器可以看到，當(dāng)南北向綠燈時(shí)，數(shù)碼管從8進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。當(dāng)綠燈閃爍時(shí)數(shù)碼管為0，不動(dòng)，直到東西向綠燈南北方向?yàn)榧t燈時(shí)數(shù)碼管又

35、從8開始倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　在編程時(shí)要注意各個(gè)端口的安排搭配選擇以及對P0口的賦值也是很重要的，不然容易會(huì)在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)燈亮的錯(cuò)誤 ， 譬如綠燈變黃而不是紅燈變黃或者紅綠燈亮不同步，還有延時(shí)也要計(jì)算好不然就會(huì)出現(xiàn)超時(shí)或者時(shí)間過短，延時(shí)DELAY程序只能估算接近于1S而要求準(zhǔn)確的1S則需要專門的機(jī)器進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

36、/p><p>　　[1]張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社 1998 </p><p>　　[2]雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2</p><p>　　[3]張迎新 等.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2009.1</p><p>　　[4] WWW.21ic.com中國電