單片機交通信號燈

1、中北大學信息商務學院單片機課程設計目錄1前言12 設計目的作用23 設計要求24 設計的具體實現24.1 設計原理24.2 系統(tǒng)設計34.2.1 晶振電路分析34.2.2 復位電路分析44.2.3 按鍵電路的分析54.2.4 數碼管電路分析64.2.5 蜂鳴電路分析64.3 系統(tǒng)實現74.3.1 程序流程圖74.3.2 C 語言程序編碼84.3.3 數字倒計時器仿真圖105 設計心得10參考文獻11附錄12第 I 頁 共 I 頁1 前 言51系列單片機屬于總線型單片機，具有硬件架構完整、功能強大、技術成熟、通用性強、可外部擴展、配套芯片齊全、集成開發(fā)環(huán)境好、實用子程序豐富以及價格低廉等一系列優(yōu)

2、點，無論是實際工程應用，還是學習單片機原理及其應用技術，51系列單片機都是理想的選擇。在社會生活和生產的各個領域中，凡是有自動控制要求的地方都會和單片機扯上關系。無論是從簡單到復雜，還是從空中、地面到地下，凡是能想到的地方幾乎都有使用單片機的需求，并且達到許多與人方便的操作。盡管現在單片機在社會上的應用已經很普遍了，但仍有許多可以用單片機控制而尚未實現的項目。因此，單片機的應用依然大有想象和拓展空間。本次設計采用的是總線型結構的單片機，總線型結構的單片機可以減少不同之間信息傳送線的條數，從而使信息傳送規(guī)格整齊，提高了整機的可靠性。采用總線結構以后，存儲器、輸入輸出等外部設備都通過專門的接口電路

3、獨立的掛在總線上，因而使得單片機可擴充能力強，使用方便靈活。另外，還可根據不同的需要增加存儲器的容量或增添外部設備，也可以根據不同的需要組成各種專用的單片機，例如專用教學機等。單片機的應用有利于產品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產品質量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等4。但是，單片機應用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經濟效益上，更重要的意義還在于：單片機的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須有模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能使用單片機通過軟件（編程）方法實現了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控

4、制系統(tǒng)“軟化”技術，稱之為微控制技術。本論文第一章介紹了本次倒計時系統(tǒng)的設計目的、設計方案和開發(fā)意義；第二章對MCS-51單片機的部分基本原理和接口技術進行了闡述，其中大部分都是本次設計需要用到，比如中斷原理、定時器等；最后一章介紹了本次倒計時系統(tǒng)設計的硬件電路設計和軟件程序設計，以及Keil uVision3軟件系統(tǒng)調試的步驟和方法，以完成系統(tǒng)設計。第 16 頁 共 12頁2 設計目的作用1、掌握單片機的工作原理；2、能夠進行單片機簡單系統(tǒng)設計，包括電源模塊、復位模塊鍵盤模塊及相應控制模塊的設計；3、掌握單片機的指令系統(tǒng)及程序的編制結構能夠對具體設計要求編寫相應的控制程序。4、能夠根據相應的

5、控制要求選擇外圍器件實現控制任務。5、學習proteus仿真軟件。3 設計要求利用51單片機設計一倒計時系統(tǒng)，要求能夠進行鍵盤設置倒計時時間，并能夠顯示剩余時間，并在計時剩余60秒時開始閃爍計時，一旦計時結束，報警提示。具體要求如下：1、設計單片機工作電源模塊及其復位電路；2、顯示模塊：包括6個LED，其中兩個顯示小時，兩個顯示分，兩個顯示秒；3、鍵盤模塊：通過鍵盤能設置倒計時時間，并帶有開始按鈕和取消按鈕，設置完倒計時時間后按壓開始按鈕則倒計時時間，按壓取消則不進行倒計時；4、繪制控制軟件流程圖；5、編寫相應的控制程序；6、利用proteus進行仿真；4 設計的具體實現4.1 設計原理（1）

6、LED數字倒計時器主要由AT89C51單片機、晶振電路、復位電路、按鍵電路、數碼管電路、蜂鳴電路組成（如圖4.1）。數碼管電路晶振電路AT89C51復位電路蜂鳴電路按鍵電路圖4.1 LED數字倒計時器系統(tǒng)設計框圖4.2 系統(tǒng)設計4.2.1 晶振電路的分析a.晶振電路原理：晶振是通過電激勵來產生固定頻率的機械振動，而振動又會產生電流反饋給電路，電路接到反饋 后進行信號放大，再次用放大的電信號來激勵晶振機械振動，晶振再將振動產生的電流反饋給電路，如此這般。當電路中的激勵電信號和晶振的標稱頻率相同時，電 路就能輸出信號強大，頻率穩(wěn)定的正弦波。整形電路再將正弦波變成方波送到數字電路中供其使用。b.晶振

7、電路的特點：晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，晶振分為有源晶振和無源晶振兩種，其作用是在電路產生震蕩電流,發(fā)出時鐘信號。它是時鐘電路中最重要的部件，它的作用是向IC等部件提供基準頻率，它就像個標尺，工作頻率不穩(wěn)定會造成相關設備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現問題。由于制造工藝不斷提高，現在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術指標都很好，已不容易出現故障，但在選用時仍可留意一下晶振的質量。圖4.2振晶電路原理圖4.2.2 復位電路的分析a.復位電路原理系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源

8、開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。RC復位電路可以實現上述基本功能，但解決不了電源毛刺和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問題，而且調整 RC 常數改變延時會令驅動能力變差。左邊的電路為高電平復位有效，右邊為低電平有效， 復位按鍵為手動復位開關，電容可避免高頻諧波對電路的干擾。b.復位電路的作用：復位電路是為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.755.25V。由于微機電路是時序數字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復

9、位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。圖4.3復位電路原理圖4.2.3 按鍵電路的分析a.按鍵電路的原理：按鍵B1/B2/B3/B4斷開時，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3輸入為高電平；按鍵B1/B2/B3/B4閉合后，P1.0/P1.1/P1.2/P1.3輸入為低電平。每按一次按鍵，就會有一次低電平，單片機就會對低電平計數，從而來調節(jié)定時時間。由于按鈕是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時，會有抖動動，這種抖動對于計算機來說，是完全能感應到的，因為計算機處理的速度是在微秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級。你只按了一次按鈕，可是計算機卻已執(zhí)行了多次中斷的過程，如果執(zhí)行的次數正好是奇數次，那么

10、結果正如你所料，如果執(zhí)行的次數是偶數次，那就不對了，所以必須運用延時程序消除按鍵的抖動。b.按鍵電路的作用：每次復位之后，三個兩位數碼管全部都會顯示為0，而與P1.0相接的按鈕B1，每次按下一次，就會產生一次低電平，單片機就會計數一次，從而調節(jié)倒計時的小時時間，B2則調節(jié)分鐘，B3則調節(jié)秒鐘，與這三個按鍵分別控制數碼管的顯示倒計時的小時、分鐘、秒。與這三個按鍵不同的是，按鍵B3的作用是開始倒計時。這些按鍵的功能都是通過編程來控制的。圖4.4按鍵電路原理圖4.2.4 數碼管電路的分析a.數碼管電路的組成：1六位數碼管：分別顯示小時,分鐘和秒鐘。2含有八個電阻帶電源的排阻：分別與三個數字顯示的數碼

11、管并聯，電源給數碼管提供電壓，電阻的作用是保護數碼管不被燒壞。3將PO口的八位與數碼管和排阻連載一起的導線，將P2口的六位分別與六位數碼管的六個位選引腳接在一起。b.數碼管電路的原理：7段數碼管一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光二極管組成數字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數點。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)光。控制相應的二極管導通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數符數量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數碼管。圖4.5 7段數碼管內部字段LED和引腳分布4.2.5 蜂鳴

12、電路的分析a.蜂鳴電路的組成：兩個阻值為一千歐姆的電阻，一個阻值為100歐姆的電阻，一個蜂鳴器，一個三極管，一個接地，以及導線。b.蜂鳴電路的原理：蜂鳴電路是利用I/O 定時翻轉電平產生驅動波形對蜂鳴器進行驅動。在程序上，可以使用TIMER0 來定時，將TIMER0 的預分頻設置為/1，選擇TIMER0 的始終為系統(tǒng)時鐘(主振蕩器時鐘/4)，通過按鍵可以在TIMER0 的載入/計數寄存器內調節(jié)設置時間，就能將TIMER0 的中斷設置設置為倒計時時間，當需要I/O 口驅動的蜂鳴器鳴叫時，只需要在進入TIMER0 中斷的時候對該 I/O 口的電平進行翻轉一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候，將I/O

13、口的電平設置為低電平即可。不鳴叫時將I/O 口的輸出電平設置為低電平是為了防止漏電。圖4.6蜂鳴電路原理圖4.3 系統(tǒng)實現4.3.1 LED數字倒計時器的程序流程圖圖4.7LED數字倒計時器流程圖4.3.2 LED數字倒計時器的C語言程序編碼#include sbit kh=P10;sbit km=P11;sbit ks=P12; sbit st=P13; sbit b=P37; unsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; unsigne

14、d char i=0,hour=0,minute=0,second=0; void delayms(unsigned int x) unsigned char a=160; while(x-) while(a-); a=160; main() TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TMOD=1; TR0=0; ET0=1; EA=1; while(1) P0=tablehour/10; P2=0x20; delayms(1); P2=0xff; P0=tablehour%10; P2=0x10; delayms(1); P2=0xff; P

15、0=tableminute/10; P2=0x08; delayms(1); P2=0xff; P0=tableminute%10; P2=0x04; delayms(1); P2=0xff;P0=tablesecond/10; P2=0x02; delayms(1); P2=0xff; P0=tablesecond%10; P2=0x01; delayms(1); P2=0xff; if(!kh) delayms(200); hour+; if(hour23)hour=23; else if(!km) delayms(200); minute+; if(minute59) minute=59

16、; else if(!ks) delayms(200); second+; if(second59) second=59; if(!st) delayms(200); TR0=1; if(TR0=1&hour=0&minute=0&second=20) i=0; second-; if(second59) second=59;minute-; if(minute59) minute=59; hour-; if(hour23) hour=0; minute=0; second=0; TR0=0; 4.3.3 LED數字倒計時器仿真圖圖4.8 LED數字倒計時器仿真圖5 設計心得關于這次課程設計，

17、我們花費了比較多的心思，既是對課程理論內容的一次復習和鞏固，還讓我們豐富了更多與該專業(yè)相關的其他知識，比如軟件應用等。在這次實驗中遇到的具體的問題：在proteus中設計好原理圖，并運行后發(fā)現，數字倒計時器的復位功能無效，經過與組員之間的反復討論和檢驗，終于發(fā)現問題的癥結所在：復位電路的線路連接錯誤，其中兩條線路交叉，中間少一個節(jié)點。除了對此次設計的準備工作之外，我們還學到了很多平時難得的東西，首先是團隊協(xié)作，在這次設計當中，難免和同學產生觀點和意見的分歧，以及分工明細、時間安排等不合理，通過這次設計，我們體會到了團結合作的重要性及力量之強大，還有讓我們處理事情更加有條理，思路更加清晰明了了，發(fā)現、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都將受益于我在以后的學習、工作和生活中。從這課程設計中，我學會了怎樣用你c語言編程來控制單片機，這是以前沒學到的東西，此外，還要查閱許多的資料來填補知識的空缺，比如說軟件的使用等。最后老師的提問讓我們對單片機有了更為深入、更加清晰的了解。參考文獻【1】李朝青 單片機原理及接口技術。北京航空航天大學出版社，2005年【2】李群芳 肖看 單片機原理、接口及應用。清華