單片機課程設(shè)計報告范例

1、單片機課程設(shè)計示例交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計一、 總體設(shè)計1、設(shè)計要求：交通燈的任務(wù)要求為：模擬十字路口的交通燈的亮、滅及閃爍基本工作原理：根據(jù)交通燈的亮滅情況，可以分為四種狀態(tài)，利用定時計數(shù)器每20秒產(chǎn)生一次中斷，每產(chǎn)生一次中斷后由是否有特殊情況決定交通燈的狀態(tài)變換。2、 硬件和軟件功能的劃分本課題要求實現(xiàn)的功能比較簡單。由單片機的定時/計數(shù)器產(chǎn)生八分之一秒的定時時間，通過軟件的方式實現(xiàn)20秒的定時時間。交通燈的亮滅由8255A控制，PA口控制東西向，PB口控制南北向。3、 交通燈狀態(tài)劃分十字路口交通燈如下圖所示，將12個交通燈進行編號這12個交通燈共有四個狀態(tài)： 狀態(tài)1（S1）：東西紅燈（4、10

2、）亮，南北綠燈（3、9）亮狀態(tài)2（S2）：南北綠燈（3、9）滅，黃燈（2、8）閃爍，東西仍為紅燈（4、10）亮狀態(tài)3（S3）：南北紅燈（1、7）亮，東西綠燈（6、12）亮狀態(tài)4（S4）：東西綠燈（6、12）滅，黃燈（5、11）閃爍，南北仍為紅燈（1、7）亮當(dāng)東西向（或南北向）有特殊情況，開關(guān)K0為低電平則應(yīng)使交通燈處于S3（東西綠燈、南北），開關(guān)K1為低電平則應(yīng)使交通燈處于S1（南北向綠燈、東西向紅燈），當(dāng)K0、K1均為低電平則取消特殊情況，返回正常顯示情況。二、硬件設(shè)計根據(jù)總體設(shè)計要求，確定系統(tǒng)擴展與功能接口，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖。1、 系統(tǒng)擴展最小系統(tǒng)，由8031、地址鎖存器和程序存儲器

3、組成。根據(jù)課題要求，在此基礎(chǔ)上進行擴展。地址鎖存器選74LS373，程序程序器選2764（8K），盡管本系統(tǒng)程序不長，但考慮以后擴展方便，選用2764?？紤]到交通燈數(shù)量比較多，控制信號比較多，對單片機的I/O口進行擴展，使用通用I/O接口芯片8255A來對單片機I/O口進行擴展。2、 功能接口所謂接口是CPU與外界的連接部件，以實現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的最佳耦合和匹配。本課題只要求顯示接口。顯示設(shè)備為2位七段數(shù)碼管。要使用七段數(shù)碼管可以利用8031的串行口、可以利用可編程并行I/O擴展芯片8155或8255。由于仿真系統(tǒng)的限制選用8155。2個共陰極數(shù)碼管自左至右以兩位數(shù)的形式顯示秒數(shù)。為了保證數(shù)

4、碼管的亮度，必須保證輸入電流的大小，因此，選用74LS244作為驅(qū)動放大器（實驗系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)做好）。3、 系統(tǒng)的組成及統(tǒng)一編址CSIO/M PB7 |PB08155 PA7 |PA0PC5 | PC0AD7 |AD0數(shù)碼管A12 CE |A8A7 |A0 2764D7 |D0Q7 D7 | |Q0 D0 74LS373 P2.7P1.0 P2.6P2.5 P2.4 |P2.0P0.7 | P0.0 8031蜂鳴器驅(qū)動器I/O端口是CPU與I/O設(shè)備直接通信的地址。單片機系統(tǒng)對I/O端口是采用端口地址與存儲器地址統(tǒng)一編址的方式，即存儲器映射方式。編址技術(shù)分線選法和譯碼法。由于涉及外圍芯片很少，所

5、以采用線選法。系統(tǒng)簡圖如下：由于是線選法，因此芯片地址不是唯一的。而8155與外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，可以與程序程序器重疊編址。因此，我們?nèi)∷鼈兊牡刂啡缦拢?764：0000H1FFFH 存儲程序8155：命令/狀態(tài)口 7F80H PA口 7F81H 輸出掃描碼（字選碼） PB口 7F82H 輸出字形碼 PC口 7F83H 接收回復(fù)碼 定時器低8位7F84H 沒用 定時器高8位7F85H 沒用 RAM 3F00H3FFFH沒用 工作方式為：定時器不工作，禁止PA、PB中斷，PC口為輸入方式（方式0），PA口、PB口為輸出方式。因此，工作方式字為03H。4、 匯集各芯片及數(shù)碼管的技術(shù)資料，繪制系

6、統(tǒng)原理圖。將8031、74LS373、2764、8155、數(shù)碼管（包括為保證其驅(qū)動電流而添加的驅(qū)動器74LS244）等資料匯集起來，熟悉各芯片的引腳的功能及連接方法，繪制系統(tǒng)原理圖。三、軟件設(shè)計 1、系統(tǒng)定義1.1、各種數(shù)據(jù)類型的定義。秒采用采用BCD碼，八分之一秒計數(shù)采用16進制。1.2、定義和分配存儲空間、定義標(biāo)志位。堆棧區(qū)安放在片內(nèi)RAM的高端60H7FH；0區(qū)為工作寄存器；1區(qū)為顯示程序的工作寄存器；地址為3AH的存儲單元內(nèi)存放LED顯示的數(shù)據(jù)，以壓縮BCD碼形式存放設(shè)計一個標(biāo)志單元，地址為3CH，用來標(biāo)示當(dāng)前交通燈的狀態(tài)，共四種狀態(tài)，00H帶表狀態(tài)1，01H代表狀態(tài)2，02H代表狀態(tài)

7、3，03代表狀態(tài)4存儲單元列表如下:存儲內(nèi)容變量名地址備注通用工作寄存器R0R700H07H0區(qū)顯示程序?qū)Ｓ玫墓ぷ骷拇嫫鱎0R708H0FH1區(qū)顯示存儲區(qū)個位LED03AHBCD碼十位LED13BHBCD碼標(biāo)志單元3CH16進制數(shù)堆棧區(qū)60H7FH 位標(biāo)志在設(shè)計過程中，根據(jù)需要再添加。 2、 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計程序總體執(zhí)行過程是：上電后系統(tǒng)自動進行初始化，定時/計數(shù)器開始工作，檢測標(biāo)志單元3CH，根據(jù)3CH單元中的內(nèi)容讓交通燈處于對應(yīng)的狀態(tài)， 然后調(diào)用顯示子程序，將3AH和3BH地址內(nèi)的數(shù)據(jù)在七段數(shù)碼管上顯示出來。接著循環(huán)檢測3CH單元中的內(nèi)容以及特殊情況控制信號和調(diào)用顯示子程序，讓交通燈處于對應(yīng)的

8、狀態(tài)，將3AH地址內(nèi)的數(shù)據(jù)送七段數(shù)碼管上顯示出來，在整個過程中定時/計數(shù)器中斷始終打開等待定時/計數(shù)器中斷。中斷服務(wù)程序完成狀態(tài)的變換（3CH的值的改變）以及LED顯示內(nèi)容（3AH）的改變。主程序的框圖都如圖所示： 3、 模塊設(shè)計根據(jù)主程序框圖，定義如下幾個模塊：初始化模塊、狀態(tài)1顯示子程序、狀態(tài)2顯示子程序、狀態(tài)3顯示子程序、狀態(tài)4顯示子程序、出錯處理程序、LED顯示程序、中斷服務(wù)程序。由于在程序運行過程中多次出現(xiàn)需要延時的情況，這里將延時程序也作為一個模塊。3.1、初始化模塊功能：完成變量初始化、8155初始化、定時器初始化和中斷初始化。初始化的框圖如圖所示。根據(jù)框圖寫出如下程序：(注意：

9、后面我們要經(jīng)常對以下程序進行補充和修改，利用它對其它模塊或子程序進行調(diào)試。因此，要隨時保存不同的版本。為方便起見，以下程序我們稱版本1.0)ORG 0000H AJMP START ORG 000BH ；T0中斷入口地址 AJMP INT0 ；中斷服務(wù)程序 ORG 0030HSTART: MOV SP,#60H ；置堆棧頂指針 MOV 3AH,#20H；時間存儲區(qū)單元初始化 MOV 3CH,#00H MOV R3,00H MOV R2,00H MOV A,#80H ；8255A初始化，置工作方式 MOV DPTR,#0FF2BH MOVX DPTR,A MOV A，#03H ；置8155命令格

10、式MOV DPTR，#0FF20H ；指向命令口MOVX DPTR,A MOV TMOD,#01H ；置T0為定時器，工作方式1 MOV TH0,0BH MOV TL0,0DCH SETB EA ；中斷初始化 SETB ET0 SETB TR0 程序中的時間常數(shù)是從要求一秒中斷一次，但8051單片機的最大定時時間達不到1秒，所以選擇1/8秒作為定時時間。DVCC的晶振頻率為6MHz，則機器周期為2s。設(shè)時間初值為X，工作方式1時定時器為16位，最大計數(shù)值為216=65536，則：1/8=（65536-X）210-6解得X=3036D=0BDCH則TH0 =0BH，TL0 =0DCH。3.2狀態(tài)

11、1顯示程序模塊功能：交通燈處于狀態(tài)1狀態(tài)1（S1）為東西紅燈（4、10）亮，南北綠燈（3、9）亮，所以本程序模塊即為將3、4、9、10號燈點亮3.2.1、程序由于本模塊的程序比較簡單，只是簡單的將4個高電平打到對應(yīng)的端口就可以了，所以程序框圖略，在這里直接給出程序：DISP1： MOV DPTR，#0FF29H MOV A，#00H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，00H ；讓所有燈熄滅 MOVX DPTR，AMOV DPTR，#0FF29H MOV A，#03H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，0CH MOVX DPTR，A ；東西紅燈亮，南北綠燈

12、亮 RET3.3狀態(tài)2顯示程序狀態(tài)2（S2）為東西紅燈（4、10）亮，南北黃燈黃燈（2、8）閃爍，本程序模塊比狀態(tài)1顯示程序稍稍復(fù)雜一點，除了要將高電平打入對應(yīng)的端口外還要控制黃燈的閃爍，黃燈的閃爍采用軟件延時的辦法實現(xiàn)，即黃燈亮后延時一段時間再滅，然后再延時一段時間再亮。3.3.1程序程序框圖如下：程序如下：DISP2： MOV DPTR，#0FF29H MOV A，#00H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，00H ；讓所有燈熄滅 MOVX DPTR，AMOV DPTR，#0FF29H MOV A，#02H MOVX DPTR，A INC DPTR MOV A，8AH

13、MOVX DPTR，A ；東西紅燈亮，南北黃燈亮 ACALL DELAY ；延時1秒 MOV A，08H MOVX DPTR，A ；南北黃燈滅 ACALL DELAY ；延時1秒 RET 3.4狀態(tài)3顯示程序及狀態(tài)4顯示程序狀態(tài)3顯示程序與狀態(tài)1顯示程序類似，狀態(tài)4顯示程序與狀態(tài)2顯示程序類似，請同學(xué)們參照狀態(tài)1和狀態(tài)2顯示程序自行完成狀態(tài)3和狀態(tài)4顯示程序，這里就不詳細敘述了。3.5出錯處程序出錯處理程序指的是狀態(tài)標(biāo)志字節(jié)中的數(shù)據(jù)超過了正常范圍（00H03H）時的處理程序，正常情況下一般不會出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)這種情況應(yīng)該將所有紅燈變亮。其程序與框圖與狀態(tài)1類似。3.6延時程序延時程

14、序用來實現(xiàn)延時1秒的功能，采用軟件延時的方式。顯然延時程序要用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，由于延時1秒是一個比較長時間的延時所以要采用三重循環(huán)來實現(xiàn)。延時程序是一個比較簡單的純粹的循環(huán)程序，結(jié)構(gòu)比較簡單，框圖就省略，這里直接給出程序。3.6.1延時程序 DEALY： MOV R7，#02H LOOP1： MOV R6，#0FFH LOOP2： MOV R5，0FFH LOOP3： NOP DJNZ R5，LOOP3 DJNZ R6，LOOP2 DJNZ R7，LOOP1 RET當(dāng)然，采用軟件延時由于存在中斷以及其它因素的影響，不可能達到精確的1秒，這里的延時程序大概延時0.9秒，如果需要更加精確請同學(xué)們自

15、己調(diào)整每層循環(huán)的循環(huán)次數(shù)。在實際的應(yīng)用過成中由于LED顯示的需要，LED顯示程序調(diào)用的間隔時間不能太長，所以在實際應(yīng)用中我們常常將上述延時程序改為如下程序： DELAY： MOV R7，#0FFH LOOP1： MOV R6，0FFH LOOP2： ACALL DISP DJNZ R6，LOOP2 DJNZ R7，LOOP1 RET3.7 LED顯示程序LED顯示程序就是將3AH單元的內(nèi)容在兩個LED顯示器上顯示出來。由于3AH單元內(nèi)存儲的是壓縮BCD碼，所以必須在顯示前對其進行拆字，即將一個字節(jié)壓縮BCD碼拆成兩個單字節(jié)BCD碼，如圖所示：3.7.1拆字程序子程序名：CZ功能：將將3AH單元

16、存儲的壓縮BCD碼拆成單字節(jié)BCD碼，存儲到顯示存儲區(qū)3DH、3EH中。入口條件：3AH出口條件：3DH、3EH程序框圖如右：程序清單如下：CZ: MOV R0,#3AH MOV R1,#3DHCZ1: MOV A,R0 ANL A,#0FH MOV R1,A ；存?zhèn)€位 INC R1 MOV A,R0 ANL A,#0F0H SWAP A MOV R1,A ；存十位 RET用下列程序調(diào)試：MOV 3AH,#12H ACALL CZ SJMP $單步執(zhí)行觀察3DH、3EH的值是否為02H和01H。調(diào)試成功后保存子程序CZ備用。3.7.2、顯示子程序顯示的原理如下：從最左邊數(shù)碼管開始，由PA口輸出

17、字選碼（在這里為00100000B，即20H），由8155的PB口輸出欲顯示的字形碼（如字符“0”，共陰極的字形碼為“0C0H”），則在最左邊的數(shù)碼管顯示字符“0”。然后，由PA口輸出字選碼（在這里為00010000B，即40H），由8155的PB口輸出欲顯示的字形碼，則在下一個數(shù)碼管顯示相應(yīng)字符。40H可以由對20H循環(huán)移位得到。共循環(huán)2次，則2個數(shù)碼管自左至右順序顯示一次，調(diào)整好中間的間隔時間（用延時程序?qū)崿F(xiàn)），利用人的視覺暫留，得到同時顯示的效果。由于字形碼無規(guī)律可尋，編程不方便，因此，將字形碼按0、1、，9，A，F(xiàn)的順序排列，其它字符如H、_、空字符（熄滅）排在其后，構(gòu)成字形表。在LE

18、D5LED0存放欲顯示字符在表中的序號，通過查表程序得到相應(yīng)的字形碼，由PB口輸出。如顯示“0”時，在LED5中不是字形碼為“0C0H”，而是“00H”，因為字形碼“0C0H”在字形表中的序號是“0”，16進制表示為“00H”。由此，可繪制程序框圖如右圖所示。顯示子程序名：DISP功能：將3DH3EH中的內(nèi)容在數(shù)碼管上顯示出來。入口條件：3DH、3EH出口條件：無DISP: SETB RS0 ；置工作寄存器1區(qū) MOV R1,#3EH ；指向3EH MOV R4,#02H ；掃描碼00000010B從最左邊開始 MOV DPTR,#DTAB；字形碼表首地址送DPTR MOV A,R1 MOVC

19、 A,A+DPTR ；查表得字形碼 MOV DPTR,#0FF22H MOVX DPTR,A ；PB口送字形碼 MOV DPTR,#0FF21H MOV A,R4 MOVX DPTR,A ；PA口送掃描碼 MOV R5,#30HDISP1： NOPDJNZ R5,DISP2 ；延時 DEC R1 ；指下一顯示存儲單元 MOV A,R4 ；掃描碼循環(huán)右移 RR A MOV R4,A CLR RS0 ；返回工作寄存器0區(qū) RET ；返回DTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H ；字形碼表 DB 99H,92H,82H,0F8H,80H,90H DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H DB 8EH,0FFH,0C7H,89H DB 0FFH,0C0H,0C7H,0C7H,86H,89H注意要根據(jù)實際情況調(diào)整兩個LED顯示之間的時間間隔。3.8中斷服務(wù)程序這