交通燈課程設計報告

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單片機內(nèi)部結(jié)構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)構及介紹6</p><p>　　2.3.2 性能特點6</p><p>　　2.3.3 使用注意事項6</p>

3、<p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設計7</p><p><b>　　3.1設計要求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)實現(xiàn)的功能8</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計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 實驗結(jié)果分析11</p><p>　　第五章 實驗小結(jié)13</p><p><b>　　參考文獻14</b></p><

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

6、合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(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、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。同時帶動傳

7、統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構軟硬件結(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。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本次課程設采用MSC-51系列單片機AT89S51和芯片74LS164為中心器件來

8、設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)定時控制AT89S51芯片的P0口設置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時的時間由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單片機內(nèi)部結(jié)構</p><p>　　AT89S51是MCS-5

9、1系列單片機的典型產(chǎn)品，包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(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)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)

10、據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　·數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>　　AT89S51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，

11、運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　圖2.1 AT89S51內(nèi)部結(jié)構框圖</p><p>　　·程序存儲器(ROM)：</p><p>　　AT89S51共有4096個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/計數(shù)器(ROM)：</p><p

12、>　　AT89S51有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(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)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(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，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，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>　　·時鐘電路：</b></p><p>　　AT89S51內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。</p><p>　　單片機的結(jié)構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構，另一種是采用通用計算機

15、廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構。</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:復位輸入。當振蕩器工作

16、時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。</p><p>　　·ALE/:當訪問外部存儲器時，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)。當在Flash編程時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，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。</p>

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

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，復位時EA端會自動內(nèi)部鎖存。 </p><p>　　當執(zhí)行內(nèi)部編程指令時，應該接到VCC端。 </p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時鐘電路的輸入端。</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，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A、B 任意一個為低電平，則禁</p><p>　　止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當A、B</p&

21、gt;<p>　　有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(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)構及介紹</p><p>　　LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(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段有的另加一個小數(shù)點，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，因為不同類型的數(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，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。</p><p>　　2.3.2 性

26、能特點 </p><p>　　LED數(shù)碼管的主要特點如下：</p><p>　　(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。</p><p>　　(2)發(fā)光響應時間極短(<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10萬小時以上，甚至可達100萬小時。成本低。</p><p>　　2.3.3 使用注意事項 </p><p>　　檢查時若發(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)構形式(共陰或共陽)；②識別管腳；③檢查

28、全亮筆段。預先可假定某個電極為公共極，然后根據(jù)筆段發(fā)光或不發(fā)光加以驗證。當筆段電極接反或公共極判斷錯誤時，該筆段就不能發(fā)光。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設計</p><p><b>　　3.1設計要求</b></p><p>　　根據(jù)給出的要求設計交通燈，東西、南北兩干道交于一個十字路口，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，且黃燈亮的時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。</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、14腳基座1個、雙色LED燈4個、470歐姆電阻8個、10UF電容1個、20PF電容2個、12MHZ石英晶振1個、八段數(shù)碼管1個、74LS164一個。&l

30、t;/p><p><b>　　3.2電路原理圖</b></p><p>　　根據(jù)課程設計的要求下圖3.1為交通燈的電路原理圖單片機的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)實現(xiàn)的功能</p><p>　　利用AT89S51單片機

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上顯示時間。</p><p>　　此處雙色LED燈有

32、3只引腳，工作時中間引腳接電源，另外兩只引腳單獨接低電平，一種亮紅燈，一種亮綠燈（最短引腳），兩只引腳同時接低電平時，亮黃燈。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計</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間相對應。畫出流程圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 交通燈設計流程圖</p><p><b>　　4.2 程序編寫</b></p><p>　　4.3 實驗結(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?，編譯沒有錯誤后，在線運行，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)實驗驗證是不行的，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，當南北向綠燈時，數(shù)碼管從8進行倒計時。當綠燈閃爍時數(shù)碼管為0，不動，直到東西向綠燈南北方向為紅燈時數(shù)碼管又

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

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