单片机课程设计交通灯设计说明书.doc

单片机原理及应用设计说明书姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 完成日期： 第一章 绪论31.1设计的意义31.2设计的思想31.3设计满足的基本功能4第二章 系统方案及硬件设计42.1 系统方案的确定42.2 显示部分电路设计52.3 时钟部分电路设计62.4复位部分电路设计6参考文献7交通灯设计说明书第一章 绪论1.1设计的意义交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关，随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多场合的应用，加之单片机具有集成度高。功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉，其易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠的工作等特点。特别是它强大的面向控制能力，使它在工业控制领域，智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面的到了广泛的应用。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS-51系列的单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。正常情况下，十字路口的红绿灯应交替变换，考虑紧急情况下，如有救护车或警车到了时，应优先让其通过。另外，单片机课程设计是电气自动化本科学生的必须课程。通过交通灯模拟系统的设计可以进一步认识单片机在控制系统中的重要性。在完成理论学习和必要的试验后，学生掌握了单片机的基本原理和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。交通灯模拟系统的课程设计既让学生巩固了课本学到的理论，还让学生学习了单片机硬件电路设计和用户程序设计的整个过程，同时学习了查阅资料、参考资料的方法。单片机的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个体创新能力。1.2设计的思想该设计在熟练掌握单片机及其仿真系统的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术等课程方面的知识，设计一个采用AT89C52单片机控制的交通灯控制电路。根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图所示。调试电路振荡电路上电复位电路S 数据电路 段码 片选89C52交通灯LED数码管 根据系统的原理框图，分别分析各部分电路的元器件的功能以及选择合适的元件。具有设计思路如下：收集并整理资料，硬件设计，Proteus仿真，设计体会的与总结。1.3设计满足的基本功能1) 南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒，支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。2) 在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；3) 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；4) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都有显示器进行显示（采用计时的方法）。第二章 系统方案及硬件设计2.1 系统方案的确定 交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用，但根据实际行车过程中出现的情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况，我们尝试用单片机来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，使交通灯在控制中灵活而有效。 硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控制对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。该交通灯拟系统的硬件部分主要由键盘、显示和运算部分组成。按照题目的设计要求，本课题需要使用LED数码管显示和扩展键盘。在该交通灯系统的设计中采用AT89C52单片机。2.2 显示部分电路设计 LED显示器有两种工作方式：静态显示方式和动态显示方式。 静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字型码。送入一次字型码显示自行一直保持，直到送人新字型码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于检测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。各数码管的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制专用的。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配置一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字型码和相应的位选，利用发光管的余晖和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。各数码管在显示过程 中轮流得到显示信号，与各数码管接口的I/O口是公用的。该设计采用如下所示的数码管，分别显示南北和东西灯的剩余时间。片选部分和数码管显示部分，分别接单片机管脚的P2口和P0口，具体的共阴数码管下见图。其中，A到G为码段控制端口，1，2为片选端口。时钟部分电路图 2.3 时钟部分电路设计 时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号。其内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作。在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定操作。 本设计采用12MHz晶振和两个33Pf瓷片电容，他们构成一个稳定的自激振荡器。该电容的大小影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为单片机提供标准时钟。其中两个瓷片电容起微调作用。如图所示：时钟电路图2.4复位部分电路设计 复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平有复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 该设计采用加电直接复位，复位电容采用10uF，电阻10000欧，为了节省元件，没有采用上电加按键模式。加电瞬间，RES管脚为高电平。通常电阻回路放。复位电路图参考文献1蔡美琴等-2版.MCS-51 系列单片机系统及应用.北京：高等教育出版社，2004.1-42张毅刚，刘杰. MCS-51 系列单片机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.256-2703蔡美琴，张为民等. MCS-51 系列单片机系统及应用.北京：高等教育出版社，1992.68-964蒋艳彪等.单片机原理及应用（MCS-51）.重庆：重庆大学出版社，2003.56-895余发山，王福忠.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2003.98-120