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1、word 摘要： 單片機自問世以來,因其小巧靈活、成本低、控制能力強、易于產(chǎn)品化等優(yōu)勢,在社會各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)89C51單片機的特點及交通燈在實際控制中的特點，本文提出一種利用單片機自動控制交通燈及時間倒計時顯示的方法，將整個系統(tǒng)縮小在一塊小小的單片機上，大大提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和輕便性。設(shè)計過程包括硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計兩大步驟。硬件電路其結(jié)構(gòu)比較簡單，主要包括核心器件單片機、12只二極管組成的模擬交通燈、復(fù)位電路、振蕩電路、顯示數(shù)碼管模塊。單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件， Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛

2、宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。本文就用Keil編程，相比硬件設(shè)計程序設(shè)計較為復(fù)雜，必需同時考慮燈控制、時間顯示、緊急開關(guān)等問題，并且具有一定的C語言基礎(chǔ)和一定的思維能力及邏輯能力。利用單片機的定時器產(chǎn)生秒信號，控制十字路口的紅、綠、黃燈交替點亮和熄滅，并且用4只LED數(shù)碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。系統(tǒng)的工作應(yīng)符合一般交通燈控制的要求。 關(guān)鍵字：單片機，KEIL，交通燈

3、 目錄 一．整體設(shè)計思路：5 二．模塊設(shè)計---單片機的控制模塊與制作6 （一）設(shè)計要求6 1基本要求6 2電路方案：6 3電路設(shè)計方案8 4最終原理圖9 5元件清單10 三．電子系統(tǒng)聯(lián)調(diào)步驟和方法11 （一）單片機調(diào)試11 1）測試地址線，片選線和數(shù)據(jù)線11 1 程序清單11 2 調(diào)試結(jié)果12 （二）通過單片機測試其他模塊13 1）D/A13 1程序清單13 2 調(diào)試結(jié)果14 2）A/D14 1程序清單14 2調(diào)試結(jié)果15 3）數(shù)碼管顯示15 1程序清單15 2調(diào)試結(jié)果16 四．電子系統(tǒng)

4、故障檢測與排除17 （一）單片機模塊17 （二）各模塊故障檢測和排除20 五．實驗設(shè)備22 （一）實驗設(shè)備22 （二）硬件驗收數(shù)模板（示波器圖）22 六．實驗匯總23 （一）實驗總結(jié)23 （二）實驗體會23 （三）實驗建議24 一．整體設(shè)計思路： （一） 設(shè)計要求 1基本要求： 南 北 東 西 利用單片機完成交通信號燈控制器的設(shè)計，該交通信號燈控制器由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。

5、用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈。如圖上圖所示。設(shè)東西向為主干道，南北為支干道。 列出交通信號燈的狀態(tài)表如下：（其中，1代表燈亮，0代表燈滅） 狀態(tài) 北 西 南 東 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 1 001 100 001 100 2 001 010 001 010 3 100 001 100 001 4 010 001 010 001 2指標 要求： （1）處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。 （2）干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每

6、次放行60秒，支干道每次放行40秒，設(shè)立60秒、40秒計時、顯示電路。 （3）綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡。黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。（4）支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0～99秒任意設(shè)置。 （二）設(shè)計方案 方案一 ： 利用89C51單片機P0口驅(qū)動12個紅綠黃燈（東西和南北總需要六個I/O口），P1口驅(qū)動數(shù)碼管的段碼，P3口用于進行數(shù)碼管的位選 。 方案二 ： 利用89C51單片機P0口驅(qū)動12個紅綠黃燈（東西和南北總需要六個I/O口），P1口作為數(shù)據(jù)練到8255的D0-D7，通過P2^7口進行8255的片選CS，8255的PB口驅(qū)動數(shù)碼管的

7、段碼，PA口用于進行數(shù)碼管的位選 （鍵盤的列控制），PC口用于鍵盤的行控制。 方案三 ： 利用89C51單片機P0口驅(qū)動8個紅綠黃燈，P1口作為數(shù)據(jù)練到8255的D0-D7，通過P2^7口進行8255的片選CS，8255的PB口驅(qū)動數(shù)碼管的段碼，PA口用于進行數(shù)碼管的位選 （鍵盤的列控制），PC口用于鍵盤的行控制。PA的高四位作為最后4個紅綠黃燈。 二．模塊設(shè)計 （一）設(shè)計要求 1基本要求： 1）、根據(jù)實驗容，設(shè)計硬件電路原理圖，并給出詳細接線圖（包括8051芯片、晶振電路、復(fù)位電路，電源、0809、0832、8255、LED等）。

8、 2）、畫出程序流程圖 3）、給出源程序清單（匯編語言或C語言源程序） 4）、調(diào)試，調(diào)試結(jié)束后要請老師進行檢查。 5）、利用PROTEL軟件繪制出上述電路原理圖（即.SCH文件） 6）、利用PROTEL軟件設(shè)計出印刷電路板圖（即.PCB文件）。 7）、制作出印刷電路板（即PCB板）。（選作） （1）若做出了印刷電路板，調(diào)試自己的板子。 （2）若未做出了印刷電路板，可利用接口實驗箱或機器人組件進行調(diào)試。 8）、實驗課后，要認真寫好實驗報告。 2電路方案： 1,確定單片機型號 寄存2 B寄存器 Acc 寄存1 ALU PSW SP RAM EPROM/ROM

9、 RAM地址寄存器 定時 及控制 振蕩器 P1鎖存器 P1驅(qū)動器 P3鎖存器 P3驅(qū)動器 P0驅(qū)動器 P2驅(qū)動器 P0鎖存器 P2鎖存器 地址 寄存器 緩沖器 PC增1 PC DPTR 計數(shù)/定時1 串行通信 中斷管理 計數(shù)/定時2 PSEN ALE EA RESET X1 X2 電源 Vcc GND 3. MCS-51系列單片機的內(nèi)部資源 2晶振電路 3 復(fù)位電路 4 單片機與8255連接以及數(shù)碼管，LED燈的電路 發(fā)光二極管電路：根據(jù)發(fā)光二極管的特性，將二極管的正極與電源相接

10、（+5V），其中與一個500歐姆的電阻串聯(lián)。而發(fā)光二極管的負極與單片機的P1的八個端口相接，這樣只要P1口的某個端口出現(xiàn)低電平，即二極管導(dǎo)通發(fā)光。 復(fù)位電路：本電路采用的是按鍵電平復(fù)位，按復(fù)位鍵后復(fù)位端通過電阻與VCC電源接通，此時復(fù)位端由低電平變?yōu)榱烁唠娖?，從而達到復(fù)位的效果。復(fù)位電路關(guān)系到一個系統(tǒng)能否可靠地工作，一般由電阻、電容和門電路組成。 晶振電路：80C51系列單片機部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時鐘，外部需附加電路，引腳XTAL1是為反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入端，XATL2為反相放大器的輸入端。本電路是由一個12M晶振和兩個22pF的無極性電容組成。

11、數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路：由于數(shù)碼管是四位一體的，所以必須采用動態(tài)掃描方式，其基本原理是利用人眼的“視覺暫留”效應(yīng)。接口電路把所有顯示器的8個筆端a—b分別并聯(lián)在一起，本電路時接8255的PB口。每一個顯示器的公共端各自獨立地受I/O線控制，本電路采用的PB.0、PB.1、PB.2、PB.3。CPU向8255送入數(shù)據(jù)，8255PB輸出口送出字型碼時，所有的顯示器都能接收到，再利用循環(huán)掃描的方式分時選通個顯示器的公共極，是各個顯示器輪流導(dǎo)通。當掃描的速度達到一定程度時，人眼就分辨不出來了，認為各個顯示器同時發(fā)光了。 3最終原理 4系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 運行顯示子程

12、序加中斷程序 調(diào)用緊急 狀態(tài)子程序 判斷當前狀態(tài) 初始化 開始 程序流程圖 三．程序設(shè)計(中斷程序) （1）初始化 定時器／計數(shù)器的初始化編程包括以下幾個部分。 根據(jù)要求給定時器／計數(shù)器方式寄存器（TMOD）送一個方式控制字，以設(shè)定定時器／計數(shù)器的工作方式。 根據(jù)需要給TH和TL寄存器送初值，以確定需要的定時時間或計數(shù)的初值。 根據(jù)需要給中斷允許寄存器（IE）送中斷控制字，以開放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級。 給TCON寄存器送命

13、令字以啟動或禁止定時／計數(shù)器的運行。 （2）定時器／計數(shù)器初值的計算。 計數(shù)器初值： 設(shè)計算器的模值位M，所需的計數(shù)值為C，計數(shù)初值設(shè)定為TC，則TC=M-C (M等于2的13次方，16次方，8次方)。 定時器初值： 設(shè)定時器的模值為M，需要的定時時間為T，定時器的初值設(shè)定為TC，則TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。 為了使定時器時間準確，避免因為定時器重裝而引起的累計誤差，應(yīng)將定時器設(shè)置為初值自動裝置的16位定時器/計數(shù)器，即定時器工作在工作方式2.在12MHz晶振條件下，16位定時器的最長定時時間是56ms，為了方便計算取定時時間為50ms，所以，定時

14、1s需要定時器中斷20次。 四 ．實訓(xùn)匯總 （一）總結(jié) 在這一次實習(xí)中，很是受益。在上學(xué)期的基礎(chǔ)上，完成了單片機部分，為我們整體設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。這次我們在實踐中，不斷地學(xué)習(xí)，通過動手連接電路，熟悉單片機板，是我更加認識了解單片機；一步一步的調(diào)試，是我懂得如何編寫一個簡單的程序。又在一次次的小實驗中，把所學(xué)到的知識都運用到實際中。分析電路的原理，掌握電路之間的關(guān)系。讓我更加認識到，知識的重要性。而最后實習(xí)報告的整理，讓我重新溫習(xí)了一下，實習(xí)的整個過程，盡管很快，但是每個細節(jié)都記憶深刻。使我也更加深刻的理解了整個系統(tǒng)的電路設(shè)計，和布局。 通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，盡管理論很簡單，但是真正

15、的完成成品還是需要一定的功力，其中需要很多細節(jié)的注重，理論知識還是考實驗驗證的，并且通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。我覺得學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的分析能力。 （二）體會 實習(xí)結(jié)束了，這次的實習(xí)給我感觸很多，也收獲了很多。 在上學(xué)期的基礎(chǔ)上，這次我們要完成單片機設(shè)計的最小系統(tǒng)實訓(xùn)。首先是對單片機的了解，聽上去和微機聯(lián)系緊密，很容易讓我進入了實習(xí)的狀態(tài)，開始熟悉單片機的電路，可能第一次自己真正的用單片機，之前都是和同學(xué)一切看程序

16、，并不是自己真正的分配管腳。這次機會，讓我也從每一步開始體會單片機。開始時遇到些問題，但通過老師講解，我理解了點，設(shè)計好了電路。調(diào)試單片機時，覺得很容易，因為主要是老師給我們一些例程，理解了，硬件電路連接好了就可以正確的現(xiàn)實，就不會有錯誤讓我去排除和發(fā)現(xiàn)。然后開始設(shè)計整個系統(tǒng)，為了能夠多學(xué)點東西，我選擇第二個題目，計劃先完成第二個題目，然后再把第三個題目做了，因為這兩個題目就差一個鍵盤的輸入，于是定下題目開始設(shè)計。開始還是挺順利的，由于硬件電路用的很熟練，所以硬件電路很快就完成了也通過老師的認可，接著就是編寫程序，先畫了程序設(shè)計圖，慢慢一步一步的調(diào)試，第一次設(shè)計沒有想太多，把一個大程序都寫好了

17、，開始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)沒有顯示，找了一下硬件沒有問題，編譯也沒有問題，斷定是邏輯錯誤，才想到要一步一步的調(diào)試，于是開始一點點的調(diào)試，先完成顯示程序，接著中斷程序，最后把大程序放一起，調(diào)試中出現(xiàn)了很多小的問題，通過老師和同學(xué)自己的一些努力終于把這個小系統(tǒng)搞定。覺得這次實習(xí)可能收獲不了太多，由于每個人的電路不一樣，所有部分程序需要自己寫，還真的收獲頗多。我自認為自己是個不容易滿足的人，想在實習(xí)中真正的學(xué)到東西，但是沒有老師的幫忙實在是太困難了。轉(zhuǎn)眼實習(xí)就真的結(jié)束了。我也只學(xué)會了皮毛，沒有嘗試完全的編寫一個更加完整的大程序，鍵盤理想中很簡單的但是沒有弄好，我覺得心里有些遺憾。但是時間有限，希望以后有機會自

18、己多多學(xué)習(xí)。 實驗中還體會到畫圖的樂趣，之前上電子設(shè)計學(xué)習(xí)過畫圖軟件，所以用起來還算得心應(yīng)手，很快完成了那個圖，很有成就感，但是我還是會更加努力的學(xué)習(xí)畫圖軟件，學(xué)習(xí)它更多的功能，盡量熟練掌握這個畫圖技能。 而這次實習(xí)雖然結(jié)束了，但是我們的學(xué)習(xí)任然要繼續(xù)。我會繼續(xù)努力完善自己，總結(jié)經(jīng)驗，絕不辜負老師和家人的期待 （三）實驗建議 可以獨立完成設(shè)計題目，組與組之間的互相競爭增進學(xué)習(xí)興趣，同學(xué)之間互相學(xué)習(xí)，互相幫助，更加增進友誼和獨立完成項目的整體思路和意識。 參考文獻 【1】單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計 馬忠梅 籍順心 航空航天大學(xué)2007 【2】51單片機應(yīng)用開發(fā)案例

19、精選 王為青 邱文勛 人民郵電 2007 【3】51系列單片機設(shè)計實例 樓然苗 廣飛 航空航天大學(xué) 2003 【4】單片機原理與接口技術(shù) 胡漢才 清華大學(xué) 2006 【5】單片機原理與應(yīng)用 丁元杰 機械工業(yè) 2007 致 2012年 04月 05 日 附件一程序清單 #include "Absacc.h" #include "reg51.h" #defineuint unsigned int

20、 #defineuchar unsigned char #define C8255_A XBYTE[0x7F00] #define C8255_B XBYTE[0x7F01] #define C8255_C XBYTE[0x7F02] #define C8255_CON XBYTE[0x7F03] uint shu; uchar xianshi,xianshi2; uchar aa,bb,cc,dd; unsigned char table[] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0

21、x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71}; //延時 void Delay(unsigned int time) { unsigned int i; for(i=0; i

22、]; //北個位 Delay(2); C8255_A =0xf7; C8255_B=table[c]; //西十位 Delay(2); C8255_A =0xfb; C8255_B=table[d]; //西個位 Delay(2); } //秒脈沖 void int0_isr() interrupt 1//TR0中斷 { TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; shu++; if(shu%20==0) { xians

23、hi--; xianshi2--; } if(shu==1100) { P1=0x22;//南北黃亮，東西依然紅燈 xianshi2=5; } if(shu==1200) { P1=0x0C;//南北亮紅燈，東西綠燈 xianshi=60; xianshi2=55; } if(shu==2300) { P1=0x14;//東西亮黃燈，南北紅燈 xianshi=5; } if(shu==2400)//再過3s返回 { shu=0; xianshi=60; xianshi2=55; P1=0x21;//點亮南北綠燈，東西紅燈

24、 } } void main() { C8255_CON=0x81;//8255初始化 shu=0; xianshi=60; xianshi2=55; C8255_A=0x00; P1=0; TMOD=0x11; //用定時器0方式1 TL0=15536/256; TH0=15536%256; EA=1; //打開中斷 ET0=1;//打開定時器0中? /*EX0=1;//外部中斷0 TR0=1;//啟動定時器0 P1=0xff; P1=0x21;//點亮南北綠燈，東西紅燈 while(1) { aa=xianshi/10; bb=xianshi%10; cc=xianshi2/10; dd=xianshi2%10; display(aa,bb,cc,dd); } } 14 / 14