单片机交通灯实训报告.pdf

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1、机电工程学院课程设计报告机电工程学院课程设计报告课程名称：单片机课程设计专业班级：13 电本 2 班学号：2013041632学生姓名：罗 炜指导教师：王清辉、何文丰完成时间：报告成绩：评阅意见：评阅教师日期交通灯设计一、设计任务与要求设计基本要求：（1）车辆通行繁忙的十字交叉路口，设计一交通灯控制器，设东西方向通行时间为30 秒，当剩余 3 秒时黄灯亮，南北方向通行时间为 20 秒，当剩余 3 秒时黄灯亮。（2）东西、南北方向各用三个（绿、黄、红）LED 表示，并用数码管显示东西、南北方向的剩余时间。（3）可利用按键修改时间参数，可以利用按键切换东西南北交通灯的当前状态（即立刻东西由红变绿，

2、南北有绿变红，并按设定的时间工作）。二、方案设计与论证交通灯的工作方式及状态设计：东西状态红黄绿1、东西绿灯南北红灯1102、东西黄灯南北红灯1013、东西红灯南北绿灯4、东西红灯南北黄灯011011南北红黄绿011011110101通行时间注27 秒（时间可设）交通灯从状态 1 至3 秒（黄灯闪烁）4 不断循环，通过17 秒（时间可设）外设按钮实现状3 秒（黄灯闪烁）态 1 和 3 的切换表 2-1：交通灯的工作状态表根据表 2-1 所示可将交通灯的工作状态设为以下几个步骤：1、初始状态时即为东西方向绿灯通行 27 秒+3 秒黄灯，此时南北红灯亮。2、随后是南北方向绿灯通行 17 秒+3 秒

3、黄灯，此时东西红灯亮。3、通过按模式选择键一次来切换东西南北交通灯的当前状态。（通过设置定时计时器 T1 实现交通灯的计时）4、通过按模式选择键第二次切换至南北方向红绿灯的计时设置，通过加减按键来确定南北方向红绿灯的计时数。5、确定南北方向计数值后，通过按模式选择键第三次切换至东西方向红绿灯的计时设置，通过加减按键来确定东西方向红绿灯的计时数。6、确定交通灯计时数后再按下模式选择键后，交通灯便进入工作状态。时间计时的实现：采用定时中断实现秒的精确计时（详细方案入下列程序设计所示）。按键输入的实现：通过编写按键读取函数，来实现交通灯的状态以及时间值得设定（详细方案入下列程序设计所示）。图 2-1

4、 程序设计流程框图三、硬件电路设计1、倒计时显示该系统要求完成倒计时的功能。因只需显示数字，基于上述原因，我完全采用数码管显示，四个路口分别采用一个二位共阴极数码管即可。2、状态灯显示该系统要求完成状态灯显示的功能。采用红绿黄三种 LED 灯一个路口只需三个个状态灯，绿灯通行，红灯停止，黄灯闪烁。3、输入方案该系统要求能手动改变东西与南北的通行时间、红绿灯状态紧急交换处理。运用单片机中四个 IO 口设置三个按键，三个按键的功能分别为：增加、减少、状态切换和暂停。4、复位电路与晶振电路复位电路：复位方式有多种，本设计采用按键复位。接线图如图 3-1 所示，当按下复位按键时，RST 端产生高电平，

5、使单片机复位。复位后，其片内各寄存器状态改变，片内 RAM 内容不变。晶振电路(如图 3-2 所示)：结合单片机内部产生单片机所需的时钟频率。图 3-1 程序仿真接线图图 3-2 程序仿真接线图5、AT89S51的简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，AT89S

6、51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。图 3-3 程序仿真接线图四、软件设计根据设计要求得完整的交通灯程序源代码包含有：1.定时 2.数码管显示 3.LED 状态切换.4 按键读取。#include reg51.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code num=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/数码管显示数组uchar T0_Count=0,East_time=0,North_time=0;/定时变量，东西倒计时变量

7、，南北倒计时变量sbit DXD_Red=P30;sbit DXD_Yellow=P31;sbit DXD_Green=P32;sbit NBD_Red=P33;sbit NBD_Yellow=P34;/东西方向红灯/东西方向黄灯/东西方向绿灯/南北方向红灯/南北方向黄灯sbit NBD_Green=P36;sbit DXKZ_GE=P24;sbit DXKZ_SHI=P25;sbit NBKZ_GE=P26;sbit NBKZ_SHI=P27;/南北方向绿灯/东西方向个位数码管公共端/东西方向十位数码管公共端/南北方向个位数码管公共端/南北方向十位数码管公共端sbit Key_Add=P11

8、;sbit Key_Dec=P12;sbit Key_OK=P13;sbit LE=P10;void delayms(uint i)uint x,y;for(x=i;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void t0_init()TMOD=0X01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;EA=1;TR0=1;void state1()DXD_Red=1;DXD_Yellow=1;DXD_Green=0;NBD_Red=0;/增加按键/减少按键/确定按键，兼具状态切换/毫秒级延时/16 位定时器 0/定时 50ms/开启中断

9、 1/开启总中断/开启定时器 0/东西绿灯亮，南北红灯亮NBD_Yellow=1;NBD_Green=1;void state2()DXD_Red=1;void state3()void state4()NBD_Red=1;DXD_Red=0;/东西黄灯闪烁DXD_Yellow=0;DXD_Green=1;/东西红灯亮，南北绿灯亮DXD_Yellow=1;DXD_Green=1;NBD_Red=1;NBD_Yellow=1;NBD_Green=0;/南北黄灯闪烁NBD_Yellow=0;NBD_Green=1;void Display(uchar num1,num2)/功能：数码管扫描显示函数

10、/参数：num1,东西方向数码管显示值;num2,南北方向数码管显示值P0=numnum1%10;/LE=1;LE=0;/写入个位数DXKZ_GE=0;delayms(10);/开启一个数码管公共端，显示一段时间DXKZ_GE=1;/关闭公共端P0=numnum1/10;/LE=1;LE=0;DXKZ_SHI=0;delayms(10);DXKZ_SHI=1;/写入十位数P0=numnum2%10;/LE=1;LE=0;NBKZ_GE=0;delayms(10);NBKZ_GE=1;/写入个位数P0=numnum2/10;/LE=1;LE=0;NBKZ_SHI=0;delayms(10);NB

11、KZ_SHI=1;/写入十位数uchar key_read()/功能：按键读取 参数：back，1，按下增加按键；2，减少按键；3 确定键uchar back=0;if(P1!=0 xff)return back;delayms(10);if(Key_Add=0)back=1;/按键延时消抖else if(Key_Dec=0)back=2;else if(Key_OK=0)back=3;while(P1!=0 xff);void Clear_Display()void main()/关闭所有数码管显示P0=0 x00;/LE=1;LE=0;DXKZ_GE=1;DXKZ_SHI=1;NBKZ_G

12、E=1;NBKZ_SHI=1;uchar Tab=1,key,East_TimeNum=30,North_TimeNum=20;t0_init();Clear_Display();/开机初始化关闭所有数码管/设置东西方向倒计时while(key!=3)key=0;/设置南北方向倒计时while(key!=3)key=key_read();if(key=1)/按键读取函数/按下增加按键/按下确定键，退出 whilekey=key_read();if(key=1)/按键读取函数/按下减少按键/按下增加按键/按下确定键，退出 whileEast_TimeNum+;else if(key=2)if(E

13、ast_TimeNum3)East_TimeNum-;/数码管同步显示东西方向设定的值Display(East_TimeNum,0);North_TimeNum+;/按下减少按键else if(key=2)if(North_TimeNum3)North_TimeNum-;/数码管同步显示南北方向设定的值Display(0,North_TimeNum);key=0;while(1)switch(Tab)case 1:East_time=East_TimeNum;/红绿灯状态 1/填充东西倒计时值，大小为已设置好的East_TimeNumTab=2;state1();/切换至下一红绿灯状态whil

14、e(East_time!=3)&(key!=3)if(key=3)break;key=0;East_time=0;Tab=3;/倒计时至 3 秒或按下切换按键，退出 whileDisplay(East_time,North_time);/数码管显示key=key_read();/按键读取/东西倒计时立刻清零/按下切换按键，直接跳到状态3case 2:/红绿灯状态 2state2();Tab=3;/切换至下一红绿灯状态while(East_time!=0)&(key!=3)/倒计时至 0 秒或按下切换按键，退出whileDisplay(East_time,North_time);key=key_

15、read();DXD_Yellow=DXD_Yellow;if(key=3)key=0;Tab=3;East_time=0;break;case 3:North_time=North_TimeNum;Tab=4;state3();while(North_time!=3)&(key!=3)Display(East_time,North_time);key=key_read();if(key=3)key=0;Tab=1;North_time=0;break;/按下切换按键，直接跳到状态3/东西倒计时立刻清零/红绿灯状态 3/切换至下一红绿灯状态case 4:state4();Tab=1;/切换至下

16、一红绿灯状态/红绿灯状态 4while(North_time!=0)&(key!=3)if(key=3)key=0;Tab=1;North_time=0;Display(East_time,North_time);key=key_read();NBD_Yellow=NBD_Yellow;break;void Timer_0()interrupt 1T0_Count+;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;if(T0_Count=20)/每 50ms 进入一次中断函数/定时 20*50ms=1ST0_Count=0;if(East_time=0)

17、elseEast_time=0;/清零重新计时East_time-;/东西方向按秒间隔倒计时if(North_time=0)elseNorth_time-;/南北方向按秒间隔倒计时North_time=0;五、仿真过程与仿真结果运用 ISIS 7 Professional 仿真软件进行程序仿真，按程序要求设置好程序仿真图（图 3-1 所示），把 Keil uVision4 生成交通灯程序的.hex文件捎入仿真图中，运行结果如下：图 5-1 东西方向通行时间设置通加减按键来控制东西方向通行时间，时间设置好后按下确定键切换至下一个状态。图 5-2 南北方向通行时间设置通加减按键来控制南北方向通行时

18、间，时间设置好后按下确定键切换至下一个状态。图 5-3 红绿灯正常工作状态交通灯进入正常工作状态，按下确定键紧急切换红绿灯状态图 5-4 红绿灯紧急切换六、安装与调试将所设计的程序写入 keil4 的工程中，编写好程序且检测无误后，点击编译（project/rebuild all target files）生成.Hex 文件。通过 PZ-ISP软件（图6-1 所示）将.hex 文件下载到 AT89C51单片机。检测与调试交通灯运行状况。由于电路板焊接问题，硬件功能无法实现，切换到开发板上进行功能测试。图 6-1PZ-ISP 程序下载软件操作 1：将 hex 文件捎入单片机后，交通灯便进入东西方

19、向计时设定状态，通过按键的加减来改变东西通行时间（图6-2 所示），设定好时间后按确定键，进入操作 2。图 6-2 程序的初始状况以及东西通行时间的调试操作 2：交通灯进入南北方向计时设定状态后，通过按键的加减来改变南北通行时间（图6-3 所示），设定好时间后按确定键，进入操作 2。图 6-3 状态切换至南北通行时间的调试操作 3：交通灯各个方向计时设定好后进入工作状态，通过确定按键，来紧急切换红绿灯状态。再次按下确定键，便进入操作 1 状态。图 6-4 交通灯的工作状态以及红绿灯状态的紧急切换经安装与调试后得，所设计的程序符合交通灯的设计要求。硬件实物图七、结论与心得结论：虽然所设计的交通灯

20、符合本次实训的所有有要求，但还是有很多不足之处，要把我所设计的交通灯与实际中的交通灯相比还是有很多缺陷的，比如缺少各个方向左拐通行的指示功能，缺少人行横道的交通指示功能。针对上述不足之处，在今后的学习中会不断的加以完善。心得：通过本次实训使我明白了，单片机实训跟单片机实验完全不同，自身的不足之处在这次实训中都一一暴露出来了，对于单片机的了解还是不够的，完全只停留在表面，对于单片机深层次的知识掌握的不够，无法很灵活的使用单片机的各个语句，这些不足之处在实训的操作下和老师的考察下都显露无疑。在今后的学习中我定会加强对单片机的理论与实际操作的学习，对于自身不足之处定会加以改正。八、参考文献1 阎石数字电子技术基础（第三版）,北京：高等教育出版社，1989。2 苏家健，曹柏荣，汪志锋.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出社，2004.3 单片机原理及应用张毅刚,高等教育出版社。4单片机实验教程彭冬明、韦友春,北京理工大学出版社。