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本次設(shè)計(jì)所提出的一種基于單片機(jī)技術(shù)的簡(jiǎn)易計(jì)算器的方案，能更好的解決計(jì)算機(jī)計(jì)算的問(wèn)題,隨著數(shù)字生活的到來(lái)，單片機(jī)在生活中越來(lái)越重要，它能將大量的邏輯功能集成與一個(gè)集成電路中，使用起來(lái)十分方便。
基本要求：
1、模擬信號(hào)燈電路設(shè)計(jì)圖；
2、模擬信號(hào)燈設(shè)計(jì)源程序；
3、keil運(yùn)行源程序；
4、proteus中仿真；
5、運(yùn)行結(jié)果分析。
主要參考資料：
[1] 譚浩強(qiáng).C.程序設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社，2002
[2] 王為青，程國(guó)剛.單片機(jī) Keil Cx51 應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，北京：人民郵電大學(xué)出版社，2007
[3] 馬忠梅等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京航空航天大學(xué)出版社,2003.
[4] 王晉凱.簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單學(xué)通51單片機(jī)開(kāi)發(fā) [M].清華大學(xué)出版社,2014.
[5] 劉守義等.單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2007.
完 成 期 限：12 月 11 日 - 12 月 26 日
指導(dǎo)教師簽名：
課程負(fù)責(zé)人簽名：
摘 要
道路交通信號(hào)燈是交通安全產(chǎn)品中的一個(gè)類(lèi)別，是為了加強(qiáng)道路交通管理， 減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，使用單片可編程來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。利用單片機(jī)的外圍擴(kuò)展，顯示電路構(gòu)成基本硬件。然后編程實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)、控制、顯示電路的控制，然后調(diào)試，完成設(shè)計(jì)。
本此設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89C51作為核心元件，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信號(hào)燈對(duì)路面狀況的智能控制。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。
交通燈控制器設(shè)計(jì)主要功能是用單片機(jī)控制LED燈模擬指示。模擬東西南北方向的十字路口交通燈信號(hào)控制情況。本模擬系統(tǒng)由單片機(jī)硬/軟件系統(tǒng)，用keil和proteus軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)兩位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)，較好的模擬了交通路面的控制。
關(guān) 鍵 詞：AT89C51；單片機(jī)技術(shù)；交通信號(hào)燈；LED燈顯示
目錄
摘 要 1
目錄 2
1 概述 4
1.1 設(shè)計(jì)思路 4
1.2 單片機(jī)概述 4
1.3 設(shè)計(jì)目的 5
1.4 設(shè)計(jì)要求 5
2 整體設(shè)計(jì) 6
3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 6
3.1 AT89C52單片機(jī) 6
3.1.1晶振電路設(shè)計(jì) 7
3.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì) 7
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 10
4.1 系統(tǒng)電路圖 10
4.2 程序源代碼 10
5 系統(tǒng)仿真和調(diào)試 13
5.1 Keil uVision與Porteus仿真軟件 13
5.1.1 Keil uVision 13
5.1.2 Porteus 13
5.2 測(cè)試結(jié)果圖 14
5.3 測(cè)試結(jié)果分析 15
6 心得與體會(huì) 16
參考文獻(xiàn) 17
1 概述
1.1 設(shè)計(jì)思路
模擬交通燈控制器就是使用單片機(jī)來(lái)控制一些LED燈和數(shù)碼管，模擬真實(shí)交通燈的功能。當(dāng)南北主干道通車(chē)時(shí)綠燈亮，而東西次干道干道紅燈亮；當(dāng)55s通車(chē)時(shí)間到后，主干道綠燈熄滅，黃燈亮，黃燈亮5s后由主干道切換到次干道通車(chē)。此時(shí)主干道黃燈熄滅，紅燈亮，而次干道紅燈熄滅，綠燈亮，次干道開(kāi)始通車(chē)； 40s通車(chē)時(shí)間到后，次干道綠燈熄滅，黃燈亮，黃燈亮5s后由次干道切換到主干道通車(chē)。此時(shí)次干道黃燈熄滅，紅燈亮；而主干道紅燈熄滅，綠燈亮，如此不斷循環(huán)。紅、黃、綠交替閃亮，利用數(shù)碼管倒計(jì)數(shù)顯示間隔等，用于管理十字路口的車(chē)輛及行人交通。
1.2 單片機(jī)概述
當(dāng)今時(shí)代，是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代。在電子領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)化智能控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)正以前所未見(jiàn)的速度被單片機(jī)智能控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)，智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。過(guò)去習(xí)慣于傳統(tǒng)電子領(lǐng)域的工程師、技術(shù)員正面臨著全新的挑戰(zhàn)，如不能在較短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)單片機(jī)，勢(shì)必會(huì)被時(shí)代所遺棄，只有勇敢地面對(duì)現(xiàn)實(shí)，挑戰(zhàn)自我，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取在較短的時(shí)間內(nèi)將單片機(jī)技術(shù)融會(huì)貫通，才能跟上時(shí)代的步伐。
它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，它在一塊芯片內(nèi)集成了計(jì)算機(jī)的各種功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)際上單片機(jī)的發(fā)展迅速，其產(chǎn)品之多令人目不暇接，單片機(jī)應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。
1.3 設(shè)計(jì)目的
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，能夠更加深刻領(lǐng)會(huì)微型計(jì)算機(jī)從硬件組成到軟件編程的基本原理和知識(shí)，而且更要學(xué)會(huì)應(yīng)用，務(wù)必做到理論和實(shí)踐相結(jié)合，掌握硬件分析、軟件設(shè)計(jì)的基本思想和方法，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和工程實(shí)踐的能力。
1.4 設(shè)計(jì)要求
模擬交通燈控制器就是使用單片機(jī)來(lái)控制一些LED燈和數(shù)碼管，模擬真實(shí)交通燈的功能。當(dāng)南北主干道通車(chē)時(shí)綠燈亮，而東西次干道干道紅燈亮；當(dāng)55s通車(chē)時(shí)間到后，主干道綠燈熄滅，黃燈亮，黃燈亮5s后由主干道切換到次干道通車(chē)。此時(shí)主干道黃燈熄滅，紅燈亮，而次干道紅燈熄滅，綠燈亮，次干道開(kāi)始通車(chē)； 40s通車(chē)時(shí)間到后，次干道綠燈熄滅，黃燈亮，黃燈亮5s后由次干道切換到主干道通車(chē)。此時(shí)次干道黃燈熄滅，紅燈亮；而主干道紅燈熄滅，綠燈亮，如此不斷循環(huán)。紅、黃、綠交替閃亮，利用數(shù)碼管倒計(jì)數(shù)顯示間隔等，用于管理十字路口的車(chē)輛及行人交通。
2 整體設(shè)計(jì)
利用AT89C52單片機(jī)完成交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)，該交通信號(hào)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(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)燈，數(shù)碼管顯示剩余時(shí)間。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車(chē)輛有時(shí)間停在禁行線外。用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號(hào)燈，8個(gè)共陰極數(shù)碼管顯示剩余時(shí)間。
3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 AT89C52單片機(jī)
AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。
AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。
如下圖3-1所示：
圖3-1 AT89C52單片機(jī)
3.1.1晶振電路設(shè)計(jì)
時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-52單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)。其內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲(chǔ)器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定操作。
本設(shè)計(jì)采用12MHz晶振和兩個(gè)27Pf瓷片電容，他們構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。該電容的大小影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。其中兩個(gè)瓷片電容起微調(diào)作用。 如圖3-2所示：
圖3-2 晶振電路
3.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)
復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。
復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。
該設(shè)計(jì)采用加電直接復(fù)位，復(fù)位電容采用10uF，電阻10000歐。加電瞬間，RES管腳為高電平。通過(guò)電阻回路放電，使電壓逐漸降為零，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)位功能。
其連接圖如下圖3-3所示：
圖3-3 復(fù)位電路
3.2顯示部分電路設(shè)計(jì)
3.2.1數(shù)碼管選擇
此處采用的數(shù)碼管時(shí)共陰極數(shù)碼管，G、F、E、D、C、B、A七個(gè)端口是輸入端口，對(duì)其各位進(jìn)行賦值，置位則亮，復(fù)位則滅，用此來(lái)顯示出相應(yīng)的數(shù)字；1、2兩端口用來(lái)控制高位和低位的選通顯示，只要對(duì)端口置位，便可以選擇該端口，并對(duì)其所代表的位進(jìn)行賦值，顯示。數(shù)碼管如下圖3-4所示。
圖3-4 數(shù)碼管
3.2.2十字路口交通燈設(shè)計(jì)
一條主干道和一條次干道匯合成十字路口，南北方向道路為主干道，東西方向干道為次干道。每個(gè)路口都采用了三個(gè)LED燈來(lái)顯示，分別代表了紅黃綠三種燈，來(lái)模擬路口交通燈的變換。LED信號(hào)燈如下圖3-5所示。
圖3-5 LED信號(hào)燈設(shè)計(jì)
3.3總體流程圖
4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)電路圖
圖4.1 系統(tǒng)總電路圖
4.2 程序源代碼
#include <reg52.h>
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit diy=P2^0;
sbit die=P2^1;
u8 dat=0,shu=0;
bit biao=1;
u8 code weil[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
u8 a=30,b=30,c=5,d=5;
void delay(u16 i){ u16 j,l;
for(j=0;j<i;j++){
for(l=0;l<120;l++);
}
}
void smg(u8 dat){ u8 a,b;
a=dat%100/10;
b=dat%100%10/1;
diy=0;
die=1;
P1=~weil[a]; delay(10);
diy=1;
die=0;
P1=~weil[b];
delay(10); P1=0x00;
}
void init(){
TMOD&=0X0F;
TMOD|=0X01;
TH0 = 0x0DC;
TL0 = 0x00;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
SCON=0X50;
}
void shi(){ u8 j,l;
if(dat<30){
P0=0x1E;
smg(a);
}
if(dat>30&&dat<35){
P0=0xef;
delay(1);
P0=0xff;
delay(1);
smg(c);
}
if(dat>35&&dat<65){
P0=0xf3;
smg(b);
}
if(dat>65&&dat<70){
P0=0xfd;
delay(1);
P0=0xff;
delay(1);
smg(d);
}
if(dat==70){dat=0; a=30,b=30,c=5,d=5;}
}
void shu1(){
if(dat<30){
a--;
}
if(dat>35&&dat<65){
b--;
}
if(dat>30&&dat<35){
c--;
}
if(dat>65&&dat<70){
d--;
}
}
void main(){ u8 i;
init();
while(1){
if(TF0==1){ TF0=0;
TH0 = 0x0DC;
TL0 = 0x00;
i++;
if(i==45){
i=0;
dat=dat+1;
shu1();
}
shi();
}
}
5 系統(tǒng)仿真和調(diào)試
5.1 Keil uVision與Porteus仿真軟件
5.1.1 Keil uVision
Keil uVision3是美國(guó)Keil Software 公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開(kāi)發(fā)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用﹐而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)℃編譯器為8051微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了C語(yǔ)言環(huán)境,同時(shí)保留了匯編代碼高效﹐快速的特點(diǎn)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision2的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含:編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。
系統(tǒng)功能：
Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面，使您能在很短的時(shí)間內(nèi)就能學(xué)會(huì)使用keil c51來(lái)開(kāi)發(fā)您的單片機(jī)應(yīng)用程序。
另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。
5.1.2 Porteus
Proteus 軟件是英國(guó)Labcenter electronics 公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 、AVR、ARM、8086和MSP430“等，2010年即將增加Cortex 和 DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil 和MPLAB等多種編譯器。
其功能特點(diǎn)：
(1)原理布圖
(2)PCB自動(dòng)或人工布線( 3）SPICE電路仿真
(2)pcb自動(dòng)或人工布線(3)SPICE電路仿真
5.2 測(cè)試結(jié)果圖
（1）南北可行時(shí)，東西方向變?yōu)榧t燈
圖5.1 南北可行
（2）東西可行時(shí)，南北方向變?yōu)榧t燈
圖5.2 減法運(yùn)算圖
5.3 測(cè)試結(jié)果分析
經(jīng)過(guò)測(cè)試，本次設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的模擬交通信號(hào)燈的功能基本實(shí)現(xiàn)成功，但是，本次實(shí)驗(yàn)也有許多不足之處，還有很多地方需要改進(jìn)，比如說(shuō)，計(jì)算顯示數(shù)字位數(shù)有限，可以對(duì)代碼進(jìn)行更精簡(jiǎn)的修整，從而使功能更加的強(qiáng)大，并且，可以運(yùn)用于生活實(shí)際當(dāng)中。
6 心得與體會(huì)
設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。
這次的單片機(jī)設(shè)計(jì)是通過(guò)實(shí)踐操作和理論相結(jié)合，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，提高科學(xué)的思維能力。與此同時(shí)，我也對(duì)合理利用網(wǎng)上資源有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，只有通過(guò)合理的查閱資料，我才能夠在短短一周的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，相信這對(duì)以后在社會(huì)上工作和學(xué)習(xí)會(huì)有很多幫助，讓我們能更好的進(jìn)入工作狀態(tài)。最重要的是，這次設(shè)計(jì)也增加了我對(duì)問(wèn)題的研究和探討，們以后的學(xué)習(xí)中會(huì)有更多的幫助。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，若遇到實(shí)在搞不明白的問(wèn)題就會(huì)及時(shí)請(qǐng)教老師，或者與其他同學(xué)討論，共同解決，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我更加懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正將一個(gè)東西學(xué)好學(xué)透，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。我想這對(duì)于我今后的學(xué)習(xí)生活和工作都會(huì)是有很大幫助的！文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-495820.html
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