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单片机课程设计-交通灯控制系统设计.doc
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2023-08-29
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单片机课程设计-交通灯控制系统设计.doc
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摘要
这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统的设计。首先
设计出各个功能模块,再搭建出完整的硬件系统,选好合适的单片机型号并依照
硬件连接图设计出相应的软件系统,通过编译软件(WAVE6000)编译出可执行的
目标文件,最后作出原理图并在仿真软件(PROTEUS)上仿真出设计结果。其实
编译软件有很多种,比如配硬件仿真软件 PROTEUS 本身就可以进行编译,这也是
我后来才知道的。
设计的具体要求主要有以下几点:
1.A 道和 B 道上均有车辆要求通过时,A、B 道轮流放行。A 放行 5 分钟(调
试时改成 5 秒钟),B 道上放行 4 分钟(调试时改成 4 秒钟)。
2.一道有车而另一道无车(实验时用开关 K0 和 K1 控制),即当 A 道有车 B
道无车,按 K0 键可以控制交通灯系统让 A 道立即放行 B 道禁止;当 B 道有车 A
道无车,按 K1 键可以控制交通灯系统让 B 道立即放行 A 道禁止。
3.有紧急车辆通过时,按开关 K2 可以控制系统能禁止普通车辆通行,即
A、B 道均为红灯。
4.绿灯转换成红灯时黄灯亮一秒钟。
以上的各种要求我都已经完成(在上个学期),后来因有时间重做了,有了
充分的时间思考程序的改进工作,我就又加上了时间调整模块,加上了三个键,
一个时间调整切换键、一个加一键还有一个减一键。能够方便的进行时间的调整,
显示多长的计时时间都可以。一来有更高的实用性,二来又锻炼了自己英勇单片
机的能力。
新加的有三个键,那就是 K3、K4、K5。当 K3 第一次按下式,系统置于
调时状态,这是可以调整南北红东西绿的时间,第二次按下时可以调整东西红南
北绿的时间,第三次按下时,就推出了调时模块了。
1
目录
1 概述 ...............................................................................................................................................3
1.1 单片机的结构 ................................................................................................................3
1.2 单片机的产生和发展 ..................................................................................................3
1.3 单片机的应用领域 .......................................................................................................4
2 系统总体方案及硬件设计......................................................................................................6
2.1 系统总体方案 ...............................................................................................................6
2.2 单片机选择.....................................................................................................................6
2.3 时钟电路模块 ................................................................................................................7
2.4 复位电路模块 ................................................................................................................8
2.5 交通灯连灭控制电路模块 .........................................................................................8
2.6 时间显示模块 ................................................................................................................9
2.7 键盘扫描控制模块 .....................................................................................................10
2.8 时间调时模块 ..............................................................................................................11
3 软件设计....................................................................................................................................13
3.1 主程序............................................................................................................................13
3.2 中断服务程序 ..............................................................................................................15
3.3 显示子程序...................................................................................................................16
3.4 其他程序段...................................................................................................................16
4 PROTEUS 仿真...........................................................................................................................17
4.1 交通灯转换状态..........................................................................................................17
4.2 调时状态 .......................................................................................................................18
5 课程设计体会...........................................................................................................................19
参考文献 .......................................................................................................................................19
附 1:程序原代码 ......................................................................................................................20
附 2:系统原理图 ......................................................................................................................30
2
1 概述
本次设计主要是利用单片机制作一个交通灯控制系统并由此加深我们对单
片机的各种模块的理解和应用能力。比如这次设计就用到了单片机的数码管显示
模块,键扫描模块,单片机的中断服务系统(包括定时器中断合外部中断),四
个并行 I/O 口的输入/输出功能等。而要想灵活的应用这些这些功能,不仅要对
软件要有一定的理解能力,还有对硬件有一定的了解。首先说说单片机。
1.1 单片机的结构
单片机实际上是微型计算机的一种,自从它问世以来,人们对它不断地改进,
应用在现代化社会的各个方面。单片机有体积小.价格低廉,开发较为容易,可
根据需要制作成各种智能控制器以代替人工操作,实现自动化和智能化。
单片机实际上是小型简单化的个人计算机(Pc),它由这样几个部分构成:
CPU(进行运算和控制)、RAM(进行数据存储)、ROM(进行程序存储)、输入/输出设
备(例如串行口、并行口等)。在个人计算机上,这些部分被分成若干块芯片,安
装在一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机,这边部分(甚至还有 A/D 利
D/A 等),全部被集成到一块电路芯片中了所以就称为为单片机。器节后框图如
下 1 所示:
图 1
1.2 单片机的产生和发展
单片机(MicroController Unit,MCU)是一种能进行数学和逻辑运算,根
据不同使用对象完成不同控制任务的面向控制而设计的集成电路。由 intel 公司
3
发明,后来把核心技术转让给了世界上的许多小公司。在我国流行的是 ATMEL 公
司的 89C51、89C52、89S51 等,它们都是 SISC(复杂指令集单片机)的结构。
AVR 是 atmel 公司生产的 8 位单片机,采用 RISC(精简指令集单片机)的结
构,而 PIC 是 microchip 公司的产品。
80 年代,世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机,约有几十个
系列,300 多个品种,此时的单片机均属于真正的单片化,大多集成了 CPU、RAM、ROM、
数目繁多的 I/O 接口、多种中断系统,甚至还有一些带 A/D 转换器的单片机,
功能越来越强大,RAM 和 ROM 的容量也越来越大,寻址空间甚至可达 64kB,
可以说,单片机发展到了一个全新阶段,应用领域更广泛,许多家用电器均走
向利用单片机控制的智能化发展道路。
九十年代以后,单片机获得了飞速的发展,世界各大半导体公司相继开发了
功能更为强大的单片机。美国 Microchip 公司发布了一种完全不兼容 MCS-51 的
新一代 PIC 系列单片机,引起了业界的广泛关注,特别它的产品只有 33 条精简
指令集吸引了不少用户,使人们从 INTEL 的 111 条复杂指令集中走出来。PIC
单片机获得了快速的发展,在业界中占有一席之地。
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司
都推出了自己的单片机,从 8 位、16 位到 32 位,数不胜数,应有尽有,有与主
流 C51 系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的
应用提供广阔的天地。
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:低功耗 COMS
化,微型单片化,主流化和多样化。
1.3 单片机的应用领域
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的
智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
1.在智能仪器仪表上的应用
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等
优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、
频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理
量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起
采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计,示波器,各种分
4
析仪)。
2.在工业控制中的应用
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的
智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统
等。
3.在家用电器中的应用
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣
机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,
无所不在。
4.在计算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为
在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本
上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信
呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,
无线电对讲机等。
5.单片机在医用设备领域中的应用
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监
护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分
广泛的用途。
3 由单片机控制的交通灯
锁着现代社会的发展,和交通设施的日益健全,对交通的维持交通秩序的功
能有了越来越高的要求,要求交通灯必须有一定的反馈能力,和时间计时能力。
本设计是用单片机控制交通灯的亮灭,并用数码管显示交通灯的亮灭时间,
通过 P2、P3 口的输入/输出功能设计键扫描程序,利用键盘来模拟不同的外部情
况,进行相应的控制,完成交通灯的不同亮灭状态的转变和进行调时。
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oligaga
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