交通燈的遠(yuǎn)程控制單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

ID:137190 · 發(fā)表于 2016-9-24 15:22

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化
班級(jí)： 電1401-2
學(xué) 號(hào)： 20142536
姓名： 劉鑫
指導(dǎo)教師： 何峰
完成日期： 2016/9/9

所有資料打包下載：
http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-55650-1.html

一、課程設(shè)計(jì)的目的
1.學(xué)會(huì)用AD軟件繪制電路原理圖、線路板圖，通過畫圖鞏固已學(xué)的專業(yè) 知識(shí)，學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方法，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

練習(xí)51單片機(jī)程序的編寫
掌握相關(guān)軟件（AD,keil,Proteus ISIS,韋福6000）的使用

二、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1.課程設(shè)計(jì)題目：交通燈的遠(yuǎn)程控制
2.主要內(nèi)容：本課題主要從單片機(jī)的應(yīng)用上來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運(yùn)作。設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，通過燒錄程序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)計(jì)方法有查閱法（通過手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)知識(shí)進(jìn)行概述）、實(shí)驗(yàn)法（在實(shí)驗(yàn)室里做出單片機(jī)口的交通燈控制系統(tǒng)）、對(duì)比法（單片機(jī)口的交通燈控制系統(tǒng)技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行比較）。采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C51為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制電路，實(shí)現(xiàn)了的功能包括：（注S2，S3，S4為開關(guān)，具體接法見原理圖）
（1）定時(shí)器控制（在程序中加定時(shí)器中斷）
（2）開關(guān)S2為開始開關(guān)，交警按下開關(guān)S2交通燈開始工作
（3）開關(guān)S3為緊急停車開關(guān)，當(dāng)十字路口發(fā)生交通事故時(shí)，交警按下S3，東西南北四個(gè)方向全變?yōu)榧t燈，車全部停下，待交通事故處理完畢按開始開關(guān)恢復(fù)通信
（4）開關(guān)S4控制南北方向通行，東西方向停止通行
（5）開關(guān)S5控制東西方向通行，南北方向停止通行

三、設(shè)計(jì)方案
1.設(shè)計(jì)思想 基于對(duì)交通燈功能的認(rèn)識(shí)和對(duì)51單片機(jī)的掌握，對(duì)交通燈實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制可通過設(shè)置外部中斷的方式做到，交通燈紅黃綠燈交替閃爍可設(shè)置延遲函數(shù)和定時(shí)器中斷。以上是對(duì)系統(tǒng)軟件的描述，至于硬件部分較簡(jiǎn)單，基于51單片機(jī)的最小系統(tǒng)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，AT89C51單片機(jī)，加上東南西北四個(gè)方向各3盞燈。每個(gè)方向三盞燈依次為紅黃綠。這12盞燈與單片機(jī)P1口相應(yīng)引腳相連可通過程序點(diǎn)亮。
2.設(shè)計(jì)說明
交通燈是城市交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要保障，而保障交通燈信號(hào)燈正常工作就成了保障交通有序、安全、快速運(yùn)行的關(guān)鍵。交通燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以在專業(yè)技能方面得到一個(gè)很大的提高。同時(shí)在制板，畫板，排布等方面可以得到全面的思維鍛煉并熟練技巧。因此，研究交通燈有著十分重要的意義。基于所學(xué)知識(shí)完全可以實(shí)現(xiàn)交通燈的遠(yuǎn)程控制，想法切實(shí)可行。同時(shí)本次課設(shè)做的交通燈功能較完善，除拐彎燈，倒計(jì)時(shí)外與平時(shí)用的交通燈沒什么差別。

3.方案選擇
能實(shí)現(xiàn)此電路的方法很多，我們根據(jù)實(shí)際將范圍定在以下幾個(gè)比較切合我們的方案中。
第一種方案：采用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。用基本的555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)定時(shí)），計(jì)數(shù)芯片（如74LS163，74LS160等）完成計(jì)時(shí)功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如74LS138）等基本芯片，結(jié)合電阻，電容等基本元件，通過邏輯電路實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。
第二種方案：使用單片可編程來實(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)。
結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，經(jīng)過討論和論證，最終一致選
用第二種方案的設(shè)計(jì)思路對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成以AT89C51單片機(jī)為核心，由I/O口擴(kuò)展，LED燈，緊急情況中斷電路還有復(fù)位電路等組成。
單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。
行車方向指示采用LED發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀。
行人通行指示也同樣采用LED發(fā)光二極管，用紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀，簡(jiǎn)潔明了，更方便控制。
按鍵控制臺(tái)，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過按鍵可設(shè)置緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制。本次設(shè)計(jì)用了三個(gè)中斷開關(guān)，（1）開關(guān)S3為緊急停車開關(guān)，當(dāng)十字路口發(fā)生交通事故時(shí)，交警按下S3，東西南北四個(gè)方向全變?yōu)榧t燈，車全部停下，待交通事故處理完畢按開始開關(guān)恢復(fù)通信（2）開關(guān)S4控制南北方向通行，東西方向停止通行（3）開關(guān)S5控制東西方向通行，南北方向停止通行；另外還設(shè)計(jì)了一個(gè)開關(guān)用于打開交通燈或者恢復(fù)交通燈的正常工作。

系統(tǒng)所需硬件清單表

元件名稱	數(shù)量	備注
單片機(jī)	1	AT89C51
晶振	1	12Mhz
電容	3	150pf 10uf
電解電容	1	10uf
電阻	14	220歐 10k歐
復(fù)位開關(guān)	5
發(fā)光二極管	紅燈 4 黃燈 4 綠燈 4

晶振電路設(shè)計(jì)

采用12MHZ的晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行的速度越快，單片機(jī)的指令都是建立在時(shí)鐘頻率上。
一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于同步，本系統(tǒng)晶振如下所示。

2.復(fù)位電路設(shè)計(jì)
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。
通常在復(fù)位引腳RST上鏈接一個(gè)電容到VCC再接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)上電時(shí)RST腳上有足夠的的時(shí)間對(duì)高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電阻電容取典型值10k和10uf。按鍵復(fù)位就是當(dāng)開關(guān)按下后電容放電，RST被拉到高電平。
本系統(tǒng)復(fù)位電路如下圖

3.LED燈模擬十字路口交通燈電路圖設(shè)計(jì)
LED電路如下。

4.系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)PCB圖

工作原理：
（1）開關(guān)S2為開始開關(guān)，交警按下開關(guān)S2交通燈開始工作
（2）按下S2后交通燈開始工作。由89C51單片機(jī)的P0口顯示紅、綠、黃燈的亮滅情況；綠、黃、紅時(shí)間分別為20秒、5秒、20秒循環(huán)。南北紅，東西綠，紅燈20秒后然后滅。南北黃，東西黃，黃燈閃動(dòng)5秒。南北綠，東西紅，綠燈20秒后，重新開始循環(huán)。
（3）開關(guān)S3為緊急停車開關(guān)，當(dāng)十字路口發(fā)生交通事故時(shí)，交警按下S3，東西南北四個(gè)方向全變?yōu)榧t燈，車全部停下，待交通事故處理完畢按開始開關(guān)恢復(fù)通信
（4）開關(guān)S4控制南北方向通行，東西方向停止通行，即按下S4后南北方向均為綠燈，東西方向均為紅燈，通過S2恢復(fù)
（5）開關(guān)S5控制東西方向通行，南北方向停止通行即按下S5后東西方向均為綠燈，南北方向均為紅燈，通過S2恢復(fù)

五、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
單片機(jī)的應(yīng)用由硬件軟件組成，我們需要編寫交通燈點(diǎn)亮的程序，來實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管按照要求亮滅，為了實(shí)現(xiàn)想要的功能，在程序編寫過程中我們加入了一個(gè)定時(shí)器中斷，四個(gè)開關(guān)按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。
1.軟件流程圖

源程序

#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char

sbit RED_A = P0^0;
sbit YELLOW_A = P0^1;
sbit GREEN_A = P0^2;
sbit RED_B = P0^3;
sbit YELLOW_B = P0^4;
sbit GREEN_B = P0^5;
sbit KEY=P3^2;
sbit nbkey=P1^0;
sbit dxkey=P1^1;
uchar Time_Count = 0,Flash_Count = 0,Operation_Type = 1;

void main()
{
            TMOD = 0x01;
            IE = 0x82;
      EA =1;
      EX1=1;
      IT1=1;
      TR0=0;
            EX0 = 1;
      PX0=1;
            TCON = 0x01;
      nbkey=1;
      dxkey=1;
            while(1)

{ if(nbkey==0)                            //nbkey表示控制只南北方
                                          向通行的按鍵，即按鍵S4
      { TR0=0;
      GREEN_A=1;
      YELLOW_A=1;
      YELLOW_B=1;
      GREEN_B=0;
      RED_A=0;
      RED_B=1;
      }

if(dxkey==0)                         //nbkey表示控制只東西方
                                       向通行的按鍵，即按鍵S5

      { TR0=0;
      GREEN_A=0;
      YELLOW_A=1;
      YELLOW_B=1;
      GREEN_B=1;
      RED_A=1;
      RED_B=0;
      }

}
      }

void External_Interrupt_0() interrupt 0    //外部中斷0，對(duì)應(yīng)開始按
                                          鈕S2，交通燈開始工作

   {
TR0=1;
   }
void External_Interrupt_1() interrupt 2    //外部中斷1，對(duì)應(yīng)緊急按
                                          鈕S3，全亮紅燈

{  TR0=0;
P0=0xf6;
   }
void T0_INT() interrupt 1             //定時(shí)器控制LED燈按要求
                                       計(jì)時(shí)循環(huán)點(diǎn)亮
{
            TH0 = -20000/256;
            TL0 = -20000%256;
            switch(Operation_Type)
            {
                          case 1:
                                        RED_A=1;YELLOW_A=1;GREEN_A=0;
                                        RED_B=0;YELLOW_B=1;GREEN_B=1;
                     if(++Time_Count != 100) return;
                                        Time_Count=0;
                                        Operation_Type = 2;
                                        break;
                          case 2:
                                        if(++Time_Count !=20) return;
                                        Time_Count=0;
                                        YELLOW_A=!YELLOW_A;
                                        GREEN_A=0;

                                        if(++Flash_Count != 10) return;
                                        Flash_Count=0;
                                        Operation_Type = 3;
                                        break;
                          case 3:
                                        RED_A=0;YELLOW_A=1;GREEN_A=1;
                                        RED_B=1;YELLOW_B=1;GREEN_B=0;

                                        if(++Time_Count != 100) return;
                                        Time_Count=0;
                                        Operation_Type = 4;
                                        break;
                          case 4:
                                        if(++Time_Count != 20) return;
                                        Time_Count=0;
                                        YELLOW_B=!YELLOW_B;
                                        GREEN_B=0;

                          if(++Flash_Count !=10)
                                                      return;
                                        Flash_Count=0;
                                        Operation_Type = 1;
                                        break;
            }
}

附仿真圖
1.S2未按下之前的狀態(tài)，交通燈未開始工作

S2按下，交通燈正常工作的狀態(tài)

3.S3按下，全為紅燈

4.S4按下，南北方向通行

5.S5按下，東西方向通行

總結(jié)及心得體會(huì)
本次課設(shè)很有收獲，自己的獨(dú)立思考能力，動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力都有所提高。
在完成課設(shè)的過程中我們熟悉了完成一個(gè)作品需要的步驟。選定題目之后，我們進(jìn)行了構(gòu)思，對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，制作了一個(gè)操作流程，完成了自己的初步設(shè)計(jì)之后我們上網(wǎng)查閱了相關(guān)的模塊，并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了分析，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將處理的比較好的部分加以升華用于我們的課設(shè)。通過分析和比較，加上自己的設(shè)計(jì)，我們最終明確了自己的設(shè)計(jì)思路，以及每一部分需要改進(jìn)的地方。然后，我們著手開始課設(shè)的制作，硬件方面我們按所需基于AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交通燈電路，并用AD軟件進(jìn)行了原理圖和PCB板的設(shè)計(jì)，確認(rèn)硬件電路無誤后我們進(jìn)行了軟件部分的設(shè)計(jì)，通過4個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)交通燈的手動(dòng)控制，為此我們?cè)诔绦蚶锛尤肓送獠恐袛唷Ｔ诔绦虻木帉戇^程中我們用了韋福6000和keil編譯軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯，編譯無誤之后我們用Proteus ISIS進(jìn)行了仿真，看是否符合我們需要的現(xiàn)象。如果與要求不符，返回編譯軟件繼續(xù)進(jìn)行程序的編譯和調(diào)試。在程序編寫和調(diào)試的過程中，我們進(jìn)一步鍛煉了自己編寫程序的能力，更好的運(yùn)用C51語言控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一定的功能。在調(diào)試過程中我們也遇到了許多問題，程序改了又改，由于功能較多，得協(xié)調(diào)各個(gè)中斷。在編寫調(diào)試過程中由于編寫不正確，往往實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，那個(gè)功能沒了，不過還好，最后這些問題都解決了。最后，通過努力，我們編寫的程序?qū)崿F(xiàn)了要求的功能，仿真也符合要求，AD和PCB 制作也弄好之后，我們開始進(jìn)行報(bào)告的撰寫，報(bào)告的撰寫也挺重要的，因?yàn)樗菍?duì)所做成果的一個(gè)總結(jié)。
通過這次課設(shè)我不僅熟悉了做一件產(chǎn)品的具體流程，還進(jìn)一步鞏固了課上所學(xué)的理論知識(shí)，并將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，即將知識(shí)用活，致力于實(shí)際應(yīng)用。硬件制作中，我進(jìn)一步熟悉了常用元件的用途，接法，相關(guān)參數(shù)的意思。在軟件，即程序的編寫調(diào)試過程中，進(jìn)一步掌握了用C51語言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)外部電路的控制。同時(shí)，進(jìn)行程序編寫了進(jìn)一步熟練掌握了程序編譯軟件韋福6000和keil的使用。在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)過程中學(xué)會(huì)用AD進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)。在仿真過程中，學(xué)會(huì)用Proteus ISIS軟件進(jìn)行仿真。這些軟件對(duì)于以后的學(xué)習(xí)都會(huì)很有幫助，熟練掌握他們是我們應(yīng)該做到的。