《单片机》课程设计实训报告

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物理与机电工程学院课程设计报告

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课程名称：单片机课程设计

系部：物理与机电工程学院

专业班级： 09电子信息工程（1）班

学生姓名：

指导教师：

完成时间：

报告成绩：

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题目：交通灯设计

一、设计任务与要求

1、设计任务：十字路口红绿交通灯

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利用单片机完成交通信号灯控制器的设计，该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。如图上图所示。设东西向为主干道，南北为支干道。

2

、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40秒，当剩余3秒时黄灯亮，南北方向通行时间为25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。

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（3）可利用按键修改时间参数。

二、方案设计与论证

本次实训单片机交通灯控制要求用单片机编写程序，并且自制电路板，最后要能实现东西方向通行时间为40秒，当剩余时间为3秒时黄灯亮，南北方向通行时间为25秒，当剩余3秒时黄灯亮的基本功能。东西方向通行，可用绿色的LED显示通行信号，同时南北方向须禁行，可用红色的LED显示禁行信号，并且用数码管显示禁行倒计时的数字显示，当倒计时为3秒时开始亮黄灯，作为警示信号，同时设计可以随时修改时间参数的按键。

方案一、STC89C52+点阵式LED显示

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采用独立式的稳压电源。显示采用点阵式LED显示。这种方案实现复杂，需完成大量的软件工作，但同时其功能强大，可以显示各种英文字符，汉字，图形等。

方案二、STC89C52+七段共阳极数码管

电源供电可采用手机充电器提供的电源，不用的手机充电器可以改装成电源，其输出的电压稳定可靠，足以供给单片机及外围电路的正常工作，如果需要设计比较复杂的电路，或需多种电源，就需要其他电源电路的支持。显示采用LED 灯和数码管。用89C52的P2口直接控制交通灯，此方案硬件实现简单，软件实现也比较容易，它极大能力的节省了89C52I/O口的使用，为系统功能扩展提供了必要的条件。采用这样的设计成本较低，易实现，系统可靠性高。

综上所述：方案二优势明显，采用方案二。

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三、硬件电路设计

硬件框图：

如图所示

元件介绍

1、STC89C52芯片

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（1）、功能特性

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash STC89C52。

STC89C52

主要功能特性：

-

○1与MCS-51单片机兼容

○28K字节在系统可编程Flash存储器1000次插写周期

○3全静态操作：0Hz-33Hz三级加密程序存储器

○432个可编程I/O口线

○5三个16为位定时器、计数器八个中断源全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式

○6掉电后中断可唤醒

○7看门狗定时器

○8双数据指针

:

○9掉电标识符

（2）管脚说明

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入（T2）和时器/计数器2的触发输入（T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）（在线系统编程用）（在线系统编程用）（在线系统编程用）

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能(串行输入口) (串行输出口) (外中断0) (外中断1) (定时/计数器0) (定时/计数器1) (外部数据存储器写选通) (外部数据存储器读选通) 此外，

P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

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PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

2、数码管

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一

；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；

按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码

管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。本次设计中使用的是七段共阳极数码管。

LED数码管驱动方式：LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

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单片机最小系统介绍

（1）单片机：本次设计使用单片机芯片STC89C52，单片机最小系统电路图如下：

单片机最小系统

（2）晶振电路：本次设计采用的是12MHz的晶振，两只电容在20pF~100pF 之间取值，其取值在60pF~70pF时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接

晶体时两个电容取值为30pF，本次设计选为30pF。

（3）复位电路：本次设计复位电路采用的是上电复位方式。上电复位时通过外部复位电路的电容充电来实现的，为了保证复位成功，只要RST引脚保持足够时间。具体连接图见单片机最小系统。

(4)通行灯控制：电路如下图所示，P2口接6个发光二极管和6个小电阻，当P2口的对应端子为低电平时，LED亮。串接电阻是为了限流。当P2口输出电压为5V，则流经LED的电流为0，不发亮。

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（5）按键电路：电路如下图所示，P3口接四个按键，DL-SS1控制复位电路，S1改变时间参数，S2可以倒计时。

LED显示器件工作原理

LED显示器件是通过发光二极管显示字段的器件。在单片机控制系统中常用的

是由7段LED数码管，它的显示块中有8个发光二极管，7个发光二极管组成字符“8”，1个发光二极管构成小数点，因此有人称7段LED数码管为8段显示器。LED数码管的管脚配置如下图所示：

…

总设计电路

（1)电路原理图

（2）#

（3）PCB电路板

（4）元件清单

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四、软件设计

1、本设计使用keil 软件完成该系统的软件设计.通过新建源文件、建立工程文件、编译和连接, 最后生成所需单片机烧录的HEX 文件。程序流程图如下:

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2、交通灯控制系统主程序

#include<> //声明头文件

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit red1=P2^0; //定义六个灯分别为~7

sbit yellow1=P2^1;

sbit green1=P2^2;

·

sbit red2=P2^3;

sbit yellow2=P2^4;

sbit green2=P2^5;

sbit key1=P3^0; //模式选择键sbit key2=P3^1; //数值+

sbit key3=P3^2; //数值-

sbit key4=P3^3; //暂停开始键

|

uchar aa,qian,bai,shi,ge,bb,shu1,shu2; uint num,key1num,key4num;

//定义数组0~9

uchar code table[]={

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90};

//延时函数z毫秒

\

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

//初始化函数

void init()

-

{

TMOD=0x01; //设置定时器T0为工作方式1

TH0=(65536-50000)/256; //赋初值

TL0=(65536-50000)%256;

EA=1; //开总中断

ET0=1;

TR0=1; //开定时器

num=40; //数码管初始显示40

…

qian=num/10;

bai=num%10;

red1=0; //起始状态为南北绿灯，东西红灯

yellow1=0;

green2=0;

yellow2=0;

bb=1;

key1num=0;

%

//key4num=0;

shu1=40; //南北通行时间初始为40s，东西通行时间初始为25s

shu2=25;

}

//数码管显示函数

void display(uchar qian,uchar bai)

{

？

P0=table[qian];

delay(1);

P1=table[bai];

delay(1);

}

//键盘扫描函数

$

void keyscan()

{

if(key1==0)

{

delay(10); //消抖

if(key1==0)

{

key1num++;

{

if(key1num==4)

{

key1num=1;

}

while(!key1);

if(key1num==1) //按下第一次进入设置南北通行时间模式

{

TR0=0;

{

num=40;

qian=num/10;

bai=num%10;

display(qian,bai);

green1=1;

yellow1=0;

red1=0;

green2=0;

}

yellow2=0;

red2=1;

}

if(key1num==2) //按下第二次进入设置东西通行时间模式

{

TR0=0;

num=25;

qian=num/10;

￥

bai=num%10;

display(qian,bai);

//key1num=0;

green1=0;

yellow1=0;

red1=1;

green2=1;

yellow2=0;

~

red2=0;

}

}

}

if(key1num!=0) //当key1键被按下

{

if(key2==0)

>

{

delay(10);

if(key2==0) //按下key2键调整南北通行时间

{

num--;

qian=num/10;

bai=num%10;

display(qian,bai);

\

shu1=num; //将设置后的时间赋给shu1

if(shu1==0)

{

shu1=40;

num=shu1;

qian=num/10;

bai=num%10;

display(qian,bai);

.

}

}

while(!key2);

}

if(key3==0)

{