嵌入式技术基础课程设计报告修改版

嵌入式技术基础课程设计报告设计题目：人车分行交通指挥灯的控制学 号：140230110 140230120 140230130姓 名：李宇豪 王尚峰 张云龙指导教师：张扬2信息与电气工程学院二零一六年十二月哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告1人车分行交通信号指挥灯的控制近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但是仅仅掌握单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，不断完善调试，才能设计出功能完好的产品。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统，所以有条不紊的智能交通灯的应用和开发也显得尤为重要，交通信号灯控制方式很多。本系统采用单片机设计交通灯控制器，以 AT89S52 单片机为核心部件，应用 C51语言编程，实现交通灯的完美工作。1. 设计任务结合威高百货大楼路口实际情况，基于 AT89S52 单片机设计一个人车分行交通信号灯的控制系统。该系统应满足的功能要求为：(1) 六车道方向直行红灯、左转红灯，四车道方向红灯，车不通行、行人通行；六车道方向直行红灯、左转绿灯，四车道方向红灯，六车道方向左转通行、其余均不通行；六车道方向左转绿灯 24s，绿灯关闭转黄灯，黄灯 3s，黄灯关闭后，六车道方向左转红灯、直行绿灯，四车道方向红灯，六车道方向直行通行、其余均不通行；六车道方向直行绿灯 42s，绿灯关闭转黄灯，黄灯3s，黄灯关闭后，六车道方向左转红灯、直行红灯，四车道方向绿灯，四车道方向直行或左转通行、其余均不通行；四车道方向绿灯 29s，绿灯关闭转黄灯，黄灯 3s，黄灯关闭后，六车道方向直行红灯、左转红灯，四车道方向红灯，车不通行、行人通行。(2) 行人红灯 106s，绿灯 21s，黄灯 3s，总计一循环 130s。(3) 行人允许过马路蜂鸣器每隔一秒鸣叫，禁止过马路时蜂鸣器不发出声音。主要硬件设备：AT89S52 单片机、数码管显示电路、LED 显示电路、 蜂鸣器电路。2. 整体方案设计人车分行交通信号指挥控制灯以 AT89S52 单片机作为整个系统的控制核心，哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告2应用其强大的接口功能，构成整个人车分行交通灯控制的硬件系统。硬件系统主要由复位电路设定，显示电路，时钟电路，红绿灯电路构成。各模块的主要功能如下：(1) 时钟电路的功能是为单片机提供时钟信号。(2) 复位电路的功能是使单片机处于某种确定的初始状态。(3) 倒计时数码管显示电路的功能是显示六车道、四车道交通指示灯亮的时间；人行灯电路显示行人通行，停止。(4) 红绿灯 LED 电路的功能是指示车辆通行，红灯停，绿灯行，黄灯为绿灯。 (5) 蜂鸣器电路的功能是提醒行人通行。路口红绿灯如图 2-1 所示。六车道直行 、 左转红绿灯四车道红绿灯六车道直行 、 左转红绿灯四车道红绿灯图 2-1 百货大楼路口红绿灯示意图系统的整体设计方案设计图如图 2-2 所示。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告3A T 8 9 S 5 2时钟电路复位电路蜂鸣器电路计数数码管电路红绿灯 l e d 电路图 2-2 系统的整体方案设计图3. 系统硬件电路设计3.1 时钟电路AT89S52 单片机各功能部件的运行都以时钟控制为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机时钟信号产生有两种方式：一是内部时钟电路，二是外部时钟电路，本设计使用内部时钟电路，在单片机的 XTAL1 和XTAL2 引脚接石英晶体，作为单片机内部振荡电路的负载，构成中自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号，C1 和 C2 可以稳定振荡频率，并使快速起振。本电路选用晶振 12MHz，C1=C2=30pF。晶体的频率越高，系统的时间频率越高，单片机的运行速度也就越快。接口电路如图 3-1 所示。图 3-1 时钟电路与单片机的接口电路哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告43.2 复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给 AT89S52 的复位引脚 RST 加上大于 2个机器周期（即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可使 AT89S52 复位。AT89S52的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本设计采用的是按钮复位电路。按钮复位电路设计如下图所示，按钮没有按下时，RST 为高电平；当按钮按下并释放后，RST 从低电平变为高电平，电路复位。接口电路如图 3-2 所示。图 3-2 时钟电路与单片机的接口电路3.3 倒计时数码管显示电路倒计时显示电路采用 LED 数码管显示，由于本题要显示六位，采用了共阳数码管动态显示。本次设计采用 LED 动态显示方式。 LED 数码管工作于动态显示方式时，各位的共阳极接高电平；每位的段码线分别与一个 8 位的 I/O 口锁存器输出相连。如果送往各个 LED 数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O 口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。本电路还额外加了一段单独的共阳极数码管，用来代表行人灯， “S”时代表红灯，“P”代表绿灯。电路图如下图所示。其与单片机的接口电路如图 3-3 所示。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告5图 3-3 倒计时数码管显示电路与单片机的接口电路3.4 红绿灯 LED 电路本次设计需要控制十八个灯的红绿黄状态。其中由于十字路口对向红绿灯状态相同，因此只需控制 9 个灯的状态即可。再将六车道的直行黄灯与左转黄灯合并（两者不同时亮） ，故改到 8 个 led 灯，8 个灯阳极全部接高电平。如下图所示，阴极接 P1 口。电路连接如图 3-4 所示。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告6图 3-4 红绿灯电路连接图3.5 蜂鸣器电路蜂鸣器电路实现的是此次课设的附加功能。当行人灯为绿色，也就是说第5 个数码管显示“P”时，蜂鸣器每间隔一秒鸣叫一次；当行人灯为红色时，蜂鸣器不发出声音。以此来提醒行人过马路的时间。电路连接如图 3-5 所示。图 3-5 蜂鸣器电路连接图4. 系统程序设计4.1 主程序流程图程序首先定义四车道方向红灯为 red_1,绿灯为 green_1,黄灯为 yellow_1；六车道方向左转红灯为 red_left,直行红灯为 red_2,左转绿灯为 green_left,直行绿灯为green_2,左转、直行共用黄灯为 yellow_2。second_1 代表四车道倒计时,second_2 代表六车道倒计时。定时器定时 10ms 后进入中断，100 次中断后second_1、second_2 减 1s，并在显示电路显示出。系统主程序流程图如图 4-1 所示。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告7开 始定时器 T 0 初始化开定时器中断开定时器P 1 = 0 x b 3r e d _ 1 = 1 ，r e d _ 2 = 1 ，r e d _ l e f t = 1显示函数结 束图 4-1 主程序流程图4.2 显示子程序流程图显示子程序采用 LED 数码管显示，由于本题要显示六位，采用了共阳数码管动态显示。本次设计采用 LED 动态显示方式。LED 数码管工作于动态显示方式时，各位的共阳极接高电平；每位的段码线分别与一个 8 位的 I/O 口锁存器输出相连。如果送往各个 LED 数码管所显示字符的段码一经确定，则相应 I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。本电路还额外加了一段单独的共阳极数码管，用来代表行人灯， “S”时代表红灯，“P”代表绿灯。其中 P3 口控制段码，P2 口控制位码，基本流程图如图 4-2 所示。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告8开始计数变量 i 赋值c o u n t = 1 0 0 ？动态扫描 6 个数码管显示对应数符和一位数码管显示结束否C o u n t + +是图 4-2 显示子程序流程图4.3 定时器中断服务子程序流程图首先以行人灯从红灯转为绿灯作为时间节点，此时 red_1 亮、second_1=98，red_left 、red_2 亮、second_2=53；当 second_2=27 时，red_left灭、green_left 亮，其余不变；当 second_2=3 时，green_left 灭、yellow_2 亮，其余不变；当 second_2=0 时，yellow_2 灭、red_left 亮、green_2 亮，second_2=42，其余不变；当 second_2=0 时，green_2 灭、yellow_2 亮，second_2=3，其余不变；当 second_2=0 时，second_1 也为 0，red_1 灭、green_1 亮，yellow_2 灭、 red_2 亮，second_2=85、second_1=29，其余不变；当 second_1=0 时，green_1 灭、yellow_1