交通灯智能管理天津大学智能装置课设.docx
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交通灯智能管理天津大学智能装置课设
智能装置课程设计指导书
一、设计题目交通灯智能管理
二、设计目的
1.深入了解PIC16F877单片机的工作原理，熟练掌握汇编语言程序设计方法，熟练使用MPLAB-ICD仿真器及MPLAB-IDE仿真调试软件。
2.通过该课程设计使学生初步掌握以单片机为核心的智能装置设计的简单原则、步骤和方法。
3.熟悉智能装置设计中有关的硬件设计调试。
4.熟悉智能装置设计中相关软件的设计、编程和调试。
三、设计内容
1.以16F877单片机为核心，结合给出的三色灯原器件和实验板上原有的内容组建一个自动系统，按交通灯的工作方式控制，设计硬件电路,编写软件程序。
2.利用4个按键设置突发事件响应，利用中断程序模拟行人过马路时按下某按键时，相应路段变为绿灯。
3.用上位机发指令控制组灯响应时间，利用LED数码管显示某方向的剩余灯时（按秒显示）。
4.利用两个可调电位器对1-5V电压模拟交通流量，每增加1V对应方向绿灯时间增加5秒（选做）
四、设计要求
1.根据实验指导书的设计内容及所给出的元件，设计交通灯的硬件原理图。
2.按照设计好的硬件原理图在实验板上用导线搭建硬件电路。
3.用万用表检查硬件电路连接是否正确，检查无误后上电并编制简单的测试程序分步调试各部分功能。
4.在各部分功能实现后，编制完整的交通灯系统软件，并进行软硬件联调，直到达到设计要求。
完成后由教师进行验收检查。
五、实验设备
1.MPLAB-ICD模块与仿真头
2.智能装置实验系统
3.安装了MPLAB-IDE开发软件的计算机
4.数字万用表
5．导线若干
六、实验项目
1.设计交通灯智能管理硬件电路
（1）采用16F877单片机，利用实验板上提供的三色灯模拟交通灯系统。
各用一组三色灯分别表示南北方向和东西方向红绿灯。
三色灯原理见附录。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始为灯全灭。
状态0：
南北绿灯，东西红灯；然后转
状态1：
南北黄灯，东西红灯；再转
状态2：
南北红灯，东西绿灯；再转
状态3：
南北红灯，东西黄灯；最后循环至状态0。
其中要求绿灯亮25S，红灯30S，黄灯5S。
（用定时器产生延时）
（2）将4个按键连接入交通灯系统，以便产生中断，模拟行人过马路。
（3）通过串行线将实验板与计算机连接，通过导线将单片机与MAX232连接，利用给出的通信软件，实现上位机发指令控制灯时；利用LED数码管显示某方向的剩余灯时（按秒显示）。
（4）利用两个可调电位器对1-5V电压模拟交通流量，每增加1V对应方向绿灯时间增加5秒（选做）
2.硬件电路连接与检查
⑴将设计好的电路由指导老师检查完毕后，在实验板上用导线将实际的电路连接出来。
⑵接线完成后对照原理图用万用表逐根连线检查电路连接是否正确，特别是有无接地及+5V电压。
⑶检查无误后给实验板通电。
3.编制软件及分步调试
⑴首先判断三色灯何时为红灯，绿灯和黄灯。
然后编制带延时的程序实现对交通灯系统的模拟。
⑵编制中断程序，实现行人过马路的模拟，即按键按下相应路段变为绿灯，并将结果在三色灯上显示出来。
⑶编制计算机与实验板串行通讯程序，实现上位机对交通灯的控制。
利用LED数码管显示某方向的剩余灯时（按秒显示）。
⑷编制A/D转换程序，利用电位器输入的1-5V电压模拟交通流量，每增加1V对应方向绿灯时间增加5秒（选做）
3.软硬件联调实现要求的功能
（1）将各部分程序进行组合，逐项实现设计要求的功能。
（2）经指导教师验收合格后，完成课程设计。
七、课程设计报告要求
1.课程设计的题目、目的、内容与要求。
2.简单介绍使用的仪器设备与元器件的工作原理。
3.提交完整的硬件原理接线图，并介绍硬件设计的思路。
4.调试的步骤及调试过程中出现的问题和解决的方法。
5.软件设计流程图及带注释的全部程序的清单。
6.完成后的交通灯系统的功能说明。
7.课程设计中的心得体会、收获。
八、思考题
1.系统软件中延时应怎样设计？
2.系统软件中中断的设计应该注意哪些方面？
3.简要介绍智能装置硬件、软件设计的思路及要点
附录一仿真模块的连接与仿真软件的使用
一、连接硬件
如图1所示，将扁平电缆连接到MPLAB-ICD模块和仿真头之间，在将仿真头插入到演示板的40芯IC插座里，将RS232串行口专用电缆连在PC机和模块之间。
图1硬件连接图
1．连接MPLAB-IDE和MPLAB-ICD模块
●双击桌面上的MPLAB图标，进入MPLAB-IDE界面
●选择Option>>DevelopmentMode>>Tools对话框中的MPLAB-ICDDebugger，确认后，模块上的红灯将停止闪烁，说明双方已经连接成功。
图2
2．建立新项目
⑴资源管理器中打开目录D:
\mplab\实验
⑵选择Project>>NewProject，在文件名对话框中输入‘*.pjt’,建立一个新项目
⑶EditProject对话框打开后,选择OK，这样就建立了一个项目文件。
图3
3．编辑汇编文件
⑴选择File>>new建立一个Untitled文件,然后选择File>>Save,保存成‘*.asm’文件,该文件可以与项目文件同名.
⑵将所编程序键入窗口中,并存盘
图4
4．编译文件
⑴选择Project>>EditProject,点击AddNode,在对话框中选择需要编译的汇编文件‘*.asm’,然后单击确定
图5
图6
⑵选择‘*.hex’文件,点击BuildNode,系统自动完成编译。
如果程序没有语法错误，对话框中将出现Buildcompletedsuccessfully字样，否则可根据提示修改程序中的错误，再重新编译。
5．仿真
⑴打开MPLAB-ICD选项对话框（该窗口在集成环境初始状态就出现了）设置各项内容,包括Device选择PIC16F877,Oscillator选择XT,其他均选择关闭。
图7
⑵单击Program按钮，将编译好的程序写入仿真头上的单片机中。
图8
⑶状态栏出现Waitingforusercommand字样后，选择Debug>>Run>>Run即可运行程序.
图9
调试过程中，也可以使用单步执行或断点设置来进行程序的调试。
附录二三色灯原理
实验板设计了4个LED三色灯，每个三色灯的结构如图2-2所示。
当V1in输入高电平，V2in输入低电平时，LED1被点亮，显示一种颜色。
当V2in输入高电平，V1in输入低电平时，LED2被点亮，先是另一种颜色。
当V1in和V2in同时输入高电平时，LED1与LED2同时被点亮，显示为两个灯的混合色。
此设计可用于模拟交通灯的工作情况，将此四个灯分为两组，分别代表东-西和南-北方向的交通灯，编程实现对交通灯的颜色及时间的控制。
LED三色灯结构图
附录三单个按键原理
实验板共设计了4个普通触点式按键，其结构如图2-9。
根据此结构，按健在没有按下的情况下，输出为高电平；当按键按下时，输出为低电平。
在检测按键是否按下时，应检测是有低电平输出给单片机。
由于可以检测输入电平的变化，因此、可以模拟很多情况。
如可以用于RB端口的电平变化中断，以及模拟报警装置。
图2-10给出了一个程序流程图，可以以此流程进行编程。
按键结构图
附录四MAX7219
MAX7219为紧凑型、串行输入输出共阴极显示驱动器。
用来把微处理器接口到多达8位的7段数码管显示器、条形图显示或64个单个LED。
其片内包含有一个BCD码到B码译码器、存储每个数字的8*8固态RAM等。
方便的3线串行接口可连接到各种微处理器上，各个数字可被寻址和更新，而不用重写整个显示器。
1．管脚图、典型应用图与内部结构图
2．功能表
表1.寄存器地址表
表2.功能描述
功能
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
HEX
译码方式（DecodeMode）
每1位均可选择译码方式
为0位无译码,为1位B码译码
00--FF
亮度控制（Intensity）
分16级,1/32--31/32
X0--XF
扫描范围（ScanLimit）
数码管的点亮范围,从1个到8个
X0—X7
关闭方式（Shutdown）
高7位任意,D0=0掉电,D0=1正常显示
X0—X1
显示测试（DisplayTest）
测试方式不改变其他寄存器状态,点亮所有数码管,D0=1测试方式,D0=0正常显示
X0—X1
表3.显示字型表（B码译码方式\无译码方式）
表4管脚说明
管脚
名称
功能
1
DIN
串行数据输入
2,3,5–8,
10,11,
DIG0–DIG7
8位数码管位驱动，关闭时，芯片内部将其输出拉至高电平V+
4、9
GND
地（两个管脚必须相连）
12
LOAD,
输入数据锁存，LOAD的上升沿，串行数据的最后16位被锁存。
13
CLK
串行时钟输入
14–17,20–23
SEGA–SEGGDP
七段码及小数点驱动，关闭时，芯片内部将段驱动输出拉至地GND
18
ISET
与地之间用电阻Rset连接，设置段电流的强弱
19
V+
正电源，接5V
24
DOUT
串行数据输出，用于芯片级连
3．控制时序
时钟输入（CLK）最高频率为10MHz，在CLK的上升沿，数据由引脚DIN被移入到内部移位寄存器中，在CLK下降沿，数据从引脚DOUT输出。
在引脚LOAD的上升沿，串行输入数据被锁存。
4．数据格式（16位）
5．MAX7219的控制流程图
MAX7219控制流程图七段数码管管脚图
附录三七段数码管
1.七段数码管管脚图（如右上图）
2.段码格式
D7
D6
D5
D4
D3
D1
D2
D0
DP
A
B
C
D
E
F
G
附录五智能装置实验系统原理图
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