微机接口与原理.docx

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微机接口与原理

X学校

计算机科学与技术学院

课程设计报告

20008—20009学年第1学期

课程名称单片机C语言应用程序设计

设计题目十字路口交通灯的设计与实现

（光柱渐熄灭方式）

学生姓名小草

学号xxxxxxxxxxxx

专业班级计算机xxx班

指导教师xxx

2008年12月29日

一．课程设计题目

十字路口交通灯的设计与实现（光柱渐熄灭方式）

二．课程设计要求

1.发光二级管模拟交通灯，用若干发光二级管实现光柱倒计时。

以塔南路某十字路口（自己定）交通规则编制控制程序。

2.用十字路口的交通灯实现车辆流量控制具体要求为：

理论设计、调试与仿真、撰写设计报告等。

其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。

程序设计是课程设计的关键环节，通过调试进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标，使理论设计更接近于实际产品。

3．往南和往北的信号一致，即红灯（或绿灯）同时亮或同时熄灭。

用光柱渐熄灭方式指示灯还将点亮多久。

往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样。

当南北方向为绿灯时，东西向的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯时，南北向的红灯点亮禁止通行。

4．知识学习方面的要求主要有：

掌握在单片机系统中扩展简单I/O接口的方法、数据输出程序的设计方法、模拟交通灯控制的实现方法、外部中断技术的基本使用方法、中断处理程序的编程方法等。

三．课程设计目的

本设计通过单片机及其仿真系统，应用单片机原理、微机原理等课程方面的知识，设计一个采用80C51单片机控制的交通灯控制电路以实现交通控制功能。

对书本学习和应用方面的目的主要有：

（1）进一步理解和消化书本知识，运用所学知识和技能进行简单的设计。

（2）通过课程设计提高应用能力，分析问题和解决问题的能力。

（3）培养查阅资料的习惯,训练和提高自学，独立思考的能力。

四．课程设计方案

本设计系统采用了AT89C51、10WATT10R、CERAMIC33P、CRYSTAL、LED-GREEN、LED-RED等元器件；系统总体设计框图如下：

系统由89c51单片机控制，由外部振荡电路提供系统所需的振荡频率，通过程序实现对外设的控制。

由89c51根据程序控制交通灯的显示，从而实现交通控制。

五．硬件设计

1．硬件选用：

AT89C51、10WATT10R、CERAMIC33P、CRYSTAL、LED-GREEN、LED-RED等元器件

AT89C51主要特性：

与MCS-51兼容、4K字节可编程闪烁存储器、寿命：

1000写/擦循环、　数据保留时间：

10年、·全静态工作：

0Hz-24Hz、·三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路

2．AT89C51引脚功能介绍（引脚如图1）：

VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

　　P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

　　口管脚备选功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2/INT0（外部中断0）

　　P3.3/INT1（外部中断1）

　　P3.4T0（记时器0外部输入）

　　P3.5T1（记时器1外部输入）

　　P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

　　ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

　　/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

　　XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

图1

3．硬件框图（如图2）：

本设计采用光柱型交通灯作为交通指示，系统用P0、P2端口作为输出端口，控制指示灯的显示与熄灭。

本设计有四个光柱交通灯，采用了八个光柱，每个光柱交通灯由一红一绿两个不同颜色的光柱组成，每个光柱又由四个发光二极管组成，控制中用P0.0到P0.3和P0.5到P0.7端口分别控制横道绿灯光柱和纵道红灯光柱的状态；用P2.0到P2.3和P2.5到P2.7端口分别控制横道红灯光柱和纵道绿灯光柱的状态；从而保证控制中P0全置0或P2全置0时十字路口横道和纵道一红一绿，并且保证了对单片机P0或P2进行操作时横道光柱渐熄和纵道光柱渐熄的同步性。

图2

六．软件分析

软件采用汇编语言进行编程。

程序开始对各量进行初始化，横道绿灯光柱亮纵道红灯关注亮，并调用延时子程序进行延时。

延时时间结束，横道绿灯渐熄，纵道红灯渐熄，每次熄一个灯调用一次延时子程序，全熄时不调用。

横道红灯光柱亮纵道绿灯光，调用延时子程序，横道红灯渐熄灭，纵道绿灯渐熄灭，每次熄灭一次灯，调用一次延时子程序，全熄灭时不调用。

如此反复，实现交通灯控制功能。

本设计的软件流程图如下：

主程序如下：

ORG0000H

AJMPBEGIN1

ORG0023H

BEGIN1:

MOVp0,#00H；p1端口控制光柱交通灯渐熄

ACALLDEALY

SETBP0.0；光柱第一个灯熄

SETBP0.4

ACALLDEALY

SETBP0.1；光柱第二个灯熄

SETBP0.5

ACALLDEALY

SETBP0.2；光柱第三个灯熄

SETBP0.6

ACALLDEALY

SETBP0.3；光柱第四个灯熄

SETBP0.7

LJMPBEGIN2

BEGIN2:

MOVP2,#00H；p2端口控制光柱交通灯渐熄

ACALLDEALY

SETBP2.0；光柱第一个灯熄

SETBP2.4

ACALLDEALY

SETBP2.1；光柱第二个灯熄

SETBP2.5

ACALLDEALY

SETBP2.2；光柱第三个灯熄

SETBP2.6

ACALLDEALY

SETBP2.3；光柱第四个灯熄

SETBP2.7

LJMPBEGIN1

延时子程序：

DEALY:

movr5,#05h;2.496ms

DEL:

movr6,#0f8h;497us

djnzr6,$

djnzr5,DEL

ret

七．采用proteus仿真软件应用实现

1程序汇编

打开WAVE仿真器，首先对仿真器进行设置，然后点击新建，将所编写程序写入新建处，点击保存，将文件保存为ASM格式文件，接下来新建项目，然后保存项目，调入目标文件，接着进行编译，如果程序有错误，在仿真器下面的信息窗口将会出现错误提示，点击错误提示，可以找到错误的位置，点击错误位置处，可以进行修改，如果没有错误，编译后可以直接生成HEX文件。

生成的HEX文件可以直接加载到单片机上，用于实现所要求的控制功能。

2系统仿真

首先打开Proteus软件，按照系统设计图将设计出的系统图绘制到Proteus的制图页面上，保证所绘制系统图无误后，点击单片机，将生成的HEX文件加载到单片机上，然后点击运行按钮，就可以实现系统仿真，点击系统图上的不同按键，可以实现不同的设计功能。

按照程序汇编和系统仿真的要求，将所编写的程序进行汇编，生成本设计中的HEX文件。

然后运用Proteus软件绘制出系统图，将HEX文件加载到80C51单片机上，点击运行，系统满足要求，通过控制按键，实现预先设计的功能。

运行仿真系统可以看到以下情况：

当系统正常工作时，横、纵道轮流放行，横道放行4秒钟，纵道放行4秒钟。

八．总结与展望

　　目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

　　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（功率表，示波器，各种分析仪）。

　　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。

　　6.在各种大型电器中的模块化应用

　　某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。

如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。

如：

音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。

　　在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。

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。

课程设计心得体会：

1.通过试验进一步理解和消化了书本知识，分析每个语句的含义,运用所学知识进行简单的程序设计。

2.通过在图书馆查阅各种单片机资料,培养了我自学和独立思考的能力。

与同学交流研究,让我懂得了更多以前不明白的知识.

3.在课程设计过程中,不断调试程序和修改程序,提高了对单片机的应用能力，分析问题和解决问题的能力。

通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

九．参考文献

[1]余发山主编.单片机原理及应用技术.徐州：

中国矿业大学出版社，2003

[2]曹巧媛著.单片机原理及应用.北京：

电子工业出版社，1997

[3]徐爱华主编.单片机应用技术教程.机械工业出版社，2003

[4]单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社，2008

[5]各类网站