交通灯控制器设计报告

（1）数码管选用2位共阴极显示的数码管，共4个；
（2）东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s；
2设计要求
设计单片机最小系统（包括复位按钮、晶振电路等）；
绘制实现本设计内容的硬件电路（原理图），系统的组成框图。
相应的控制状态表；
编写本课程设计内容的软件设计（包含程序流程图和对程序注释）。
各引脚的功能为：
DIN：串行数据输入端
DOUT：串行数据输出端，用于级连扩展
LOAD：装载数据输入
CLK：串行时钟输入
DIG0~DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流
SEG A~SEG G DP 7段驱动和小数点驱动
ISET：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流
MAX7219有下列几组寄存器：译码控制寄存器、亮度控制寄存器、扫描界限寄存器、关断模式寄存器、测试控制寄存器。编程时只有正确操作这些寄存器，MAX7219才可工作。
数码管简介：
数码管也称LED数码管，数码管按段数可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个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。
按发光二极管单元连接方式可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。
由于51是8位单片机故需要分两次来送数据。
数据读写时序图
单片机复位电路：
上电自动复位原理：
在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
也就是说在启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。
2.培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3.培养学生综合运用知识的能力和工程设计的能力。
4.培养学生理论联系实际的能力。
5.提高学生课程设计报告撰写水平。
二、设计内容、技术条件和要求
1设计内容
交通灯控制器设计主要功能是用单片机控制LED灯模拟指示。模拟东西南北方向的十字路口交通灯信号控制情况。以89C51单片机为核心芯片，采用中断方式实现控制。
硬件实验部分可选用实验箱测试或Proteus仿真软件实现。
3 总体设计思想（供参考）
利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s；
对两个方向分别显示红、绿、黄灯的剩余时间即可；
用MAX7219芯片实现共阴极显示驱动；
A方向的红灯时间=方向的绿灯时间+黄灯缓冲时间。
4 设计参考
交通灯控制器设计有电源电路、单片机主控电路、显示电路、信号灯电路等组成，如图1所示：
MAX7219读写时序说明：
MAX7129是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。
要想与MAX7129通信，首先要先了解MAX7129的控制字。MAX7129的控制字格式如下图。
如图，工作时,MAX7219规定一次接收16位数据，在接收的16位数据中：D15~D12可以与操作无关，可以任意写入，D11~D8决定所选通的内部寄存器地址，D7~D0为待显示数据或是初始化控制字。在CLK脉冲作用下，DIN的数据以串行方式依次移入内部16位寄存器，然后在一个LOAD上升沿作用下，锁存到内部的寄存器中。注意在接收时，先接收最高位D16，最后是D0，因此，在程序发送时必须先送高位数据，在循环移位。工作时序图见下图。
类似产品简介：
基于数字电子技术设计的交通灯控制器：元器件多而复杂，连线复杂易出错，设计困难，且功耗较大，不经济，不利于节约环保。
基于PLC技术设计的交通灯控制器：设计程序简单易懂，但价格较贵，不经济。
项目特色：通过单片机控制，进行模块化处理，体积小，功耗低，元器件少且简单，价格实惠，功能齐全，能够实现正常显示，而不会出现4路口交通灯混乱的情况，时间显示正常。
按键按下的时候复位原理：
在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。
10KΩ电阻1个、1KΩ电阻1个、10uf电解电容1个、1个按键：构成单片机复位电路。电容放电时间τ=RC=10K 10uf=0.1s>2 1/12M= s（2个时钟周期），即电容放电时间大于2倍的时钟周期，即可实现复位。
AT89C51简介：
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
四、软件设计
首先对程序进行模块化处理，根据要求的4路口交通灯的具体功能，对程序进行模块化处理。
根据不同功能的分配可以将程序划分为以下几个模块：
主模块、MAX7219初始化模块、初始ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模块（主函数初始化）、定时器模块、MAX7219地址和数据发送模块、数字变化处理模块。
由子模块的功能，可以设计绘制出各模块的程序流程图。各子模块之间可能会有联系，也可能没有联系，最后由主模块对其进行必要的汇总处理，实现要求的功能。流程图绘制完毕后，可以将流程图作为编程的依据，进行编程操作。如此，可使程序简化处理，减少错误，提高程序的编写效率。给自己带来不少的方便之处。
2、徐爱钧KEILCxV7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践，北京，电子工业出版社，2004
3、李全利、仲伟峰、徐军，单片机原理及应用，北京：清华大学出版社，2006
五、设计分组及选题安排
自动化班所有学生。
指导教师签字：
2014年05月30日
单片机课程设计报告
一、设计项目简介
功能：交通灯控制器，通过单片机控制交通灯和数码管，实现4路口交通灯的正确亮灭，并能显示发亮交通灯发亮状态的剩余时间。东西通行时间为80s，南北通行时间为60s，缓冲时间为3s。
大学
课程设计报告
课程名称__单片机原理课程设计_
题目名称_交通灯控制器
学生学院 ___学院_____
专业班级 ___
学 号
学生姓名_______
指导教师____
2014年6月5日
课程设计任务书
（指导教师填写）
课程设计名称单片机原理学生姓名专业班级自动化
设计题目交通灯控制器设计
一、课程设计目的
1.培养学生文献检索的能力，如何利用Internet检索需要的文献资料。
二、总体设计
总体设计模式图：
用一片AT89C51单片机控制4路口交通灯的亮灭。单片机发送地址、数据信息给MAX7219，通过MAX7219控制数码管的时间显示。
三、硬件设计
硬件原理图：
电路图：
硬件选型及相关依据：
AT89C51：4组8位I/O输入/输出端口，可满足控制所需I/O口数目要求。可外接时钟电路，有复位管脚，接复位电路可实现复位功能。接5V高电平，功耗小，价格低。
MAX7219：串行输入，16位并行输出，可控制8位八段数码管显示。满足设计中的四位控制要求。
4组2位共阴数码管：4路口两位数显示，满足所需，易实现控制。
4个LED-GREEN：10mA额定电流，2.2V额定电压，用于模拟十字路口绿灯亮灭显示。
4个LED-YELLOW：10mA额定电流，2.0V额定电压，用于模拟十字路口黄灯亮灭显示。
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。
图1交通灯控制器设计框图
三时间进度安排
按教学计划规定，单片机原理课程设计总学时为1周，其进度安排和时间大致分配如下：
1.十五周周一至周二查阅资料、进行软、硬件初步设计；
2.十五周周三至周四上机调试，发现问题，解决问题，完善课程设计；
3.十五周周五总结设计过程，编写课程设计报告书。
四主要参考文献
1、何立民.单片机高级教程．第1版．北京：北京航空航天大学出版社，2001