单片机课程设计报告[]
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微机原理与接口技术
综合实践说明书
课程名称：微机原理与接口技术课程设计
设计题目：交通信号灯控制系统
设计时间：2013年7月1日至2013年7月11日
摘要：近年来随着科技的迅猛发展，单片机的种类不断的增多，功能日趋强大，相应的，对他的应用也在正在不断地深入，深入到了我们日常生活的点点滴滴，比如说我们的电子表、热水器、空调等家电，都有单片机控制系统的影子。另外，在对信号的实时检测和机构的各种自动控制系统中，单片机也常被作为一个核心部件来使用。
交通信号灯使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事
中应用了8155接口芯片、74LS14芯片以及8*8点阵，比较完整的对实际的系统进行了模仿，系统除了包括常规交通灯的控制疏导功能外，还具有紧急情况亮红灯、LED倒计时显示、某一向道路绿灯常绿，复位等功能。本文比较详细的介绍了该系统的基本原理及接口电路，以及在电路中用到的一些硬件设备。
关键词：交通信号灯、单片机、接口电路
目录
1任务要求 (2)
1.1应用系统实现功能： (2)
1.2关键技术难点： (2)
1.3工具： (3)
2工作计划安排： (3)
3系统设计 (3)
3.1硬件设计： (3)
3.1.1系统总框图： (4)
3.1.2 LED接口电路 (4)
3.1.3按键电路： (5)
3.1.4单片机系统： (6)
3.1.5交通灯演示模块： (6)
3.1.6其它硬件元件 (7)
3.1.7硬件电路原理图 (8)
3.2软件设计 (9)
3.2.1交通灯的三种状态 (9)
3.2.2程序流程图 (9)
3.2.3源程序清单 (13)
4设计分工： (19)
5参考文献 (20)
1任务要求
1.1应用系统实现功能：
1、十字路口常规自动控制，南北方向与东西方向红、黄、绿灯的自动切换，点阵LED
2、按键实现人工控制，如实现双向红灯，某一向常绿，或人工调节自动控制中的红\绿灯时间。
1.2关键技术难点：
扩展8*8点阵LED显示器一块，设计按键4个，两组（红、黄、绿）模拟交通灯的发光二极管。
1.3工具：
1、电烙铁
2、电烙铁架
3、镊子
4、小螺丝刀
5、偏口钳
6、焊锡
7、电路板
2工作计划安排：
3系统设计
3.1硬件设计：
系统的核心部分为89C51和8155芯片，一方面通过接口电路89C51控制交通灯的正常显示，另一方面通过8155芯片控制LED倒计时，同时通过K1，K2，K3，K4按键的中断响应再控制交通灯演示模块，按键中断也由89C51控制。
3.1.1系统总框图：
3.1.2 LED接口电路
连接方式：LED点阵由8155芯片控制，8155的A口和B口均选用输出方式，该LED 为8*8共阳数码显示点阵管，其连接方式如图1：
图1 LED点阵图
要使点阵上Aa二极管点亮，则A为高电平，a为低电平。其余依此类推。因第一排至第八排发光二极管的阳极是连接在一起的，因此，该点阵为共阳点阵。当然我们也可以理解成共阴连接方式。
显示方式：扫描字由PA口控制，数据由PB口控制。根据8155与89C51的连接方式可以确定8155的命令状态口以及A、B口的地址。
连接电路如图2：
图2 8155与LED连接电路图
3.1.3按键电路：
按键电路原理图如图3：
图3 按键电路原理图
它由按键K1，K2，K3，K4 组成，如图3，若闭合按键，由于按键系统接地，给0电平，通过反向器后变为高电平1送给系统响应。各个口的响应由89C51的P3口来进行控制。
3.1.4单片机系统：
由89C51和8155两块芯片组成，系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。89C51与交通灯演示模块的接口电路图如图4：
图4 89C51与交通灯演示模块的接口电路图
3.1.5交通灯演示模块：
该模块由12个发光二极管构成，由 P1口控制，每位控制相对方向相同颜色的两个灯
的亮暗，P1.0控制灯1、2，P1.1控制灯3、4，P1.2控制灯5、6……以次类推。由图示看出当P1都给高电平1时，经过反向器变为低电平0，二极管通，灯亮。
连接图如图5所示：
图5交通灯演示模块连接图
3.1.6其它硬件元件
74LS14：六反相器，主要作用就是反向，它的逻辑图如图6所示：
引出端符号：
1A－6A 输入端
1Y－6Y 输出端
图6 74LS14逻辑图
三极管：依照极性可分成NPN 、PNP 两种类，本实验使用的是PNP型三极管
3.1.7硬件电路原理图
3.2软件设计
3.2.1交通灯的三种状态
（1）正常状态下红绿灯的定时切换。
切换时间在本组设计为8s初始化后，两个方向通行时间相等。各灯运行及倒计时情况良好。倒计时显示的字为“15 14 13 12…… 05 04 03 02 01 00”，在倒计时为“03 02 01”时绿灯变黄灯，黄灯闪烁6次。
（2）按一下K1键，南北向绿灯常亮，无倒数计时，LED显示器显示南北方向的箭头。再按一下k1键，东西向绿灯常亮，无倒数计时，LED显示器显示东西方向的箭头。两者交替进行。（k1按键的指令是通过判断p2.1口的高低电平来执行的，期间检测k1与k4按键）
（3）按K2键，切换倒计时的显示动画方式。（k2按键的功能带有延续性，即k3，k4口复位后k2口功能不初始化。）
（4）按键K3后，出现黄灯闪烁三次，然后出现灯全红状态，LED显示字“X”。当再按一下该键，黄灯闪烁，LED回到进入黄灯前的状态，继续完成按键K3前的程序。
（5）按复位键K4，灯会恢复到初始状态重新循环。（通道由F0标志位决定）
示意图如图7所示：
图7 交通灯示意图
3.2.2程序流程图
程序总共有三大部分，分别是主程序（按键服务程序）、按键中断子程序、显示子程序。通过原理图可以看出，判断是否有按键是通过判断89C51的P3口的各个位的电平信号。
3.2.3源程序清单
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 000BH
AJMP ZD
ORG 0100H
MAIN: MOV A , #00111111B
MOV P1, A
MOV TMOD,#01H ;定时器初始化
MOV IE,#82H
MOV TH0,#3CH ;设置50ms中断
MOV TL0,#0B0H
MOV R2,#20
MOV R3,#30 ;设置红灯时间为30 S
MOV R6,#20 ;设置红灯时间为20 S
KPP: MOV 50H,R3
MOV R7,#01H
MOV A,#11100001B ;点亮路口1红灯与路口2绿灯
MOV P1,A
CYCLE: ACALL KEY ; 调用键盘扫描程序ACALL DISPLAY ; 调用显示程序
AJMP CYCLE ; 循环
KEY: ACALL KEY1 ; 键盘扫描子程序
CJNE R4,#0FFH,PROKEY ;有键按下转到PROKEY执行
AJMP NOKEY ;无键按下转到NOKEY执行PROKEY: MOV DPTR,#KEYTAB ;按键表首地址
CLR C
RLC A ;为查表正确，累加器变量乘2
JMP @A+DPTR
KEYTAB: AJMP K1 ;按键表
AJMP K2
AJMP K3
AJMP K4
NOKEY: AJMP KD ;无按键时返回
K1: CLR TR0 ; 按键1子程序,关闭中断MOV A,#11001001B ; 点亮双向红灯
MOV P1,A
MOV DPTR,#0100H ;关闭LED显示
MOV A,#03H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0101H
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A
DP1: MOV A,P3 ; 判断按键1是否按下
CJNE A,#0F1H,DP1 ; 没有则循环判断等待
ACALL DEL0 ;有按键1延时消抖
ACALL COM ;松手检测
AJMP KPP ; 返回初始化
K2: CLR TR0 ; 按键2子程序，关闭中断MOV A,#11100001B ; 设置路口1常绿
MOV P1,A
MOV DPTR,#0100H ;关闭显示
MOV A,#03H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0101H
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A
DP2: MOV A,P3 ; 判断按键2是否按下CJNE A,#0F2H ,DP2 ; 没有则循环判断等待
ACALL DEL0 ; 有按键2延时消抖
ACALL COM ;松手检测
MOV A,#11001100B ; 设置路口2常绿
MOV P1,A
DP3: MOV A,P3 ; 判断按键2是否按下CJNE A,#0F2H ,DP3 ; 没有则循环判断等待
ACALL DEL0 ; 有按键2延时消抖
ACALL COM ;松手检测
MOV A,#11100001B
MOV P1,A
AJMP KPP ; 返回初始化
K3: INC R3 ; 按键3子程序红灯时间加1 CJNE R3,#99,HP ; 若增加至99则从0重新开始
MOV R3,#00H
HP: AJMP KPP ; 返回红灯倒计时
K4: INC R6 ; 按键3子程序红灯时间加1 CJNE R6,#99,HP1 ; 若增加至99则从0重新开始
MOV R6,#00H
HP1: AJMP KPP1 ; 返回绿灯倒计时
KD: RET ; 子程序返回
KEY1: MOV A,P3 ;按键扫描子程序
XRL A,#0F0H ;各位取反
JZ RETURN ;无键按下，转到RETURN执行
ACALL DEL0 ;有键按下，延时消抖
MOV A,P3 ;再读入各按键状态
MOV R5,A
XRL A,#0F0H
JZ RETURN ;无键按下，转到RETURN执行
CJNE R5,#0F1H,NEXT1 ;不是按键1转到NEXT1执行
MOV R4,#0 ;将对应按键表中偏移量送入R4
SJMP COM ;执行松手检测
NEXT1: CJNE R5,#0F2H,NEXT2 ;不是按键2转到NEXT2执行MOV R4,#1
SJMP COM
NEXT2: CJNE R5,#0F4H,NEXT3 ;不是按键3转到NEXT3执行MOV R4,#2
SJMP COM
NEXT3: CJNE R5,#0F8H,RETURN ;不是按键4转到RETURN执行MOV R4,#3
COM: MOV A,P3 ;松手检测
XRL A,#0F0H
JNZ COM ;等待，直到按键释放
MOV A,R4
SJMP RETURN1
RETURN: MOV R4,#0FFH ;无键按下,给R4赋FFH RETURN1:RET ; 返回
DEL0: MOV 40H,#18H ; 延时12ms
DEL2: MOV 41H,#0FFH
DEL3: DJNZ 41H,DEL3
DJNZ 40H,DEL2
RET
DISPLAY: SETB TR0 ; 显示子程序开启中断DISP: MOV R1,#53H
MOV R0,#50H ; 显示的数放在50H中
MOV A,@R0
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV @R1,A ; 显示的数十位放在53H中
INC R1
MOV @R1,B ; 显示的数个位放在54H中
MOV R0,#53H
MOV R4,#0FEH ; 列扫描初值
ACALL DIS
INC R0
ACALL DIS
MOV A,50H
CJNE A,#00H,KP
MOV A,R7
CJNE A,#04H,KP7 ;判断是否为状态4
AJMP KPP ; 是则返回状态1
KP7: MOV A,R7
CJNE A,#01H,KP2 ; 不是则判断是否为状态1 MOV A,#11010001B ; 是则调整为状态2
MOV P1,A
MOV 50H,#5 ; 黄灯时间5 S
MOV R7,#02H
AJMP KP
KP2: MOV A,R7
CJNE A,#02H,KP3 ; 不是则判断是否为状态2 KPP1: MOV A,#11001100B ; 是则调整为状态3 MOV P1,A
MOV 50H,R6
MOV R7,#03H
AJMP KP
KP3: MOV A,#11001010B ; 不是则调整为状态4 MOV P1,A
MOV 50H,#5
MOV R7,#04H
KP: RET
DIS: MOV 31H,#4 ;4列扫描显示子程序MOV A,@R0 ;取显示数字
RL A
RL A ;为查表正确，累加器变量乘4
MOV R5,A
LP: MOV DPTR,#0100H ;关显示
MOV A,#03H
MOVX @DPTR,A
MOV A,#0FFH
MOV DPTR,#0101H
MOVX @DPTR,A
MOV A,R5 ;查表变量送入ACC
INC R5
MOV DPTR,#DTAB ;字形表首地址
MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV R1,A
MOV DPTR,#0100H
MOV A,#03H
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0102H
MOV A,R1
MOVX @DPTR,A ;字形码输出
MOV DPTR,#0100H
MOV A,#03H
MOVX @DPTR,A
MOV A,R4
MOV DPTR,#0101H
MOVX @DPTR,A ;列扫描字输出
RL A ;下一列
MOV R4,A
ACALL DEL1 ;延时
DJNZ 31H,LP
RET
DEL1: MOV 30H,#02H ; 延时子程序
DL0: MOV 32H,#0FFH
DL6: DJNZ 32H,DL6
DJNZ 30H,DL0
RET
DTAB: DB 83H,7DH,7DH,83H ;0 行字型码表
DB 0FFH,0BDH,01H,0FDH ;1
DB 0B1H,6DH,6DH,9DH ;2
DB 0BBH,6DH,6DH,93H ;3
DB 0E7H,0D7H,01H,0F7H ;4
DB 0DH,6DH,6DH,73H ;5
DB 83H,6DH,6DH,0B3H ;6
DB 3FH,7FH,41H,3FH ;7
DB 93H,6DH,6DH,93H ;8
DB 9BH,6DH,6DH,83H ;9
ZD: DJNZ R2,LOOP ;中断服务子程序MOV R2,#20
DEC 50H ; 满1S显示数减1 LOOP: MOV TH0,#3CH
MOV TL0,#0B0H
RETI
END ; 返回
4设计分工：
组长：李艾桐
分工: 李逢源、任俊查资料、编写LED点阵显示程序、以及对全部程序
整理。
李逢源，徐菲菲编写交通灯常规控制程序。
徐菲菲，刘睿，吴雷编写交通灯按键程序。
任俊撰写报告
5参考文献
[1]蒋力培. 单片微机系统实用教程. 北京: 机械工业出版社. 2004
[2]何海滨. 8×8点阵LED字符显示器的设计.实用电子制作.2006.9
[3]何力民. 单片机应用技术选编. 北京: 北京航空航天大学出版社. 1998
[4]胡学海. 单片机原理及应用系统设计. 北京: 电子工业出版社. 2005
[5]陈子忠、黄宁、赵小侠. 单片机接口技术应用子程序. 北京: 人民邮电出版社. 2005
[6 ]赵常得、李华. MCS-51单片机原理与应用. 机械工业出版社.1997
[7]马家辰.、孙玉德、张颖. MCS-51单片机原理及接口技术. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社. 1998
[8]朱定华. 单片机原理及接口技术实验. 北京: 清华大学，北京交通大学出版社. 2002
[9]姜志海. 单片机原理及应用. 北京: 电子工业出版社. 2005
[10]宋杰、汪志宏、江敏. 微机原理与接口技术课程设计.机械工业出版社.2005
[11]张鑫. 单片机原理及应用. 北京: 电子工业出版社. 2005
[12]张果林、陈斌生. 微机接口技术300例. 北京: 机械工业出版社. 2003
[13]马洪连、马艳华. 单片机原理及应用. 北京: 人民邮电出版社. 2004